基于深基坑支护中桩支护系统的应用分析__墨水学术,论文发表,发表(2)

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2.2冠梁对双排桩的约束作用  
本文中介绍的计算方法，考虑了冠梁对双排桩的约束作用。冠梁的空间协调作用在双排桩支护结构中的作用是明显的，对于整个双排桩支护结构的稳定性起到重要的作用，计算模型中考虑冠梁的空间协调作用是必要的。为了在计算模型中便于实现，在此将冠梁的作用分解为两个部分，一是协调前后排桩桩顶的位移，假定为联系前后排桩桩顶的刚性梁；二是空间变形协调作用假定为在双排桩刚架结构顶端的水平支撑。  
基本假设：(1)冠梁只发生平动，不发生转动，冠梁的空间作用部分转化为水平支撑弹簧。(2)冠梁对前后排桩的联系作用假定为刚性梁，与前后排桩桩顶刚性连接。(3)桩底嵌固。  
弹性地基梁法是现行规范推荐的，其最大优点是能够考虑土与结构的相互作用。考虑到滑移面的存在使得桩间土作用在前后桩体上的土压力存在差异，针对双排桩通常的工作状态提出一种双排桩弹性地基梁法计算模型，如图3（a)所示。  
土压力分布情况：前排桩土压力在坑底以上呈三角形分布，最大值为PA，可由式(2)求得，坑底以下桩问土作用与前排桩上的土压力呈矩形分布；后排桩桩后侧主动区土压力在以上呈三角形分布，最大值为PB，可由式(3)求得，在以下至桩底呈矩形分布，为按库仑土压力理论确定的滑移面与后排桩相交处的深度。基坑内侧土体对前排桩的抗力用土弹簧来模拟，桩间土深度以下土体对后排桩的抗力也用土弹簧来模拟，前后排桩桩体视为竖直放置的弹性地基梁，地基基床系数按“m”法来确定：  
K=mZ（1）  
前桩土压力：  
（2）  
后桩土压力：  
（3）  
（4）  
（5）  
（6）  
式中：为主动土压力系数；为土压力空间效应影响系数；H为基坑深度；q为作用后排桩桩外土体表面的附加荷载；为比例系数，按后排桩靠基坑侧滑动土体占整个滑动土体的重量比例确定。需要说明的是对于粘性土，在计算和时，内摩擦角应该用等效摩擦角D来代替。  
（a）  
（b）  
图3双排桩弹性地基梁法计算模型  
双排桩排距L的大小直接影响到作用在前后排桩上的土压力的分配关系。当双排桩的排距大于时，双排桩支护结构类似于拉锚结构，如图3(b)所示，此时=1。这也就意味着在排距L己经确定的基坑开挖过程中，当开挖深度小于时，滑移面在前后桩体之间，此时主要是前排桩起到挡土作用；当开挖深度大于时，此时的前后桩体才共同承担挡土作用。  
笔者借助于MATLAB软件，针对上述计算模型，采用了梁单元和winkle地基梁单元，编制了适合于工程设计计算的双排桩弹性地基梁有限元计算程序。  
3实例工程计算结果跟实测结果比较分析  
为了对双排桩支护结构进行研究，在工程进行过程中，采用了信息化施工技术，对主要部位的双排桩桩体的深层位移和冠梁的钢筋应力进行监测，取得了有价值的实测资料。  
基坑北侧在开挖到设计深度8.3m后，对基坑进行了现场实测，图4给出了此时的实测前、后排桩的位移和计算得到的前、后排桩位移曲线。可以看出，计算得到的前排桩的位移与实测吻合的比较好，差值在1O％以内，趋势基本一致；后排桩的计算结果略有偏差，其原因可能是计算过程中将前后桩体简化为刚性连接，并认为有相同的位移而忽略了梅花形排列的前后桩桩项的位移差所引起的。  
图4前、后排桩位移计算值和实测值比较  
4实例工程基坑支护效果评价  
经过两个多月的施工，该深基坑支护工程全部完工，通过验收。如今，大厦已投入使用，事实证明，这一设计方案是成功的。  
1)本工程

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