双排桩支护结构变形特点与土压力有限元分析.pdf

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1、第25卷第3期华中科技大学学报(城市科学版)Vo1．25NO．32008年9月J．ofHUST．(UrbanScienceEdition)Sep．2008双排桩支护结构变形特点与土压力有限元分析杨德健2，王铁成，李新华2(1．天津大学建筑工程学院，天津300072；2．天津城市建设学院天津市软土特性与工程环境重点实验室，天津300384)摘要：论述了双排桩支护结构设计的基奉理论、简化模型及内力计算方法；运用有限元建立平面应变模型分析双排桩支护结构，对双排桩支护结构所受土压力取值进行了分析与修正。研究表明，双排桩具有较大的侧向刚度，可有效限制围护结构的侧向变形，应将桩顶与连梁做成刚性连

2、接，以保证有效发挥双排桩的支护效果。基坑开挖面以上桩身所受主动土压力与理论主动土压力值相近，开挖面以下桩身所受土压力介于理论主动土压力与静止土压力之间，并随着深度的增加，愈来愈接近静止土压力值。前、后排桩所受的被动土压力与理论被动土压力值相差较大，后排桩被动土压力值接近静止土压力。关键词：双排桩；支护结构：受力分析；土压力中图分类号：TU473．1文献标识码：A文章编号：1672—7037(2008)03—0010—03随着高层建筑和地下结构的快速发展，地簧与前后排桩的位移协调来完成。弹簧刚度的下工程规模日趋加大，深基坑支护设计与施工大小反映的即是桩间土的水平向地基反力系数等方面的问

3、题日益突出，深基坑工程己成为工k。由于前、后排桩间土层的厚度通常很薄，当程界面临的一个重大问题。安全、合理的基坑桩长大于排距的4倍且每一排桩内桩距不大支护结构是开发利用地下空间的重要保证。双时，一般可以认为是竖向薄压缩层，于是k可排桩支护结构作为一种新型的支护形式，在基以比较简化的由下式确定：坑开挖工程应用中取得了良好的效果。双排桩k=E／8(1)支护结构可理解为将密集的单排悬臂支护桩中式中，为桩问土的水平向平均压缩模量；的部分桩向后移，并在桩顶用刚性连梁把前、为桩间土层厚度。后排桩连接起来，沿基坑长度方向形成双排支桩侧摩阻力采用桩土界面传递函数法加以护的空间支护结构体系。双排桩支护

4、结构体系考虑，把桩划分成许多弹性单元，每一单元与属于悬臂类空间组合支护结构。土体之间用非线性弹簧联系，以模拟桩土之间的荷载传递关系。这些非线性弹簧的应力一应变1双排桩受力特征与计算模型关系就是桩侧摩阻力与剪切位移S间的关系，即传递函数。该模型传递函数采用Kezdi形式：双排桩相当于一个插入土体的刚架，能够厂]靠基坑以下桩前土的被动土压力和刚架插入土r(z)=KZztanIL1-exp(一)I(2)Su—SJ中部分的前桩抗压、后桩抗拔所形成的力偶来共同抵抗倾覆力矩，桩土之间的相互作用不容式中，为土的侧压力系数，近似为1一sin；忽略。在荷载作用下，后排桩向坑内运动，势分别为土的重度及内

5、摩擦角；k为土的类必受到桩间土的抗力；同时，桩间土也对前排别及密实度有关的系数；S为桩侧阻力充分发桩产生推力。由于桩间土与前、后排桩问的相挥时的临界位移。互作用主要是水平荷载，所以假定桩间土体为前、后排桩所受土压力的分布将直接影响连接前后排桩的弹簧，土压力的分配则是靠弹双排桩支护结构的计算结果，准确确定土压力收稿日期：2008—03—05作者简介：杨德健(1962一)，男，北京市人，教授，研究方向为工程结构抗震，yangdejian@eyou．com。基金项目：天津市高等学校科技发展基金项日(2005XK1)。第3期杨德健等：双排桩支护结构变形特点与土压力有限元分析‘11．极为重要。

6、按经典土压力理论(桩问土刚塑体桩身弯矩／kN·m．600．400．2000200400600法)分析墙后土体的主动土压力时，是按土的‘’U，极限平衡理论而得出的，根据极限平衡理论导4出的土体破坏面是从墙底开始，沿角6，7=45。一／2展开的剪切面，土压力强度沿剪8．+f切面呈线性分布，由于后排桩的存在，改变了12．●—．_-b土的剪切破坏面，由于滑动土体形状的改变，＼l4’▲滑动体的破坏面夹角不再是定值，而是个变量，＼6．产因而双排桩的土压力与无后排桩的情况不一18)样，需要做进一步分析。图2双排桩芎矩分布2内力与土压力有限元分析由图1可知，前、后排桩桩顶位移量相等，且桩身最大侧移发

7、生在桩项处；靠近桩顶4～62．1双排桩支护结构受力变形分析m范围内，前、后排桩的侧移量基本一致，但双排桩支护结构作为一空间组合支护结此点以下的后排桩桩身侧移大于前排桩，表明构，受力复杂，影响其支护性能的因素较多，桩间土体受到挤压，双排桩靠前、后排桩与桩本文利用有限元软件对双排桩支护结构体系进间土的变形协调来传递土压力。根据图2分析，行分析计算，根据天津地区的一般土质情况，前、后排桩均受到交变应力作用，存在反弯矩设定计算模型的有关基本参数为：土体粘聚力点，且