双排桩双梁组合支护刚度计算的改进与位移分析

双排桩支护组合体系作为一种新型悬臂类支护结构,其整体刚度的提升有利于保持基坑边侧的安全稳定。本文依托于张家口万全区某双排桩基坑支护工程案例,以现有双排桩冠梁刚度系数计算方法为基础,引入冠梁与连梁作用效应系数优化改进考虑连梁和冠梁作用的基坑矩形双排桩支护结构横向支撑刚度的计算方法,并对双梁组合支护体系下不同土性对双排桩前后排桩桩身最大横向位移的影响进行探讨。结果显示:（1）在双排桩结构计算中需考虑冠梁与连梁对双排支护桩的共同横向约束作用,并将冠梁与连梁的刚性连接作为一个整体以提高矩形双排桩双梁横向支撑刚度系数。（2）双梁组合支护体系组合刚度对桩顶位移有较大影响,组合刚度为40～50 MN/m下的位移与观测值较为贴近;冠梁计算长度与引入的冠梁与连梁作用效应系数对双梁组合支护体系组合刚度影响较大,计算长度对组合刚度呈负相关,效应系数对组合刚度呈正相关。（3）双梁组合支护体系下双排桩横向支撑刚度受前后排桩竖向与横向位移差影响,前后排桩桩身最大横向位移受土层内摩擦角、黏聚力和土体水平抗力比例系数影响;改变抗拉强度不会影响双排桩桩体位移。在基坑埋深以下及桩底范围内桩身存在位移拐点,拐点处各不同内摩擦角、不同黏聚力条件下位移相等。     

锚杆排桩基坑支护效果及其对周围环境的影响

利用理正深基坑软件,以具体工程的一侧基坑支护为例,分别改变锚杆预应力大小、锚杆排数和土压力调整系数,通过分析计算结果中位移、锚杆锚固段长度和钢筋用量的变化来研究其对锚杆排桩基坑支护效果及其对周围环境的影响。结果表明：对1排锚杆排桩,当预应力增加到一定值后,继续增加预应力值,对减小基坑位移的作用不大,但钢筋用量却会显著增加;用2排锚杆排桩对变形控制的效果明显,并且钢筋用量和对周围环境的影响均小;随着土压力调整系数的增加,基坑的位移、钢筋用量都在增加。因此,选择合适的土压力调整系数,让基坑发生适当的位移,才能使计算中采用的主动土压力和实际的土压力接近,使设计的基坑支护稳定可靠。     

相邻基坑土条土压力计算方法探讨

基坑工程实践中,经常遇到相邻基坑土条土压力如何计算的问题,现行基坑规范尚没有计算方法。通过理论探索和工程实践,对前、后期的基坑支护型式进行了归类和组合,提出了相临基坑宽度的确定原则;提出了建立在库仑土压力理论基础之上的简化计算方法--叠加法,推导并给出了非黏性土和黏性土在不同坡率和地面分布有荷载条件下主动土压力系数和土压力的计算公式,并提出了临界宽度的概念和土条土压力折减系数的计算公式。利用所提出的叠加法、临界宽度的概念和土条土压力折减系数的计算公式,可以简捷地计算不同土层、不同坡率和地面荷载条件下的土条土压力合力及土压力强度。工程实践表明,该方法概念清晰、理论依据充分、计算公式简便,以此设计的基坑支护结构安全合理,可供类似基坑支护工程设计参考。     

单桩桩土相互作用及荷载传递机理探讨

研究了单桩桩土相互作用及荷载传递机理过程,指出了荷载传递函数中的为桩身位移,不是桩土相对位移和桩身压缩量,从而消除了由于不同的理解带来的混乱.基于单桩相互作用机理的改进模型,推导了预测单桩桩侧摩阻力以及桩身轴向力分布的公式,并将他们应用于一工程试桩,预测的单桩荷载沉降曲线与实测结果很好地吻合.     

刚性桩复合地基的主动土压力分析

桩足够长、桩间距不大于6倍桩径的刚性桩复合地基中,在桩间土内部的剪切力和桩土间摩擦力共同作用下,桩顶段桩间土压力仅在一定深度范围内有所增加,且随深度迅速衰减,而桩顶段桩身轴力随深度增加。基于刚性桩复合地基的这一特点,紧邻刚性桩复合地基开挖基坑且基坑底高于刚性桩桩底时,得出刚性桩复合地基上的附加荷载作用在支护结构上的主动土压力可以简化为倒三角形,最大主动土压力作用在刚性桩桩顶平面与支护结构相交处,随深度增加,主动土压力迅速衰减至0。实践表明该计算方法比较符合工程实际。     

近接建筑荷载作用下阳角型深基坑最佳支撑位置

近接荷载作用下基坑阳角区的受力机制复杂,因此,研究支撑位置变化对基坑阳角区的影响具有重要意义。采用现场监测和数值模拟方法研究了支撑位置变化下基坑阳角区的受力特性和变形规律,主要包括内支撑轴力、桩身侧向土压力、支护桩水平位移、近接建筑沉降和支护桩弯矩等。研究结果表明,支撑位置深度太大或太小均对基坑支护系统的受力和协调变形规律不利,最佳支撑位置的深度在基坑深度的0.33～0.50倍之间(支护桩深度的0.10～0.33倍)。     

混合法在深基坑排桩锚杆支护计算中的应用研究

深基坑排桩预应力锚杆支护工程中,作用于桩身的土压力与桩身位移呈非线性变化。对于这种非线性变化问题,基于位移土压力模型,考虑支护结构位移的影响,推导了混合法计算公式。混合法可以有效跟踪支护结构的变形过程,反映土体与桩之间的非线性作用关系。结合工程实例,编制了MATLAB计算程序,计算结果较好地反映了土压力与桩身位移之间的非线性变化关系,并与理正软件计算结果进行对比分析,结果表明两者吻合较好,从而证明该计算方法具有较好的适用性,对深基坑支护结构设计有较好的参考价值。     

基于Hewlett理论的支护桩桩间距计算方法研究

基坑支护桩桩间距设计通常基于经验取值,并不考虑土拱的作用和桩间土的稳定性。基于Hewlett理论分析了基坑支护桩桩间土拱效应,并开展了对桩间土整体稳定性的研究,分别得出了满足两种稳定条件的桩身荷载分担比公式和桩间距公式。通过对设置在四种土质中的支护桩桩间土拱的计算分析发现：对于强度指标较高的黏土、粉土,桩宽比为0.5时,荷载分担比即达到100%,而对于强度指标较低的淤泥质黏土,桩宽比为0.8时,荷载分担比方达到100%;桩间土整体稳定性对于桩间距的要求较为宽松。对于常规桩径的支护桩,桩间距的设计应按土拱稳定为控制准则,但对于设置在内摩擦角较大而黏聚力较小土层中的大直径桩,应按桩间土整体稳定为控制准则     

考虑桩桩相互作用的双排支护桩受力变形分析

双排桩支护结构的变形与内力计算是其设计计算的重要内容之一。双排支护桩结构是由前排桩、后排桩及桩顶连系梁组成的空间门架式结构。在承受水平荷载时,后排桩向坑内发生挠曲变形,挤压桩间土体,同时桩间土体又对前排桩产生推力,使得前排桩向坑内发生挠曲变形,挤压前排桩桩前土体,以致该支护结构在传递水平荷载时,前后排桩及桩间土体之间存在非常复杂的相互作用。本文基于上述双排桩支护结构受力变形特性,将前、后排桩均视为竖向放置的弹性地基梁,以欧拉伯努利双层梁理论考虑前后排桩的相互作用,以水平向弹簧模拟桩间土相互作用,以朗肯土压力计算作用于后排桩的主动土压力,以弹性抗力法计算作用于前排桩基坑底面以下的被动土压力,以基坑底面为界人为将前、后排桩分为上下部分,并通过桩身各段的受力平衡建立前后排桩的挠曲变形控制微分方程,然后通过桩端约束及基坑坑底平面处的连续条件得到方程的解析解,给出了一种考虑桩桩相互作用以及桩土相互作用的双排桩支护结构计算方法。最后结合两个实例,将本文方法计算结果与实例结果进行对比分析,验证本文方法的可行性,以期为双排桩支护结构在工程中的设计计算提供借鉴。     

成层土中悬臂式地下墙内力计算等等值梁法

建筑基坑范围内的土层以成层土居多，基坑技术规范要求计算成层土的土压力时应分层计算，本文按等值梁法原理，给出了成层土中分层计算土压力，再计算悬臂式地下连续墙支护结构内力（剪力和弯矩）的方法。     

基坑预留土台的简化分析方法研究

利用有限元软件对基坑预留土台对围护结构的内力及变形的影响规律进行研究,并对预留土台作用下围护桩的内力及变形的简化计算方法进行探讨。分析结果表明,预留土台的存在对减小围护桩的内力及变形具有显著的作用,且随着预留土台宽度、高度的增大,围护桩的内力及变形呈明显的减小趋势,但当预留土台宽度增大至约1倍开挖深度时,围护桩的变形逐渐趋于稳定。当计算预留土台作用下的围护桩变形及内力时,先利用弹性地基梁法计算该开挖深度下的围护桩的变形及内力,然后乘以预留土台的面积折减系数,即可得到预留土台作用下的围护桩变形及内力。经实际工程验证,采用该简化计算方法可较为简便地计算预留土台作用下围护桩的内力及变形。     

连拱式组合拱结构在深基坑工程中的应用

钻孔灌注桩连拱式组合拱结构是由大直径的钢筋混凝土钻孔灌注桩（拱脚支持桩）和小直径钻孔灌注桩排列呈拱型组合成一个组合截面,将水土压力产生的弯矩和剪力转化为沿拱轴方向的轴向压力,不仅受力合理,而且,有更好的截面效能,刚度和强度也比相同质量的桩（墙）式结构大得多,顶部用钢筋混凝土圈梁连接成整体,在不加撑锚条件下比桩墙式结构能支护更深的基坑,如开挖深度较大,可沿深度方向适当距离增加钢筋混凝土加劲肋,是一种新的支护结构型式,经济效益非常显著。通过在南京某大厦深基坑支护中的应用和土体开挖过程中,对其侧向土压力、桩身应力、支护结构的侧向位移及外侧土体的变形的实测研究,获得了连拱支护结构在软土地区受力和变形的基本规律。     

考虑坑壁位移和土压力方向的直撑力学特性

鉴于基坑支护中常见的直撑设计一般都没有考虑基坑位移和土压力的变化,总结了土压力和基坑位移之间非线性关系的研究现状,分析了随坑壁转动时土压力大小和方向的变化规律。在此基础上,推导了直撑轴力和坑壁位移之间、以及直撑纵向变形与坑壁位移之间的数学关系式。结合工程实例,进一步研究了直撑轴力和变形随基坑初始位移、支撑点、土压力作用点、土体与挡土结构间摩擦角等因素变化时的发展变化规律。研究表明,直撑轴力及其变形随基坑位移、支撑点高度、土体与挡土结构之间摩擦角的增加而减小,随土压力作用点高度的增加而增大,与基坑初始位移值基本无关。     

基坑双排桩支护结构设计计算软件开发及应用

随着基坑开挖规模朝更大更深方向发展,传统的单排桩、桩锚、桩撑支护结构受到一定的限制,在变形控制要求较高,又不宜采用内支撑和锚杆的情况下,双排桩能发挥较好的作用。双排桩是由两排平行的支护桩、水平压顶梁和前后联系梁形成的空间围护结构体系,具有刚度大、稳定性好、变形小、便于直立开挖等优点,因而得到广泛应用。新的湖北省《基坑工程技术规程》（DB42/T159-2012）中增加了双排桩支护结构相关章节,提出了双排桩的设计与计算模型。针对湖北省新基坑规范中提出的双排桩支护计算模型,应用VB.NET语言开发出一款操作简单、实用性强的基坑双排桩设计计算软件（DESDROP）,本软件的开发与研究是为配合湖北省新基坑规程实施而进行的。该软件能对双排桩前后桩的位移、内力和稳定性进行分析,并可以通过查询结果图看到任一工况条件下的土压力、位移、弯矩、剪力图。将该软件应用于金地名郡基坑工程,结果表明,DESDROP软件运算速度快,计算结果能满足双排桩支护设计的需要。     

既有−新增排桩双层支挡结构开挖模型试验研究

在既有地下室以下增设地下空间,常面临既有支护桩与新增支护桩构成双层支挡结构的开挖工况,这是传统开挖设计方法未涉及的新问题。通过大比尺模型试验,以内外双层支护桩排间距为主要参数,研究其对支护结构性能演变、排间土压力的影响。试验结果表明,随排间距减小,新增支护桩位移与弯矩逐渐增大,由嵌固作用转变为主要受力结构。开挖至既有支护桩失效退出工作后,新增支护桩位移与弯矩突增,最大弯矩点下移。既有支护桩背单位土压力随开挖逐渐减小,达到主动极限状态后主动土压力随排间距增大而增大,并接近朗肯主动土压力分布线。通过各试验桩背主动土压力数据分析拟合,建立了以排间距、土体内摩擦角、桩土摩擦角为参数并考虑土拱效应的既有支护桩背主动土压力预测方法。     

刚性桩复合地基侧向土压力试验研究

通过室内模型试验,实测得到试验条件下,天然地基和刚性桩复合地基作用在不允许有位移的刚性挡土墙上的侧向土压力;通过与天然地基对比分析,获得了刚性桩复合地基的侧向土压力特性及分布规律。结果表明,刚性桩复合地基中桩的参与（包括桩的荷载深层传递作用、桩负摩擦区的影响和桩体对桩间土水平附加应力的“遮拦”作用等）使复合地基侧向土压力大小和分布规律明显区别于天然地基;在给定荷载水平下,刚性桩复合地基的侧向土压力值低于天然地基,侧向土压力影响范围较天然地基作用位置更深;在试验条件下,刚性挡土墙距离建筑物0.35～1.4 m范围内,当荷载水平达到地基承载力特征值时,刚性桩复合地基作用在刚性挡土墙上的总土压力和附加土压力约为天然地基的43.3%～80.1%和15.9%～59.8%。     

考虑土拱效应的疏排桩支护基坑内力和变形分析

采用同济大学中型岩土离心机进行了2组疏排桩支护基坑的离心机模型试验,结合三维有限元数值分析探讨了采用规范方法计算疏排桩支护基坑桩身内力与变形的适宜性,并提出了考虑土拱效应的疏排桩支护基坑桩侧土压力的理论计算方法,最后建立了考虑土拱效应的疏排桩支护基坑桩身内力和变形的计算模型。研究结果表明：对于桩间距与桩径之比为2、3和8的疏排桩支护基坑,桩间土体无法形成土拱效应;对于桩间距与桩径之比为4～7的疏排桩支护基坑,桩间土拱效应明显;规范法计算得到桩身内力与变形结果要比离心机试验结果偏大,与规范方法相比,采用文中提出的计算方法计算疏排桩支护基坑桩身内力与变形更为合理。     

基坑围护结构增量计算法的改进

就围护桩（或围护墙）加内支撑这一基坑支护形式而言,基于弹性地基梁理论的增量法是其围护结构内力和变形计算的常用方法。合理计算荷载增量是该方法实施的关键之一。目前,该法的荷载增量主要由土压力增量和挖除土体弹性抗力释放的反力增量两部分组成。根据弹性地基梁和增量法的基本原理,结合基坑施工过程,综合分析得出：荷载增量除上述两部分外,还应包括开挖面以下土体因开挖面下降、水平抗力系数降低而引起的土体弹性抗力部分释放的反力增量;开挖面以下围护桩（或围护墙）任意点的这部分反力增量等于该点在上一工况下的侧向位移与开挖侧土体水平抗力系数的比例系数m和本工况挖除土体厚度的乘积。工程实例理论计算结果和实测结果的对比分析表明,与传统增量法相比,采用改进增量法,围护桩（或围护墙）侧向位移的计算值与实测值更加接近,计算结果更加符合工程实际。