双排桩计算方法对比探讨

2015-10-31贾恺

建材与装饰 2015年29期

关键词：冠梁后排弯矩

贾恺

（广州市建筑科学研究院新技术开发中心有限公司）

双排桩计算方法对比探讨

贾恺

（广州市建筑科学研究院新技术开发中心有限公司）

在基坑支护工程中，由于场地、工期和政策等的限制，双排桩越来越多的应用于实际工程，但是双排桩的变形机理和受力状态在目前并不是十分清晰，本文将目前工程应用中常用到的两种双排桩设计计算方法进行比较，并采用实际工程案例的监测数据进行相互验证，为类似的工程设计提供参考。

双排桩；设计应用

1　引言

经过多年的发展，深基坑支护出现了多种结构形式，每种支护形式都有其特点也有其局限性及适用的范围，如地下连续墙支护形式适用于较差的地质条件和复杂的周围环境，但其造价成本价高且施工周期较长；内支撑支护形式对现场的限制较多，对基坑内部施工及基坑土体开挖都有不利影响且造价高；悬臂式支护结构往往会有较大的桩顶水平位移，为此可以控制桩身及桩顶位移的锚索被大量使用，但是上海、武汉和佛山等地区已经做出了相应的规定，严格限制锚杆的使用。

在这种形势下，双排桩作为一种新型支护结构形式被越来越多的应用于工程实践。双排桩是一种类似于门式刚架的空间结构，它的组成部分主要有：前排桩、后排桩以及连接前后排桩桩顶的拉梁。双排桩无内撑的形式使得施工的操作空间得到了最大化，无锚杆的形式使其能够在复杂的周围环境下（例如周围近距离处存在地铁、地下室等情况）使用。

目前在工程界常用的双排桩计算方法主要有两种：何颐华[1]法和规范法[2]（基于郑刚[3]法的改进方法）。

2　计算模型

何颐华法是基于平面刚架的理论，在室内模型试验和北京某工程数据的支撑下提出的，计算模型如图1所示。

图1　何颐华法计算模型示意图

在基坑开挖以后，后排桩受到的主动土压力为σa，前后排桩之间的土层对前后排桩作用等大反向的压力Δσ，由此可知：

前排桩受力为：Δσ

后排桩受力为：σa-Δσ

在确定前后排桩受力时，作者近似的采用了按照滑体体积比例作为前后排桩主动土压力的分配比例，若记α=Δσ/σa，则：

前排桩受力为：ασa

后排桩受力为：（1-α）σa

该方法假设冠梁与前后排桩的连接为完全刚性的，在连接的角点处不发生转动，在冠梁作用下，前后排桩顶端只发生水平位移而无转角，且两者由于冠梁作用位移相等。

同时基于该理论，作者考虑了前后排桩不同布桩形式下的计算方式。

郑刚法针对何颐华法中前后桩土压力的人工分配和桩底假定为固定铰支座的问题提出了解决方案，作者将桩间土看做竖向薄压缩层，用土弹簧对其进行模拟，计算简图如图2所示。

图2　郑刚法计算模型示意图

桩间土弹簧刚度（k）依据桩间土水平向的压缩模量（Es）和土层厚度（H）来确定：

k=Es/H

该方法虽然解决了桩间土的压缩变形问题，但是没有考虑其在变形前桩间土对前后桩的土压力问题，基于此，规范法对其进行了修正。

规范法在郑刚法的基础上，将后排桩后的主动土压力由上三角形下矩形改为了按照朗肯土压力进行计算，使得桩后土压力更符合实际情况，并按照何颐华法的体积比例系数法对桩间土的初始压力进行分配。

3　应用中的问题及分析

在《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120-2012）实施之前，相当一部分的工程设计人员都按照何颐华法进行双排桩设计，并且积累了一定的经验，在2012行业规范实施之后，设计过程中经过对比，发现规范法和何颐华法并不十分一致，以前积累的经验不能很好的应用于新的算法中，以广州某实际工程为例进行对比计算分析，表1中所示为其对应的地质情况。

表1　广州某工程地质资料（算例1）

在表1所示地质情况下，开挖基坑9.1m，双排桩桩径均为1.2m，桩距前排为1.4m，后排为2.8m，排距3.0m，嵌固深度为12.90m，不考虑冠梁刚度。

采用何颐华法可以直接得到计算结果，但是规范算法目前仅给出了前后排桩等间距的情况，因此分别对桩距1.4m和2.8m进行求解，得到的结果和规范法的计算结果对比见表2。其中表中的规范法（均值）各桩的弯矩取值为间距1.4m得到的前排桩弯矩与间距2.8m得到的前排桩弯矩一半的大值，间距1.4m得到的后排桩弯矩2倍与间距2.8m得到的后排桩弯矩的大值。

表2　两种计算方法对比

从表2的计算结果可以看到，根据何颐华的方法计算得到的结果位移在50mm以内，而根据现行规范的方法计算得到的结果位移在64mm以上，103mm以下，通过试算可知，随着桩距的增加，位移的增加速度是逐渐放缓的，即按照上述形式布桩，得到的规范计算位移应该是小于（64+103）/2=83.5mm的。根据现场实际的监测的情况（图3），在基坑开挖到坑底以后，位移逐渐发展至73mm左右，且增长速度放缓，改值与何颐华法的43mm相去甚远，与83.5mm的均值却颇为接近。