摘 要： 作为一种新型的深基坑支护手段，双排桩自问世以来得到广泛应用。双排桩土压力计算仍然采用库伦理论，而桩间土有不同的计算模型，对于开挖面下排桩与土体之间的作用关系也有不同的假设。本文在前人的研究成果之上，结合工程实例，借助于FLAC3D数值软件，对比分析规范推荐方法与数值计算内力结果的差异。
关键词：深基坑；数值法；双排桩；内力
0、引言
双排桩由于门架结构和连梁作用，其刚度大，具有很好的抗弯和限制侧向变形作用。对于双排桩的计算，已有不少专家学者提出了不同的模型，不同的模型其假设不同，计算结果也不尽相同，有时差异还很大。双排桩争论最大的有以下几点[1]：
1>前后排桩间土压力的计算模型
2>前后排桩间土压力的分配方法
3>前后排桩间内力的传递方式
4>开挖面下土弹簧的范围
5>桩端的约束形式
本文在规范推荐公式计算结果的基础上，结合数值分析方法，对比两种方法的差异性，分析差异结果。
1、方法对比
1.1 规范法
根据《建筑基坑支护技术规程》JGJ120-2012，后排桩上仍然采用主动土压力，前、后排桩的初始土压力根据排距、桩径、基坑深度确定，桩间土体对桩侧的压力可按系数传递法，将其看作前后排桩上土压力相等，嵌固段桩采用土弹簧。
1.2 有限差分法
根据有限差分理论，将结构和土体离散成单元体和节点，计算过程中力系作用于节点，由边界条件，变量采用差分方程，结果无限逼近近似值。
2、工程实例
根据勘察结果，某基坑开挖及影响范围内共5层土，采用双排桩支护，开挖深度5.5m，嵌固深度6.5m，排桩直径0.7m，前后排距2.5m，左右桩距1m。土层参数如下：
表一 土层参数表
层号名称层厚重度浮重度粘聚力内摩擦角压缩模量
mkN/m3kN/m3kPa度MPa
1杂填土1.3018.58.75.0012.008.0
2粘性土1.1019.69.830.010.009.0
3细砂3.2019.69.80.0025.0016.0
4粘性土3.9019.49.631.0010.0011.0
5中砂6.3020.010.210.0024.0018.0
根据规范推荐方法和FLAC 数值模拟，结合实测值，将结果绘制成图标，其结果如下：
图1 桩身剪力图
根据分析结果可以看出，规范法计算出的最大剪力非常大，远远超过了实测值，这种方法计算过于保守，与实际工程不符；数值分析结果与工程实测剪力数据变化趋势相一致，但是数值分析值比实际值小，造成这种可能的原因可能是土层参数取值与实际值不太相符合。规范法计算出来的前排桩剪力较后排桩大，而实测值和数值分析结果中，前后排桩身剪力总体相差不大。
双排桩中连梁的作用，桩间土的传力方式，嵌固段的约束方式对前后排桩身剪力有很大的影响，而这种影响一般的计算方法无法考虑进去，计算结果会出现较大误差，数值法通过离散作用，很好的将桩土效应结合，有很高的参考价值。
图2 桩身弯矩图
从图中曲线可以看出，规范推荐的方法最大正弯矩值162KN.m，位于桩顶处，在5-6m处有最大负弯矩值；数值法分析结果最大正弯矩值为19KN.m，最大负弯矩值为29KN.m。根据分析结果，数值法得出的最大弯矩远远小于规范法。从图中可以看出，从桩顶往下规范法得出的弯矩值逐渐减小，2.3m以后逐渐增大，6m后减小，数值分析结果正好相反，2.3m以前逐渐增大，2.3m以后前排桩减小，后排桩增大，7m以后增大。
无论是弯矩值大小和变化趋势，规范法和数值法都存在很大的差异性。随着深度增加，作用于桩上的土压力增大，弯矩值也随之增加，根据实际情况和理论分析，个人认为数值法变化趋势更接近于实际。
图3 地表沉降图
对于地表沉降预测，规范法中的抛物线预测法与数值分析结果很相似，三角形法和指数法沉降量较大，且沉降位置与数值法差异较大。根据检测结果，接坑的最大沉降位于1倍开挖深度以外，最大沉降量为11mm，与抛物线法与数值分析结果相近。
图4 地表沉降图
3、结论
（1）规范推荐的方法总体来说是过于保守，分析方法还不够完善，分析结果与双排桩实际受力情况不太相符合。
（2）对于双排桩的受力机制仍需进一步研究，双排桩中由于连梁的作用，将前后桩形成门架结构，整体性较强，而这种整体性在计算过程中该如何简化成相应模型才能与实际相符，仍然是难点。
（3）对于双排桩后的土压力该如何取值，应结合工程实际，对于深度大、地质条件差、周边情况复杂的基坑，应以主动土压力为主，而嵌固深度大，桩体变形小的工程应以静止土压力为主。
（4）桩间土的传力方式以及传力机制有待完善，个人认为对于不同段的桩间土传力机制是不一样的，主要是桩身变形作用破坏了桩间土结果，使其物理力学性质和完整性破坏。
（5）数值分析能很好地模拟桩土间的相互作用以及桩间土的传力机制，但是数值模拟涉及的参数较多，而这些参数靠简单的试验不能获得满意的结果，因此数值计算还未得到行业界的普遍认可，仍然只能作为设计的参考，随着分析理论的完善，人们对岩土体认识的深入，试验手段的提高，数值法分析会越来越受人们的欢迎。
参考文件
[1] 何亚飞等，双排桩支护结构的计算模型对比分析低温建筑技术，2009，25（1），109-111
[2] 杨治国等，FLAC-3D软件与理正软件在基坑支护设计中的应用.西安科技学报，2007，27（2），224-227
[4] 刘国彬，王卫东主编 .基坑工程手册（第二版） 北京：中国建筑工业出版社，2009
作者简介：
第一作者：杨普济（1974-）， 汉， 男，江西上饶 ，硕士，南昌工程学院， 讲师，研究方向：岩土工程
第二作者：张斌（1992-）， 汉， 男，四川资阳 ，本科，南昌工程学院地质工程
第三作者：黄小松（1981-）， 汉， 男，江西抚州，在读硕士，东华理工大学勘察设计研究院，工程师，研究方向：岩土工程
推荐访问： 内力 浅析 数值 差异 解析
