深基坑双排桩支护结构变形敏感性分析_邓星.pdf

江西建材质量控制与检测892023年1 月作者简介：邓星（1989-），男，湖北孝感人，硕士，工程师，主要研究方向为岩土工程勘察、设计。深基坑双排桩支护结构变形敏感性分析邓 星 孝感市城乡规划建筑设计院有限责任公司，湖北 孝感 432000摘 要：文中以某深基坑为研究对象，通过数值手段研究基坑施工过程中双排桩支护结构水平变形规律，并系统分析了深基坑双排桩支护结构变形影响因素。研究表明，在一定范围内，双排桩排距对双排桩变形有显著影响，本工程合理的双排桩排距范围为56D。在一定范围内提升双排桩桩径和刚度，可以有效控制支护结构水平变形；当双排桩桩径和刚度增大到一定临界值后，增大双排桩桩径和刚度对控制双排桩水平变形效果有限，在连梁高度1.0m范围内增加连梁高度可有效减小双排桩水平变形。关键词：深基坑；双排桩支护；水平变形；参数分析中图分类号：TU473.1文献标志码：A文章编号：1006-2890（2023）01-0089-03Experimental Study on the Effect of Lime Strengthening Soft Soil SubgradeDeng XingXiaogan Urban&Rural Planning and Architectural Design Institute Co.Ltd.,Xiaogan,Hubei 432000Abstract:This paper takes a deep foundation pit as the research object,and studies the horizontal deformation law of the double-row pile retaining structure during the foundation pit construction by numerical means.The influence factors of deformation of double-row pile retaining structure in deep foundation pit are analyzed systematically.The research shows that the row spacing of double-row piles has a significant impact on the deformation of double-row piles within a certain range.The reasonable range of row spacing of double-row piles in this project is 56D.The horizontal deformation of the supporting structure can be effectively controlled by raising the diameter and rigidity of the double-row piles within a certain range;When the diameter and rigidity of double-row piles increase to a critical value,the effect of increasing the diameter and rigidity of double-row piles on controlling the horizontal deformation of double-row piles is limited.The horizontal deformation of double-row piles can be effectively reduced by increasing the height of coupling beam within 1.0m.Key words:Deep foundation pit;Double row pile support;Horizontal deformation;Parameter analysis0 引言针对基坑采用双排桩支护的问题，万瑜1基于某深基坑工程，通过有限元软件建立双排桩支护模型，研究了不同前后排桩距下支护结构位移和弯矩的变化规律。陆培毅等2以某采用双排桩支护的深基坑为研究对象，分别建立单排桩支护模型和双排桩支护模型，从变形和受力方面对比支护效果，并分析出该工程合理的排距。李松等3以某深基坑工程为例，数值模拟了单、双排桩多级组合工况，系统分析了该支护结果下基坑本身的变形规律和稳定性。其他科研工作者也通过不同手段对此展开了研究4-6。本文以某采用双排桩支护的深基坑工程为研究对象，通过有限元软件建立三维数值模型，研究基坑施工过程中双排桩支护结构水平变形规律，并系统分析了深基坑双排桩支护结构变形影响因素。1工程概况本文所研究深基坑工程位于湖北武汉市，该基坑开挖深度大，达到14.6m，包括一段2.8m的放坡段，坡度为1:1。该基坑安全等级为二级，基坑支护采用双排桩支护结构，配合止水帷幕和疏干井联合支护。双排桩长度为22.3m，其中，基坑段的长度为11.8m，嵌固段长度为10.5m，前后排桩用1m高连梁连接。2 数值模型根据现场勘察资料，建立双排桩支护的基坑三维模型，模型尺寸为100m100m100m，开挖的基坑尺寸为50m（长）50m（宽）14.6m（高）。模型的边界条件：模型顶部为自由边界，模型四周为法向约束边界，模型底部为固定约束边界，现场土体本构为摩尔-库伦模型。采用实体单元模拟双排桩支护结构，双排桩长度为22.3m，桩体自由段和嵌固段长度分别为11.8m和10.5m。3 监测结果分析为更好地监测基坑施工期间的变形规律，选取基坑中间某观测点在2019年11月4日-2020年3月8日的桩身最大水平位移变化曲线进行研究（即桩顶水平位移）。从图中可以看出，桩身最大水平位移随着基坑施工迅速增大，在2月份之后桩身最大水平位移趋于稳定。根据实际施工参数模拟基坑施工的数值，将最终桩身水平变形模拟值与实际监测值进行对比，如图1 所示。从图中可以看出，桩顶水平变形模拟值为17.7mm，与实际监测值15.7mm接近。可见，数值模拟结果与现场实际监测结果相符，说明数值模型的合理性。进一步观察图1 可知，沿着基坑深度方江西建材质量控制与检测902023年1 月向，双排桩水平变形呈减小趋势，由于连梁的协调作用，双排桩总体形成门架式结构。因此，前后排桩水平变形规律相似。（a）桩身最大水平位移变化曲线（b）监测值与模拟值对比曲线图1基坑施工期间的变形规律4 影响因素分析4.1 双排桩排距影响保持其他参数不变，仅改变排距以研究双排桩排距的影响规律。建立6种不同排距工况，分别为1.6m、2.4m、3.2m、4.0m、4.8m和5.6m，即为桩径的2倍、3倍、4倍、5倍、6倍和7倍（桩径D为0.8m）。图2给出了前后排桩在不同排距下随深度的变化规律。从图中可以看出，排距对双排桩变形有显著影响，桩身整体水平位移随着排距的增大而逐渐减小。这是因为随着排距增大，后排桩对前排桩的牵拉效应增强。当排距为2.4m和3.2m时，前后排桩的水平位移均明显大于排距为4.0m时，尤其在地表附近深度更为明显。这说明前后排桩排距过小会削弱其联合限制变形的作用。当排距继续增大到4.0m和4.8m时，前后排桩水平变形稳定减小；但当排距增大到5.6m时，前后排桩水平变形大于排距为4.8m工况。可见，当前后排桩距离过大时，后排桩对前排桩的牵拉效应显著降低，前后排桩联合作用减小。综上所述，当排距为4.0m和4.8m（56D）时，前后排桩联合作用效果最佳，可见本工程合理的双排桩排距范围为56D。图2 前后排桩在不同排距下随深度变化曲线4.2 双排桩桩径影响保持其他参数不变，仅改变双排桩桩径以研究桩径的影响规律（双排桩排距取2.4m，基坑深度取11.8m）。建立4种不同桩径工况，分别为0.5m、0.8m、1.0m和1.2m。图3给出了前后排桩在不同桩径下随深度的变化规律。从图中可以看出，双排桩桩径增大，双排桩的水平变形都增大。对于0.5m桩径工况，桩顶处前后排桩水平变形均为31.1mm；当桩径为0.8m时，桩顶处前后排桩水平变形均为17.8mm，较0.5m工况减小了42.8%。可见，桩径太小导致双排桩支护结构整体刚度小，基坑容易出现失稳现象。当桩径进一步增大到1m和1.2m工况，双排桩桩顶进一步减小至14.1mm和11.7mm，较0.5m工况分别减小了54.7%和62.4%。可见，双排桩桩径继续增大对支护结构变形的影响有限。因此，在成本允许条件下，可适当提升双排桩桩径。图3 前后排桩在不同桩径下随深度变化曲线4.3 双排桩刚度影响以桩身弹性模量为变量，建立5 种不同双排桩刚度工况，分别为0.5EI、1.0EI、2.0EI、4.0EI和8.0EI（其中，E为弹性模量、I为惯性矩）。图4给出了前后排桩在不同双排桩刚度下随深度变化规律。从图中可以看出，随着双排桩桩身刚度的增大，双排桩水平变形逐渐减小。当双排桩刚度从0.5EI增大到4.0EI时，双排桩水平变形显著减小；当双排桩刚度从4.0EI进一步增大到6.0EI时，双排桩水平变形变化较小。可见，在一定范围内提升双排桩刚度，可以有效控制支护结构水平变形；当双排桩刚度增大到一定临界值后，增大双排桩刚度对控制双排桩水平变形效果有限。江西建材质量控制与检测912023年1 月图4 前后排桩在不同双排桩刚度下随深度变化曲线4.4 连梁高度影响保持其他参数不变，仅改变连梁高度以研究连梁高度的影响规律（双排桩排距取2.4m，基坑深度取11.8m）。建立4种不同连梁高度工况，分别为0.5m、1.0m、1.5m和2.0m。图5给出了前后排桩在不同连梁高度下随深度的变化规律。从图中可以看出，增加连梁高度可减小双排桩水平变形。对于0.5m连梁高度工况，双排桩最大水平变形为22.5mm；当连梁高度取1.0m时，双排桩最大水平变形为17.7mm，较0.5m连梁高度工况减小了30.5%左右。可见，连梁高度过小时，支护结构变形较大。这是因为连梁截面抗弯刚度不足削弱了连梁对双排桩的联合作用。当连梁高度取1.5m时，双排桩最大水平变形为15.8mm，较1.0m连梁高度工况减小了约10.7%；当连梁高度取2.0m时，双排桩最大水平变形为13.7mm，较1.5m连梁高度工况减小了约12.3%。可见，连梁高度超过1.0m后，进一步增大连梁高度对控制双排桩水平变形的影响有限。图5 前后排桩在不同连梁高度下随深度变化曲线5 结语本文以某采用双排桩支护的深基坑工程为研究对象，通过有限元软件建立三维数值模型，研究基坑施工过程中双排桩支护结构水平变形规律，得出以下结论：（1）双排桩排距对双排桩变形有显著影响，桩身整体水平位移随着排距的增大而逐渐减小。当前后排桩距离过大时，后排桩对前排桩的牵拉效应显著降低。本工程合理的双排桩排距范围为56D。（2）在一定范围内提升双排桩桩径和刚度，可以有效控制支护结构水平变形；当双排桩桩径和刚度增大到一定临界值后，增大双排桩桩径和刚度对控制双排桩水平变形效果有限。（3）增加连梁高度可有效减小双排桩水平变形，但当连梁高度超过1.0m后，进一步增大连梁高度对控制双排桩水平变形的影响有限。参考文献 1 万瑜.排距对双排桩位移及弯矩的影响J.科学技术与工程，2011，11（30）：7544-7546.2 陆培毅，杨靖，韩丽君.双排桩尺寸效应的有限元分析J.天津大学学报：自然科学与工程技术版，2006，39（8）：963-967.3 李松，马郧，郭运，等.双排桩与单排桩组合多级支护结构在深大基坑中的应用J.长江科学院院报，2018，35（5）：103-109.4 韦猛，王鹏，唐印.含水率对膨胀土力学性质和非等长双排桩支护变形影响分析J.科学技术与工程，2017，17（1）：92-98.5 刘平，杜晓方.地面超载对双排桩基坑稳定性影响的有限元分析J.中外公路，2018，38（6）：14-20.6 林同越.关于长江漫滩地貌深基坑施工关键控制点与措施浅析 J.冶金与材料，2021，41（6）：95-96.6 结语综上所述，本文以天水市城区截污干管改造工程作为研究对象，阐述自动化监测在基坑施工中的应用，以此更全面地掌握围护结构状态，结合监测结果，为后续的施工与设计提供导向，保证工程顺利开展。同时，合理把控施工进度，根据围护体系受力状况，保证基坑回填作业的有序推进。参考文献 1 陈家伟，黄宇，潘阳.自动化智能监测技术在深基坑中的应用 J.中国建筑装饰装修，2022（3）：66-67.2 李军伟.自动化监测系统在深基坑监测中的可靠性分析J.世界有色金属，2022（2）：34-36.3 池玮波，胡岳岚，袁国梁.谈自动化监测在深基坑项目中的应用J.山西建筑，2021，47（5）：83-84.4 王哲.自动化监测在地铁深基坑施工中的应用J.建材与装饰，2020（17）：262-263.5 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