軟土基坑支護(hù)中單排斜直交替樁的作用

　　這篇論文主要介紹的是軟土基坑支護(hù)中單排斜直交替樁的作用的內(nèi)容，本文作者就是通過(guò)對(duì)斜直交替樁在軟土基坑支護(hù)中的工作性狀等內(nèi)容做出詳細(xì)的闡述與介紹，特推薦這篇優(yōu)秀的文章供相關(guān)人士參考。

　　關(guān)鍵詞:斜直交替樁;軟土;抗傾覆;FLAC

　　3D基坑支護(hù)穩(wěn)定性一直是基坑工程重大問(wèn)題，尤其是在軟土基坑中[1-4]。為了增加支護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，不少學(xué)者在直樁的基礎(chǔ)上，研究了各種形式斜樁的支護(hù)工作性狀。相較于直樁，斜樁具有更好的水平承載能力[5-10]，并且已應(yīng)用到實(shí)際工程中[11-12]。張文超等[13]通過(guò)數(shù)值模擬方法，研究不同傾斜角度單排樁的工作性能，并提出斜樁傾斜角度以10°～12°為宜。王建[14]研究了不同傾斜角度的前排傾斜雙排樁的變形和受力規(guī)律。宋曦[15]對(duì)斜樁的嵌固深度和樁前土的穩(wěn)定性進(jìn)行了理論推導(dǎo)，并提出了水平荷載作用下樁體內(nèi)力的求解方法。張靜[16]基于比例系數(shù)法和m法，對(duì)雙排樁與斜樁組合支護(hù)體系進(jìn)行了反演分析計(jì)算，并提出了土壓力折減系數(shù)建議值。在前人研究的基礎(chǔ)上，按照安全和經(jīng)濟(jì)的原則，本文以天津某軟土基坑為研究對(duì)象，采用單排斜直交替樁的支護(hù)形式，借助有限元差分軟件FLAC3D，考慮土體小應(yīng)變變形，建立三種傾斜角度的單排斜直交替樁基坑支護(hù)模型。分析了斜直交替樁位移及基坑地表沉降隨傾斜角度的變化規(guī)律。得出了一些有益的結(jié)論，為進(jìn)一步研究和設(shè)計(jì)斜樁支護(hù)提供了一定的參考依據(jù)。

　　1工程概況

　　1.1場(chǎng)地工程地質(zhì)條件天津市某軟土基坑工程，基坑深度4.8m，基坑安全等級(jí)為二級(jí)。場(chǎng)地地勢(shì)平坦。勘探范圍內(nèi)地層從上到下依次為填土、黏土、淤泥質(zhì)黏土、黏質(zhì)粉土、粉質(zhì)黏土等，其中淤泥質(zhì)黏土厚度8.3m，基坑底處于淤泥質(zhì)黏土層中，土層分布見(jiàn)圖1。1.2基坑支護(hù)設(shè)計(jì)方案依據(jù)場(chǎng)地條件，及同類別基坑支護(hù)，采用懸臂樁支護(hù)。考慮到土層中較厚的淤泥質(zhì)黏土，為了增加支護(hù)結(jié)構(gòu)的抗傾覆能力，特將支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為單排斜直交替樁。

　　2計(jì)算模型及參數(shù)確定

　　2.1模擬工況本工程基坑深度4.8m，采用單排斜直交替樁支護(hù)型式，此次模擬針對(duì)不同的單排樁支護(hù)型式進(jìn)行數(shù)值模擬，對(duì)比分析在不同傾斜角度單排斜直交替樁支護(hù)下基坑和支護(hù)樁變形。模擬工況見(jiàn)表1.2.2二維模型模型的范圍必須要足夠大，能夠覆蓋基坑開(kāi)挖可能影響的區(qū)域，同時(shí)又要兼顧計(jì)算效率。根據(jù)現(xiàn)行國(guó)家和地方規(guī)范的要求，參考已有的研究成果，模型高度按照勘察深度定為30m，模型長(zhǎng)度考慮基坑開(kāi)挖影響范圍和邊界約束定為50m。網(wǎng)格劃分原則為基坑附近密集，遠(yuǎn)處稀疏。模型共有節(jié)點(diǎn)12005個(gè)，單元9232個(gè)。支護(hù)模型見(jiàn)圖2～圖4�；�坑開(kāi)挖結(jié)果為從地面開(kāi)挖至坑底時(shí)的累計(jì)值。2.3計(jì)算參數(shù)及邊界條件模擬共涉及到2種材料，土體和混凝土。土體材料使用Mohr-Coulomb模型，混凝土采用各項(xiàng)同性的彈性模型，開(kāi)挖部分采用null模型�；炷�土樁重度為25kN/m3，彈性模量為30GPa。土體參數(shù)見(jiàn)表2。整個(gè)模型底部為固定約束，兩端為法向約束，模型上部施加15kPa的工作荷載。初始水位位于自然地面以下1.5m處。本文不考慮降水對(duì)地表沉降的影響，僅分析土方開(kāi)挖后斜直交替樁的工作性狀。2.4計(jì)算結(jié)果通過(guò)二維模型的數(shù)值計(jì)算分析，獲得了基坑開(kāi)挖對(duì)支護(hù)樁和地表沉降的影響結(jié)果，如圖5～圖10所示，圖中變形數(shù)值為累計(jì)值，單位為m。2.5變形分析(1)變形統(tǒng)計(jì)。通過(guò)對(duì)計(jì)算結(jié)果的整理，變形情況(累計(jì)值)如表3所示。(2)變形分析�；�坑支護(hù)形式采用單排懸臂樁，且基坑底部處于淤泥質(zhì)黏土中(見(jiàn)圖1)，淤泥質(zhì)黏土黏聚力和摩擦角僅是6.19kPa和3.54°。在支護(hù)結(jié)構(gòu)抗傾覆驗(yàn)算中，相較于與其他黏土，該淤泥質(zhì)黏土使得樁后主動(dòng)土壓力增加，樁前被動(dòng)土壓力減少，進(jìn)而減弱支護(hù)結(jié)構(gòu)的抗傾覆能力。懸臂單排樁抗傾覆能力被軟土減弱后，其樁頂發(fā)生了較大的水平位移，單排直樁樁頂最大水平位移可達(dá)71mm(見(jiàn)圖5)。依據(jù)地層補(bǔ)償原理，地表會(huì)隨著支護(hù)樁移動(dòng)而產(chǎn)生沉降，單排直樁后地表沉降值可達(dá)20mm(見(jiàn)圖6)。由于場(chǎng)地條件的限制，內(nèi)支撐和錨桿都無(wú)法實(shí)施。為了增加支護(hù)體系的抗傾覆能力和考慮基坑支護(hù)經(jīng)濟(jì)合理性，特將支護(hù)樁設(shè)計(jì)為單排斜直交替樁。斜樁可以依靠其特殊的支護(hù)形式(俯斜式)，減少墻后主動(dòng)土壓力，充分利用樁前土自重，可以達(dá)到自平衡狀態(tài)[15]。另外，由于樁頂梁的鏈接作用，斜樁可以承擔(dān)直樁傳遞過(guò)來(lái)的水平力，進(jìn)而增加整個(gè)支護(hù)體系的支護(hù)能力。當(dāng)支護(hù)體系采用單排斜(10°)直交替樁，樁頂最大水平位移58mm(見(jiàn)圖7)，地表沉降值為15mm(見(jiàn)圖8)。當(dāng)支護(hù)體系采用單排斜(20°)直交替樁，樁頂最大水平位移43mm(見(jiàn)圖7)，地表沉降值為13mm(見(jiàn)圖8)。與單排直樁相比，單排斜(10°)直交替樁樁頂最大累計(jì)水平位移降低幅度為18%，單排斜(20°)直交替樁樁頂最大累計(jì)水平位移降低幅度為39%。上述結(jié)果表明:斜樁在土體中發(fā)揮自穩(wěn)平衡能力，同時(shí)承擔(dān)直樁傳遞的水平荷載，提高了支護(hù)體系的抗傾覆能力，隨著傾斜角度的增加，支護(hù)體系抗傾覆能力也在增加。

　　3結(jié)論

　　斜直交替樁是一種新型支護(hù)體系，適用于內(nèi)支撐和錨桿無(wú)法實(shí)施的基坑工程中，斜樁可以充分發(fā)揮其在土體的自穩(wěn)平衡能力，提高支護(hù)體系抗傾覆能力。同等條件下，斜直交替樁的抗傾覆能力優(yōu)于單排直樁;隨著傾斜角度的增加，樁身最大水平位移和基坑地表沉降均逐漸減小。這為進(jìn)一步研究和設(shè)計(jì)斜樁支護(hù)提供了一定的參考依據(jù)。

　　作者：范鵬程 胡智偉 單位：天津市勘察院 保利(天津) 房地產(chǎn)開(kāi)發(fā)有限公司