排桩基坑支护安全系数及抗隆起稳定性研究

杨瑞雪　占世源　仇楠

摘 要：以某建筑基坑为对象，排桩的截面形式、桩径和桩距为因素，研究了不同因素变化对排桩基坑支护安全系数及抗隆起稳定性的影响。通过分析作用规律和机理，建立了基坑支护安全系数及抗隆起稳定性系数分别与排桩的截面形式、桩径和桩距的关系曲线模型。

关键词：排桩；基坑支护；安全系数；抗隆起

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.15.098

0 前言

基坑工程是从地面向地下开挖一个空间，它的四周一般是擋土墙结构，常采用混凝土、钢、木等材料进行支撑，其的特点临时性、区域性及风险性。基坑工程是根据各地区工程地质条件、水文地质条件、设计及施工、开挖方式等不同的条件所设计，具有很强的学科综合性。在较深基坑中，常常需要给支护结构加设支撑或者预应力锚索等支撑结构，以抵抗过大的土压力[1]，而根据我国深基坑平面设计理念和现状，单排桩的单层支护结构多数用于9.0m以内基坑 [2]。随着城市化进程的加快，城市建设规模的不断增加，在丘壑、丘陵或受到场地空间限制等特殊条件下，悬臂式排桩支护与桩锚、重力式挡墙结构相比，具有施工噪声小，造价低，位移控制较为严格等优点，可以用在安全性较低，场地受限的永久性边坡工程中[3]。同时国内外众多专家学者也对排桩支护的机理进行了深入研究认为数值模拟方法的发展为深基坑中排桩支护提供了新的研究方法和思路，对基坑的支护设计具有较大的指导意义。内撑式单排桩围护结构的结构计算目前主要采用两种方法， 一是常规设计方法如等值梁法， 另一是弹性抗力法[4]。目前的研究多是基于对排桩结构进行结构变形或计算方法的研究，数值分析也是基于结构变形的基础上进行的。因此，本文利用北京“理正”深基坑支护计算软件，通过数值模拟排桩截面形式、桩径和桩距变化，从而得出排桩基坑支护安全系数及抗隆起稳定性系数的变化规律，期待为排桩支护研究及基坑工程建设提供可靠依据。

1 工程概况和支护方案

1.1 工程概况

模拟基坑工程挖深9m，基坑支护范围约300m×200m，地下水位降深约为12m，地下水静止水位埋深为3.5～5m，相应标高为30～36m，水位随季节性变化较大，变化幅度为1m左右。土层结构分布为杂填土层（1m）、粘性土（2.5m）和粉砂层，其重度分别为20.1、20.0、19.3kN/m3。

1.2 支护方案

根据基坑情况，选取排桩进行数值模拟分析。该处基坑挖深约12m，设置等间距的排桩和两道预应力锚拉杆进行模拟实验。以桩径、桩距和桩的截面形式为因素，在“理正”软件模拟试验条件下，试验研究该因素对基坑支护安全系数及抗隆起稳定性的作用效应。S1～S2组截面形式分别为圆形、方形，考查桩的截面形式对基坑支护安全系数及抗隆起稳定性的影响规律。桩径为D，设0.6、0.7、0.8等3个水平，桩距L设1.4、1.3、1.2等3个水平，对比分析各因素变化对基坑支护安全系数及抗隆起稳定性的影响。支护单元设计图和模拟试验方案分别如图1及表1所示。

2 数值计算结果与分析

基坑支护安全系数与排桩的截面形式、排桩的桩径和桩距的关系曲线示于表2及图2～图3中。根据表2可见，排桩为方形截面形式时，开挖和加撑时的安全系数略大于圆形截面形式，可说明其稳定性较好。由图2～图3可以看出：在排桩截面形式和桩距一定时，在最开始的三个工况中，安全系数基本保持不变，而在后两个工况中安全系数均随桩径的增加先不变后减小；在排桩截面形式和桩径一定时，除工况1以外的其他工况的安全系数随桩距的增加呈先不变后增大的变化趋势。

这是由于：在一定条件下，由于排桩间距较小时没有形成土拱，随桩距的加大，排桩的桩顶侧移加大，桩身内力也增加[1]，从而使得开挖工况的安全系数增大。但是在桩径与截面形式和其他条件相同的情况下，随着桩径的增大，桩支护系统整体性明显增强，使得桩支护受力情况逐渐向挡土墙受力情况发展[1]。但是排桩半径越大，越不利于桩间土成拱，也就越不利于充分发挥土的抗剪强度，从而减弱了开挖工况时的安全系数。

3 结论

通过以上数据模拟分析，得出如下结论：

排桩基坑支护安全系数随排桩的截面形式而变化，随桩径的增加呈先不变后减小，随桩距的变化趋势为先不变后增大。

参考文献：

[1]涂锐.深基坑单排桩支护结构变形模拟研究[D].辽宁工程技术大学，2012.

[2]丁克胜，董克强，易顺建.仿真单排桩支护体系安全极限挖深分析[J].天津城建大学学报，2016（06）：423-426+470.

[3]余志成，施文华.深基坑支护结构设计与施工[M]，北京：中国建筑工业出版社，2001.

[4]赵文永，俞尧良，颜安平.基坑内撑式单排桩围护结构优化设计[J]. 浙江建筑，2001（06）：26-27.

[5]中华人民共和国住房和城乡建设部.建筑基坑支护技术规程：JGJ120—2012[S].北京：中国建筑工业出版社，2012：9-10.

作者简介：杨瑞雪（1994-），女，回族，宁夏同心人，硕士研究生，研究方向：岩土工程。