軟土基坑支護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中單排斜直交替樁的作用的內(nèi)容，本文作者就是通過對斜直交替樁在軟土基坑支護中的工作性狀等內(nèi)容做出詳細的闡述與介紹，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基坑支護穩(wěn)定性一直是基坑工程重大問題，尤其是在軟土基坑中[1-4]。為了增加支護結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，不少學者在直樁的基礎上，研究了各種形式斜樁的支護工作性狀。相較于直樁，斜樁具有更好的水平承載能力[5-10]，并且已應用到實際工程中[11-12]。張文超等[13]通過數(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]對斜樁的嵌固深度和樁前土的穩(wěn)定性進行了理論推導，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，對雙排樁與斜樁組合支護體系進行了反演分析計算，并提出了土壓力折減系數(shù)建議值。在前人研究的基礎上，按照安全和經(jīng)濟的原則，本文以天津某軟土基坑為研究對象，采用單排斜直交替樁的支護形式，借助有限元差分軟件FLAC3D，考慮土體小應變變形，建立三種傾斜角度的單排斜直交替樁基坑支護模型。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，為進一步研究和設計斜樁支護提供了一定的參考依據(jù)。

　　1工程概況

　　1.1場地工程地質(zhì)條件天津市某軟土基坑工程，基坑深度4.8m，基坑安全等級為二級。場地地勢平坦�？碧椒秶鷥�(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，土層分布見圖1。1.2基坑支護設計方案依據(jù)場地條件，及同類別基坑支護，采用懸臂樁支護�？紤]到土層中較厚的淤泥質(zhì)黏土，為了增加支護結(jié)構(gòu)的抗傾覆能力，特將支護結(jié)構(gòu)設計為單排斜直交替樁。

　　2計算模型及參數(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型式，此次模擬針對不同的單排樁支護型式進行數(shù)值模擬，對比分析在不同傾斜角度單排斜直交替樁支護下基坑和支護樁變形。模擬工況見表1.2.2二維模型模型的范圍必須要足夠大，能夠覆蓋基坑開挖可能影響的區(qū)域，同時又要兼顧計算效率。根據(jù)現(xiàn)行國家和地方規(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，模型長度考慮基坑開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，遠處稀疏。模型共有節(jié)點12005個，單元9232個。支護模型見圖2～圖4。基坑開挖結(jié)果為從地面開挖至坑底時的累計值。2.3計算參數(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，混凝土采用各項同性的彈性模型，開挖部分采用null模型�；炷�土樁重度為25kN/m3，彈性模量為30GPa。土體參數(shù)見表2。整個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。本文不考慮降水對地表沉降的影響，僅分析土方開挖后斜直交替樁的工作性狀。2.4計算結(jié)果通過二維模型的數(shù)值計算分析，獲得了基坑開挖對支護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)值為累計值，單位為m。2.5變形分析(1)變形統(tǒng)計。通過對計算結(jié)果的整理，變形情況(累計值)如表3所示。(2)變形分析�；�坑支護形式采用單排懸臂樁，且基坑底部處于淤泥質(zhì)黏土中(見圖1)，淤泥質(zhì)黏土黏聚力和摩擦角僅是6.19kPa和3.54°。在支護結(jié)構(gòu)抗傾覆驗算中，相較于與其他黏土，該淤泥質(zhì)黏土使得樁后主動土壓力增加，樁前被動土壓力減少，進而減弱支護結(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71mm(見圖5)。依據(jù)地層補償原理，地表會隨著支護樁移動而產(chǎn)生沉降，單排直樁后地表沉降值可達20mm(見圖6)。由于場地條件的限制，內(nèi)支撐和錨桿都無法實施。為了增加支護體系的抗傾覆能力和考慮基坑支護經(jīng)濟合理性，特將支護樁設計為單排斜直交替樁。斜樁可以依靠其特殊的支護形式(俯斜式)，減少墻后主動土壓力，充分利用樁前土自重，可以達到自平衡狀態(tài)[15]。另外，由于樁頂梁的鏈接作用，斜樁可以承擔直樁傳遞過來的水平力，進而增加整個支護體系的支護能力。當支護體系采用單排斜(10°)直交替樁，樁頂最大水平位移58mm(見圖7)，地表沉降值為15mm(見圖8)。當支護體系采用單排斜(20°)直交替樁，樁頂最大水平位移43mm(見圖7)，地表沉降值為13mm(見圖8)。與單排直樁相比，單排斜(10°)直交替樁樁頂最大累計水平位移降低幅度為18%，單排斜(20°)直交替樁樁頂最大累計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，同時承擔直樁傳遞的水平荷載，提高了支護體系的抗傾覆能力，隨著傾斜角度的增加，支護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體系，適用于內(nèi)支撐和錨桿無法實施的基坑工程中，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。這為進一步研究和設計斜樁支護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)開發(fā)有限公司