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        雙排樁支護結(jié)構(gòu)在深基坑中的應用

        2011-10-18 10:51:10申小金
        科學之友 2011年12期
        關鍵詞:結(jié)構(gòu)

        申小金

        (山西省電力公司送變電工程公司,山西 太原 030006)

        雙排樁支護結(jié)構(gòu)體系作為一種空間組合類支護結(jié)構(gòu),在國外起源于20世紀50年代,主要用于公路、鐵路的邊坡支護。20世紀90年代初期,被引入我國并在深基坑支護工程中得到廣泛運用。它是一種空間組合類懸臂支護結(jié)構(gòu),將密集的單排懸臂樁中的部分樁向后移,并在樁頂用剛性聯(lián)系梁——冠梁把前后排連接起來,沿基坑長度方向形成雙排支護的空間結(jié)構(gòu)體系。它是在沒有錨桿(或內(nèi)支撐)的情況下,發(fā)揮空間組合樁的整體剛度和空間效應,并與樁間土協(xié)同工作,使支擋因開挖引起的不平衡力達到保持坑壁或坡體穩(wěn)定、控制變形、滿足施工和相鄰環(huán)境安全的目的,具有側(cè)向剛度大、減少水平位移、不設支撐、占用空間小等優(yōu)點。已有許多學者對雙排樁進行了大量研究:何頤華、楊斌[1]等利用前、后排樁之間的滑動土體占整個滑動土體的體積比例,來確定所受土壓力的大小。黃強[2]認為,后排樁的存在改變了土體滑動面的形態(tài),從而導致土壓力分布形態(tài)的改變,并提出一種簡化的計算方法。平揚、曹俊堅等[3]考慮了冠梁的空間效應,在此基礎上計算樁的內(nèi)力和變形。鄭剛[4]將雙排樁之間的土視為薄壓縮層,并以水平向彈簧來模擬,提出一種考慮樁-土相互作用的平面桿系有限元分析模型。同時,在大量的工程實踐中廣泛采用,其支護效果和造價投資均切實可行。

        1 雙排樁支護結(jié)構(gòu)計算理論與方法[5]

        排樁支護結(jié)構(gòu)內(nèi)力的計算方法主要是經(jīng)典法、彈性地基梁法和有限元法。彈性支點法,也叫彈性地基梁法,該法把支護結(jié)構(gòu)看做一豎放的彈性地基梁,受側(cè)向土壓力的作用,基坑開挖面以上的支撐可看做一個彈性支點,基坑開挖面以下的土體用一系列的土彈簧來代替,計算法簡圖見圖1。土壓力一般采用朗肯土壓力或庫倫土壓力?;右?guī)程中的彈性支點法把支撐作為一個彈性支點,側(cè)向土壓力開挖面以上按三角形分布,開挖面以下按矩形分布,地基土抗力按“m”法計算,該模型的基本思路如下:基坑開挖后的樁側(cè)土壓力分3部分分析,基坑開挖面以上后排樁的樁背土壓力假定為主動土壓力;基底以上部分前后排樁之間的土體將隨樁身的移動而發(fā)生擾動,此時可以將基底以上的土體視為受側(cè)向約束的半無限土體,根據(jù)平面應變問題的物理方程,并近似地認為樁間土的橫向應變?yōu)?,于是樁間土的側(cè)壓力σ可按式(1)計算:

        式中:μ:土的泊松比;

        γ:土的天然容重;

        Z:地表至計算點的距離。

        基坑地面線以下部分土對樁的側(cè)向抗力,采用文克爾假定,即土對樁的側(cè)向抗力P0等于樁的計算寬度b0,地基系數(shù)cy和側(cè)向位移x三者之間的乘積。

        圖1 彈性支點法計算簡圖

        2 工程實例

        太原市某高層建筑物,地上24層,高度98.24 m,地下兩層,基坑深度10.2 m,周邊情況復雜,基坑開挖邊線距周圍建筑物很近。經(jīng)論證雙排樁支護結(jié)構(gòu)體系見圖2、圖3,場地土性質(zhì)見表1。對該雙排樁采用彈性計算法計算內(nèi)力,計算模型見圖4。雙排樁、連梁、冠梁的幾何參數(shù)見表2,內(nèi)力計算結(jié)果見圖5。

        圖2 雙排樁平面布置圖

        圖3 雙排樁示意圖

        圖4 內(nèi)力計算模型

        圖5 雙排樁位移及彎矩圖

        表1 土體參數(shù)表

        表2 維護結(jié)構(gòu)的有關參數(shù)

        從圖5可以看出,在開挖過程中,樁體呈現(xiàn)較大的向基坑內(nèi)的水平位移,在支護結(jié)構(gòu)頂部由于冠梁的約束作用,限制了位移的發(fā)展,最大位移為4.25 mm,位移相對較小,能滿足規(guī)范要求。

        本工程采用沖擊鉆機成孔灌注樁,并用后壓漿技術進行樁身、樁底的加固,一方面提高灌注樁身的質(zhì)量;另一方面去除虛土與沉渣的不利影響,詳細的施工流程見圖6。

        本工程基坑在開挖全過程進行了基坑監(jiān)測,監(jiān)測內(nèi)容包括雙排樁頂部側(cè)向位移、基坑土體水平位移,周圍建筑物及周邊地面沉降觀測。監(jiān)測結(jié)果顯示如下。

        圖6 成孔灌注樁施工工藝流程

        (1)樁頂位移:除東南側(cè)由于堆土的影響前排樁最大位移為6.28 mm外,其余樁頂位移均在4 mm以內(nèi),達到預期的目標,滿足了雙排樁的變性要求,而且實測值與計算值基本吻合。

        (2)周邊環(huán)境:周圍建筑物的沉降僅為0.3 mm,周圍的地下設施無一受到損壞,說明基坑開挖對周邊環(huán)境影響甚微。

        3 結(jié)論

        通過本工程雙排樁的理論計算、設計與施工、現(xiàn)場實測等工作,有以下幾點體會:

        (1)在同一深度,后排樁側(cè)向變形比前排樁小,與單排樁比較,雙排樁支護結(jié)構(gòu)抗側(cè)向變形能力明顯加強。

        (2)現(xiàn)階段采用彈性法進行雙排樁的內(nèi)力分析與計算是可行的,實測結(jié)果與理論計算值基本一致。當然,此方法過于保守,一定程度上造成投資浪費。

        (3)后壓漿技術在雙排樁中的應用是非常成功的,它大幅度提高了雙排樁的質(zhì)量性能,有效地控制了雙排樁的豎向位移,實現(xiàn)樁-土變形的協(xié)調(diào)一致。

        (4)優(yōu)質(zhì)的施工是保證雙排樁支護體系成功的關鍵。

        [1]何頤華,楊斌深.基坑護坡樁土壓力的工程測試及研究[J].土木工程學報,1997,23(1):16-24.

        [2]黃強.護坡樁空間受力簡化計算方法[J].建筑技術,1989,(6):43-45.

        [3]平揚,曹俊堅.考慮圈梁空間作用的深基坑雙排樁支護計算方法研究[J].巖石力學與工程學報,1999,18(6):709-712.

        [4]鄭剛,李欣等.考慮樁土相互作用的雙排樁分析[J].建筑結(jié)構(gòu)學報,2004,25(1):99-106.

        [5]王建軍.基坑支護現(xiàn)場試驗研究與數(shù)值分析.博士學位論文,2006,5-6.

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