朱隆奇，馬 闖，安廣強(qiáng)，楊冰穎，楊 犇

（安徽理工大學(xué)土木建筑學(xué)院，安徽淮南 232000）

在深基坑土工工程施工期間，縱向支撐防護(hù)結(jié)構(gòu)與橫向支撐保護(hù)結(jié)構(gòu)是深基坑經(jīng)常使用的支護(hù)方式［1］。但是基坑大量使用水平支撐，會(huì)導(dǎo)致對(duì)場(chǎng)地空間、造價(jià)成本、施工工期的限制，則會(huì)產(chǎn)生資源浪費(fèi)和環(huán)境污染。然而單排樁又不能滿(mǎn)足基坑的變形要求，故雙排樁能夠很大程度上提高結(jié)構(gòu)剛度且減小基坑水平位移［2-3］，現(xiàn)其作為一種具有應(yīng)用價(jià)值和經(jīng)濟(jì)效益的支護(hù)結(jié)構(gòu)被廣泛應(yīng)用于工程實(shí)踐中［4-5］。

針對(duì)雙排深基坑的支護(hù)結(jié)構(gòu)受力特點(diǎn)［6］，相關(guān)研究人員從支護(hù)空間效應(yīng)［7］、土拱力學(xué)效應(yīng)［8］、基坑周?chē)鷫毫Ψ植嫉确矫妫?］進(jìn)行了深入研究，并提出了雙排樁支護(hù)模型［10-11］。孫濤等［12］使用PLAXIS軟件分析了雙排樁最優(yōu)的支護(hù)距離，并分析了深基坑在挖掘期間出現(xiàn)的周?chē)寥缐毫εc支護(hù)變形問(wèn)題，指出在2D、4D排距范圍內(nèi)，能夠獲得良好的樁護(hù)效果。俞建霖等［13］使用數(shù)值分析法，對(duì)影響深埋重力-門(mén)架式圍護(hù)結(jié)構(gòu)的因素展開(kāi)細(xì)致描述，說(shuō)明該結(jié)構(gòu)能夠有效降低圍護(hù)結(jié)構(gòu)的變形與彎矩。楊光華等［14］為了改變雙排樁模型存在的不足，對(duì)深基坑表面之下的壓力情況進(jìn)行測(cè)量，并使用彈性地基梁法進(jìn)行計(jì)算，在該計(jì)算模式中，要思考被動(dòng)土壓力，按照彈簧的反力進(jìn)行計(jì)算。在雙排樁之間的土中增加了效果相同的土柱剛度，取壓縮剛度的最大值，能夠讓計(jì)算結(jié)果成準(zhǔn)確，對(duì)比有限元有工程測(cè)試結(jié)果，更加合理。于洋等［15］以FLAC 3D為基礎(chǔ)進(jìn)行有限差分建模，對(duì)有連梁雙排抗滑樁的不同錨固定深度對(duì)內(nèi)部壓力、結(jié)構(gòu)變形的影響。研究顯示，在雙排支撐防護(hù)結(jié)構(gòu)中，采取連梁工程設(shè)計(jì)，可以增加雙排樁的嵌入深度，對(duì)樁頂位移、彎矩、樁身壓力等方面會(huì)產(chǎn)生影響，并且與臨界值有一定關(guān)聯(lián)。當(dāng)位移值大于臨界值時(shí)，要提升后排樁嵌入土里的深度，可以使樁頂水平位移情況得到改善。

通過(guò)對(duì)前人研究資料進(jìn)行整理分析發(fā)現(xiàn)，在雙排樁的深基坑支撐防護(hù)建設(shè)過(guò)程中，排樁長(zhǎng)度和樁距大小會(huì)對(duì)支撐與防護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定、安全和價(jià)格等方面產(chǎn)生重大影響，而對(duì)于前排樁和后排樁排樁長(zhǎng)度和樁距大小對(duì)支撐與防護(hù)結(jié)構(gòu)的研究很少。本文從實(shí)際案例角度出發(fā)，采用Midas GTS/NX軟件進(jìn)行建模，驗(yàn)證工程建筑結(jié)果，并且建立不同形式的雙排樁的支護(hù)結(jié)構(gòu)模型，比較其樁身變形和坑外沉降之間的不同。

1 工程概況

1.1 施工項(xiàng)目概況

項(xiàng)目計(jì)劃新建5棟建筑，（4棟建筑高32層，1棟建筑高27層），全部使用框架剪力墻結(jié)構(gòu)，包含地下室2層。其中某支護(hù)段采用“基坑北側(cè)（ABCD段）采用雙排樁支護(hù)+攪拌樁帷幕止水”方案，如圖1所示。

圖1 基坑平面解析示意

樁頂?shù)陀谧匀坏孛?.8 m，樁芯直徑為1.2 m，冠梁規(guī)格為高×寬（1 000mm×1 200mm），前后排均為混凝土灌注樁D1 200 mm@1 600 mm，樁間采用D550mm@400mm的攪拌樁（長(zhǎng)度約為6.5m）形成止水帷幕。該建筑的樁芯與冠梁使用C30商品混凝土。

1.2 水文地質(zhì)條件

施工建模選擇Midas GTX NX軟件來(lái)修正摩爾-庫(kù)倫模型。根據(jù)勘察資料，同時(shí)結(jié)合當(dāng)?shù)亟?jīng)驗(yàn)，得到土層參數(shù)平面實(shí)際數(shù)據(jù)分別如表1、圖2所示。使用梁?jiǎn)卧?jì)算連梁與樁頂?shù)拈g距，設(shè)置彈性模量為30 GPa、重度為每立方米24.5 kN、泊松比為0.2。

表1 土層物理力學(xué)參數(shù)

圖2 1-1基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)橫面解析mm

2 數(shù)值模擬分析

為驗(yàn)證基坑開(kāi)挖效果，模型北側(cè)采用“雙排樁支護(hù)+攪拌樁帷幕止水”支護(hù)設(shè)置，同時(shí)比較樁頂位移、基坑周邊水平位移位移、周邊沉降和實(shí)際測(cè)量結(jié)果之間的差異，結(jié)果如圖3所示。數(shù)值計(jì)算最大基坑周邊水平位移為12.40 mm，監(jiān)測(cè)最大水平位移為8.8 mm；數(shù)值計(jì)算最大樁頂水平位移為9.80 mm，監(jiān)測(cè)最大水平位移為7.3 mm；數(shù)值計(jì)算最大基坑周邊沉降為16.90 mm，監(jiān)測(cè)最大沉降量為14.20 mm，數(shù)值計(jì)算與監(jiān)測(cè)位移接近。數(shù)值計(jì)算與監(jiān)測(cè)結(jié)果對(duì)比表明了基坑結(jié)構(gòu)的安全性和數(shù)值計(jì)算的可靠性，模型較好地反映了基坑開(kāi)挖的變形特性。

3 參數(shù)影響分析

比較建模結(jié)果和監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，構(gòu)建多種形式不同的二維雙排樁支撐與防護(hù)模型，對(duì)樁身變形和土地變形的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行研究，如圖4所示。模型長(zhǎng)度為60 m、高度為40 m，深基坑為10 m。模型土基于工程實(shí)測(cè)，參數(shù)的具體數(shù)值情況如表1所示，止水帷幕和地下室情況不作考慮。由于深基坑深度為10 m，所以支撐與防護(hù)的樁身直徑為1.2 m，樁間距為1.6 m，樁長(zhǎng)取為14 m。本文研究比較前后樁樁長(zhǎng)（H1/H2）、不同前后樁樁間距（B1/B2），雙排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)位移變化情況及坑外土體沉降情況，從而分析參數(shù)變化對(duì)支護(hù)效果的影響。幾何參數(shù)分析取值如表2所示。

表2 模型幾何參數(shù)取值范圍

圖4 監(jiān)測(cè)與計(jì)算結(jié)果對(duì)比

3.1 前排樁樁長(zhǎng)改變對(duì)雙排樁支護(hù)效果的影響

當(dāng)前排樁的樁長(zhǎng)改變后，會(huì)對(duì)雙排樁的支撐與防護(hù)效果產(chǎn)生影響，具體參數(shù)變化如表2所示。通過(guò)控制雙排樁的樁間距及其后排樁樁長(zhǎng)保持不變，單一改變前排樁樁長(zhǎng)，建立不同前排樁樁長(zhǎng)配比模型，并計(jì)算基坑挖掘到深基坑底部后樁身水平變形和坑外沉降，分析對(duì)應(yīng)配比雙排樁支護(hù)效果以及坑外沉降情況。

雙排樁改變前排樁樁長(zhǎng)的樁身水平位移與坑外水平距離沉降如圖5所示，圖右側(cè)為僅改變前排樁樁長(zhǎng)的雙排樁樁身水平位移情況，橫坐標(biāo)為樁水平位移量，縱坐標(biāo)為樁埋深量；圖左側(cè)為使用僅改變前排樁樁長(zhǎng)配比的雙排樁的基坑開(kāi)挖后坑外沉降情況，橫坐標(biāo)為距離基坑水平距離，縱坐標(biāo)為坑外沉降量。

圖5 雙排樁改變前排樁樁長(zhǎng)的樁身水平位移與坑外水平距離沉降

由圖5可以看出，對(duì)于樁身水平變形，當(dāng)前排樁的樁長(zhǎng)增加后，樁頂水平位移量減小且變化顯著，樁底水平位移量增加但變化不顯著。伴隨前排樁樁長(zhǎng)增加，后排樁的底部沒(méi)有發(fā)生明顯的位移，頂部位移越來(lái)越小且變化明顯。雙排樁的前后排樁配比16/14樁身最大水平變形值分別為21.1 mm（前排）和23.4 mm（后排），雙排樁的前后排樁配比12/14樁身最大水平變形值分別為33.9 mm（前排）和36.1 mm（后排），較配比12/14分別減小37.8%（前排）和35.2%（后排）。對(duì)比以上5種配比方式，樁身變形情況基本一致，前排樁與后排樁水平變形的峰值都出現(xiàn)在樁頂。在這些前后排樁配比中，前排樁配比較長(zhǎng)的樁身上半部分變形情況比前排樁配比較短的變形小。因?yàn)闃兜撞糠帜軌蛴行е萍s坑內(nèi)土地隆起情況，所以前排樁配比較長(zhǎng)的雙排樁變形相較前排樁配比較短的雙排樁大。并且前后排樁配比大于14/14的雙排樁支護(hù)的坑外沉降沒(méi)有明顯差別；前后排樁配比為12/14的最大坑外沉降值為12.2 mm。

3.2 后排樁樁長(zhǎng)改變對(duì)雙排樁支護(hù)效果的影響

比較后排樁樁長(zhǎng)改變后對(duì)雙排樁支撐與防護(hù)效果的影響情況，結(jié)果如表2所示。通過(guò)控制雙排樁的樁間距及其前排樁樁長(zhǎng)保持不變，單一改變后排樁樁長(zhǎng)，建立不同后排樁樁長(zhǎng)配比模型，并計(jì)算基坑挖掘到深基坑底部后樁身水平變形和坑外沉降，分析對(duì)應(yīng)配比雙排樁支護(hù)效果以及坑外沉降情況。

雙排樁改變后排樁樁長(zhǎng)的樁身水平位移與坑外水平距離沉降如圖6所示，圖右側(cè)為僅改變后排樁樁長(zhǎng)的雙排樁樁身水平位移情況，橫坐標(biāo)為樁水平位移量，縱坐標(biāo)為樁埋深量；圖左側(cè)為使用僅改變后排樁樁長(zhǎng)配比的雙排樁的基坑開(kāi)挖后坑外沉降情況，橫坐標(biāo)為距離基坑水平距離，縱坐標(biāo)為坑外沉降量。

圖6 雙排樁改變后排樁樁長(zhǎng)的樁身水平位移與坑外水平距離沉降

由圖6可以看出，對(duì)于樁身水平變形，隨著后排樁整體長(zhǎng)度的加長(zhǎng)，前排樁的頂部會(huì)縮小位移變化，并且底部位移情況也不明顯，后排樁的樁底水平位移呈現(xiàn)出逐漸增大的趨勢(shì)且變化幅度不明顯。雙排樁的前后排樁5種配比中，配比14/12樁身最大水平變形值分別為27.5 mm（前排）和29.3 mm（后排），配比14/16樁身最大水平變形值分別為26.9 mm（前排）和29.1 mm（后排），較配比14/12分別減小2.2%（前排）和0.007%（后排）。以上5種雙排樁的配比形式十分相近，前排樁水平變形的峰值都為頂部。在這些配比中，前后排樁的后排樁配比較長(zhǎng)的樁身上部區(qū)段水平變形小于前排樁較短的雙排樁，僅樁底部分區(qū)段情況與3.1節(jié)相同。同時(shí)，在此前后排樁的所有配比中，雙排樁支護(hù)隨著后排樁樁長(zhǎng)的增加，坑外最大沉降值逐漸減小。前后排樁配比為14/16的最大坑外沉降值為9.7 mm，為14/12的最大坑外沉降值為10.2 mm，較配比14/12減小4.9%。

3.3 前排樁樁間距改變對(duì)雙排樁支護(hù)效果的影響

比較前排樁間距發(fā)生變化后，對(duì)雙排樁支撐與防護(hù)效果影響情況（表2）。通過(guò)控制雙排樁的樁長(zhǎng)及其后排樁樁間距保持不變，單一改變前排樁樁間距，建立不同前排樁樁間距配比模型，并計(jì)算基坑挖掘到深基坑底部后樁身水平變形和坑外沉降，分析對(duì)應(yīng)配比雙排樁支護(hù)效果以及坑外沉降情況。

雙排樁改變前排樁樁間距的樁身水平位移與坑外水平距離沉降如圖7所示，圖右側(cè)為僅改變前排樁樁間距的雙排樁樁身水平位移情況，橫坐標(biāo)為樁水平位移量，縱坐標(biāo)為樁埋深量；圖左側(cè)為使用僅改變前排樁樁間距配比的雙排樁的基坑開(kāi)挖后坑外沉降情況，橫坐標(biāo)為距離基坑水平距離，縱坐標(biāo)為坑外沉降量。

圖7 雙排樁改變前排樁樁間距的樁身水平位移與坑外水平距離沉降

由圖7可以看出，對(duì)于樁身水平變形，隨著前排樁樁間距的逐漸增大，前排樁的水平位移都呈現(xiàn)逐漸增大的趨勢(shì)且變化幅度極小，前排樁底部沒(méi)有發(fā)生顯著的位移；當(dāng)前排樁間距上升后，后排樁底位移變化不顯著，后排樁頂位移增加，但是沒(méi)有顯著變化。雙排樁的前后排樁5種配比中，配比1.2/1.6樁身最大水平變形值分別為25.8 mm（前排）和19.9 mm（后排），配比2/1.6樁身最大水平變形值分別為26.7 mm（前排）和20.6 mm（后排），比2/1.6配比情況下的前排樁減小3.4%，后排樁減小3.5%。以上配比方式下，樁身的水平變形變化不明顯，前排樁與后排樁的水平變形峰值都為頂部。在這些配比中，前后排樁前排樁轉(zhuǎn)間距配比較小的樁身上部區(qū)段水平變形小于前排樁樁間距較大的雙排樁，樁底部分區(qū)段位移基本無(wú)差別。同時(shí)，雙排樁支護(hù)隨著前排樁樁間距的增加，坑外最大沉降值逐漸增加，前后排樁樁間距配比為2/1.6的最大坑外沉降值為8.7 mm。

3.4 后排樁樁間距改變對(duì)雙排樁支護(hù)效果的影響

比較后排樁間距發(fā)生變化后對(duì)雙排樁支撐與防護(hù)效果的影響情況，結(jié)果如表2所示。通過(guò)控制雙排樁的樁長(zhǎng)及其前排樁樁間距保持不變，單一改變后排樁樁間距，建立不同后排樁樁間距配比模型，并計(jì)算基坑挖掘到深基坑底部后樁身水平變形和坑外沉降，分析對(duì)應(yīng)配比雙排樁支護(hù)效果以及坑外沉降情況。

雙排樁改變后排樁樁間距的樁身水平位移與坑外水平距離沉降如圖8所示，圖右側(cè)為僅改變后排樁樁間距的雙排樁樁身水平位移情況，橫坐標(biāo)為樁水平位移量，縱坐標(biāo)為樁埋深量；圖左側(cè)為使用僅改變后排樁樁間距配比的雙排樁的基坑開(kāi)挖后坑外沉降情況，橫坐標(biāo)為距離基坑水平距離，縱坐標(biāo)為坑外沉降量。

圖8 雙排樁改變后排樁樁間距的樁身水平位移與坑外水平距離沉降

由圖8可以看出，對(duì)于樁身水平變形，當(dāng)后排樁間距加大后，前排樁水平位移發(fā)生增加趨勢(shì)，變化幅度可忽略不計(jì)；前排樁底橫向位移變化不顯著，后排樁間距加大，后排樁頂和樁底變化不顯著。5種配比支撐與方式形式下，樁身水平位移相近，前排樁與后排樁的水平變形峰值都為頂部。同時(shí)，雙排樁支護(hù)隨著后排樁樁間距的增加，坑外最大沉降值逐漸增加；前后排樁樁間距配比為1.6/2的最大坑外沉降值為8.9mm，前后排樁樁間距配比為1.6/1.2的最大坑外沉降值為6.8 mm，較配比1.6/2減小了23.6%。

4 結(jié) 論

（1）相比于傳統(tǒng)雙排樁支護(hù)，在相同用樁量的情況下，改善雙排樁的前后排樁樁長(zhǎng)，以及前排樁和后排樁之間的距離，能夠更好地穩(wěn)定支撐結(jié)構(gòu)，盡量避免出現(xiàn)樁身變形和深基坑周?chē)霈F(xiàn)沉降問(wèn)題。

（2）前排樁的樁長(zhǎng)對(duì)雙排樁樁身的位移影響較大，設(shè)計(jì)中可適當(dāng)增加前排樁長(zhǎng)度；后排樁的樁長(zhǎng)變化對(duì)雙排樁位移影響不大，在設(shè)計(jì)中可適當(dāng)減少其長(zhǎng)度，以減少成本。

（3）在保持前排樁樁量的前提下，后排樁的樁長(zhǎng)改變，對(duì)坑外土體沉降影響不大。

（4）在不改變雙排樁樁長(zhǎng)的情況下，隨著雙排樁樁間距的增加，前排樁的樁間距改變對(duì)樁身位移影響比后排樁的大，且后排樁的樁間距對(duì)樁身位移影響不大。

（5）當(dāng)前排樁和后排樁之間的距離不斷增加時(shí)，基坑外部的土體下沉情況也會(huì)逐步增強(qiáng)。