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)秀的文章供相關人士參考。

　　關鍵詞: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]。為了增加支護結構的穩(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力的求解方法。張靜[16]基于比例系數法和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建議值。在前人研究的基礎上，按照安全和經濟的原則，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論，為進一步研究和設計斜樁支護提供了一定的參考依據。

　　1工程概況

　　1.1場地工程地質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�？碧椒秶鷥鹊貙訌纳系较乱来螢樘钔痢�黏土、淤泥質黏土、黏質粉土、粉質黏土等，其中淤泥質黏土厚度8.3m，基坑底處于淤泥質黏土層中，土層分布見圖1。1.2基坑支護設計方案依據場地條件，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黏土，為了增加支護結構的抗傾覆能力，特將支護結構設計為單排斜直交替樁。

　　2計算模型及參數確定

　　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。根據現行國家和地方規(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�；�坑開挖結果為從地面開挖至坑底時的累計值。2.3計算參數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計算結果通過二維模型的數值計算分析，獲得了基坑開挖對支護樁和地表沉降的影響結果，如圖5～圖10所示，圖中變形數值為累計值，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黏土中(見圖1)，淤泥質黏土黏聚力和摩擦角僅是6.19kPa和3.54°。在支護結構抗傾覆驗算中，相較于與其他黏土，該淤泥質黏土使得樁后主動土壓力增加，樁前被動土壓力減少，進而減弱支護結構的抗傾覆能力。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)。依據地層補償原理，地表會隨著支護樁移動而產生沉降，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結論

　　斜直交替樁是一種新型支護體系，適用于內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。

　　作者：范鵬程 胡智偉 單位：天津市勘察院 保利(天津) 房地產開發(fā)有限公司