双排桩支护体系受力分析及优化

胡均升 徐继忠



双排桩支护体系受力分析及优化

胡均升 徐继忠

（成都四海岩土工程有限公司）

本文依托成都市某深基坑现场监测数据,采用理正深基坑软件进行理论计算分析，对双排桩围护结构的变形机理、土压力分布规律等进行探讨和研究。验证了理论计算的合理性，并分析了双排桩桩径、排距、后排桩桩长和桩间土加固深度对双排桩支护的影响。

双排桩；受力；基坑工程

1 引言

控制基坑变形、保证基坑的稳定性是基坑工程设计和施工的核心。[1]双排桩支护结构作为一种新型、有效的基坑支护形式被广泛应用于工程实践中。所谓双排桩支护结构是指沿基坑侧壁前后平行设置两排钢筋混凝土桩，呈矩形或梅花形布置，在桩顶用刚度很大的冠梁将两排桩顶连接起来，形成一个整体结构体系，因而具有较大的侧向刚度。该体系利用前后两排桩对土压力分布的有效分担，使支护结构的入土深度、桩身的内力分布更为合理，能有效的减小基坑的侧向变形，其围护深度远比一般支护结构的围护深度要深[2]，同时由于结构前、后排桩与侧压力反向作用力偶的存在使桩顶位移也明显减小[3]。且施工简便、造价低、施工工期短、可不设支撑、对环境影响小等众多优势，因此，双排桩支护结构形式受到众多专家、学者的关注[4]。

本文结合成都地区某深基坑开挖过程中基坑变形监测数据和理正软件理论计算，将理论计算结果与监测数据进行对比分析，验证理论计算方法正确性的前提下，分析了多种因素对双排桩支护的影响。为基坑工程的设计和施工提供有效的理论依据，得到了双排桩支护结构设计及施工的一些有益结论，为工程设计提供参考。

2工程概况

本文依托成都市建设路“万科钻石广场”项目基坑，本工程基坑开挖深度13.5m，主楼部份基坑开挖深度15m，基坑周长约502.5m。

该场地位于成都市建设路南侧邻“高地中心”，开挖线距红线3.8m，西侧为3层和12层建筑，距3层建筑23m，距3层建筑13.8m，该面基坑开挖线距红线7.8m，基坑周边各类管线较多。

该基坑安全等级为一级．主要土层物理力学参数见表2.1。

层号土类名称层厚重度浮重度粘聚力内摩擦角 (m)(kN/m3)(kN/m3)(kPa)(度) 1杂填土1.4017.0---5.0012.00 2素填土1.1018.0---18.0015.00 3粘性土3.8019.5---35.0020.00 4粉土1.1019.8---18.0015.00 5卵石4.4023.0---10.0038.00 6卵石0.4022.0---5.0036.00 7卵石10.0023.013.010.0038.00

3双排桩理论计算与监测结果对比

考虑到本基坑所在场地西侧临楼房较近，基坑周边电力管线、给水管和雨水管众多，基坑变形对周边影响较大。为控制基坑变形上双保险，基坑3-3剖面：AB段，基坑开挖深度13.50m，采用双排桩+预应力锚索支护，桩径1.2m，桩间距及排间距均为2.5m，桩长19.5m，嵌固段长6.0m，设一排预应力锚索，长度14.0m。为了分析双排桩的支护效果，在基坑周围每隔30m布置一个变形检测点。随着基坑土方的开挖，持续定期监测基坑位移变化情况。

本文利用理正深基坑软件进行理论计算分析。为了使理论分析更加接近现场土方开挖情况，本模型分三次开挖分别计算不同开挖阶段的基坑的变形情况。以下图3.1为工况3时的桩身的位移、弯矩、剪力图；桩身位移曲线计算结果显示:前排桩最大位移为17.09mm，后排桩最大位移为16.87mm,较实际监测结果15.3mm偏大。

图3.1 桩身的位移、弯矩、剪力图

这说明双排桩支护结构可以较好地应用于实际工程中，但从变形曲线来看仍有一定差别,原因可能是为了方便建模计算采用了一些假定，但在实际情况却更为复杂，且施工过程中为了保证安全采取了更强的保护措施。

4 双排桩变形机理和结构受力研究

双排桩能有效地控制基坑变形，支护深度比单排桩悬臂式支护结构深[5]。但是目前还有一些问题需要深入研究；双排桩的排距、桩径、桩长和桩间土刚度对支护稳定性的影响问题。本文就从桩径、后排桩桩长、排距、桩间土加固深度等不同因素对双排桩受力影响进行研究。

4.1桩径对双排桩受力影响

本文选取双排桩桩径依次为0.6m、0.8m、1.0m、1.2m、1.4m时的计算模型，双排桩桩顶位移依次为67.31mm、37.82mm、27.52mm、22.34mm、20.05mm，而桩底位移变化不大，上述位移值均包括模型在自重作用下的初始位移值，下文中的计算位移值亦是。

从理论计算结果可知，桩径越大，桩顶位移越小，但桩径在超过1.0m后，双排桩桩顶位移变化不大，从经济合理性的角度考虑桩径不易过大。

4.2排距对双排桩受力影响

在分析不同排距下双排桩的受力变形机理,分别计算桩径为1.0m,前、后排桩间距为1.25、2、2.5、3、4倍桩径的理论模型,计算得出的前后桩位移变形如下图4.2.1所示。可知,双排桩整体侧向位移较小,控制变形能力强。双排桩间距较小时,整体性明显；桩间距大时,锚拉性明显。

图4.2.1桩顶水平位移与桩距关系

1、排距为1.25D时，前排桩水平位移最大，约为40mm，比排距为2D时明显偏大，支护结构水平位移曲线类似于单排桩悬臂支护结构情况。

2、前排桩的水平位移随着排距的增加而逐渐减小，但减小的幅度越来越小，趋势越来越不明显。

当排距过大时，后排桩主要起拉锚桩的作用；双排桩排距应根据基坑最终开挖深度及土层条件确定，根据理论分析本工程的排距为3D左右时，桩和土体能够共同作用，使双排桩支护结构发挥最好的效果。

4.3后排桩桩长大小对双排桩受力影响

研究后排桩桩长对双排桩受力的影响，本文建立以下模型：保持前排桩桩长保持在19.5m，前后桩的排距为3D，后排桩桩长依次为15m、17m、19m、21m、23m时，桩顶位移依次为35.5mm、33.1mm、31.2mm、31mm、30.5mm。

由模型计算结果可知：在一定范围内适当减小后排桩的长度，对桩顶位移的影响并不明显,可以更好地发挥后排桩支档拉接的作用，使得前后桩身的受力更加的合理，对基坑的防护有益，同时能使工程更具经济性。

4.4桩间土加固深度对双排桩受力影响

在基坑工程中，常采用加固桩间土体的方法，以达到改善双排桩支护体系的变形及受力的目的，较常用的方法有水泥搅拌法、高压旋喷等。本文通过提高桩间土的压缩模量ES以模拟加固桩间土体，下图4.4.1为加固土体深度分别为0m、1m、2m、3m、4m、5m、6m、7m时的前排桩的位移曲线。

图4.4.1前排桩位移与桩间土加固深度关系

由图4.4.1可知，桩间土加固对控制桩身变形的作用效果显著：

（1）桩间土加固使得前、后排桩变形量减小达15%左右。

（2）加固深度方面，前后排桩侧向位移随着加固深度的增加减小，但超过3m后，位移变化不是很显著。

由此可见，加固被动区土体能有效地改善桩体的受力状况，减小桩身位移，但加固深度过大，桩顶位移减小趋势并不明显，对于本工程而言加固深度3m时最为合适。

5 结语

本文通过对比理论计算和现场监测结果，两者吻合较好，所以可运用数值模拟的方法对双排桩的支护效果进行研究。通过改变双排桩支护结构的各类参数，分析对该结构受力及变形的影响，得到结论如下：

1）增大桩径，对减小桩顶位移的作用是有限的，虽然在一定程度上能减小桩身侧向变形，但会增加施工造价。另外还可以考虑根据具体情况在工程设计中选用前、后排桩不同的桩径，使前后排桩能够均衡地发挥作用。

2）在一定范围内适当减小后排桩的长度，对桩顶位移的影响并不明显,可以更好地发挥后排桩支档拉接的作用，使得前后桩身的受力更加的合理，对基坑的防护有益。

3）双排桩排距过小时，支护结构类似于悬臂式单排桩的特性，而排距过大时，后排桩对前排桩类似于拉锚桩特性。本文认为，双排桩排距应根据基坑最终开挖深度及土层条件确定，根据理论分析本工程的排距为3D时，桩和土体能够共同作用，使双排桩支护结构发挥更好的效果。

4）通过加固桩间土，增强了对前、后排桩的连接作用，加强了后排桩在门式刚架结构中的抵抗土压力的作用。考虑到经济效益，本工程实例加固深度的合理范围在3m左右。

[1]庞建国,杨明,马昌龙.深基坑中双排桩支护结构的影响因素分析［J］．森林工程,2012,第28卷第6期,70-78.

[2]姚晶.双排桩支护结构在某基坑工程中的应用.城市勘察，172-175.

[3]程知言,裘慰伦,张可能,等.双排桩支护结构设计计算方法探讨[J].地质与勘探,2001(2):88-93.

[4]顾亮.深基坑双排桩支护体系承载机理研究沈阳建筑大学学报(自然科学版).108-114.

[5]韦巍.深基坑双排桩的支护效果和数值模拟研究.四川建筑.第35卷6期2015.12,109-111.

胡均升，1982年10月，男，湖北省黄冈市，工程师，硕士，研究方向：岩土工程与地基基础方向

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