基坑门式双排直仰桩受力特性数值分析.pdf

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1、余立新等：基坑门式双排直仰桩受力特性数值分析1231)OI：10．13905／j．cnki．dwj,~．2015．11．042基坑门式双排直仰桩受力特性数值分析余立新，王新国(安徽理工大学土木建筑学院，安徽淮南232001)【摘要】为优化基坑工程中的双排桩支护形式，改善桩的受力特性，对深基坑门式双排直仰桩进行了二维数值模拟计算与分析，研究了基坑门式双排直仰桩的变形与受力特性，并将所得结果与传统的直立桩受力特性进行了对比分析。研究结果表明：直仰桩的桩顶水平位移较传统直立支护桩有所减小，支护桩抗倾覆能力得到了提高；桩身侧移

2、曲线平缓，侧移最大值较小，较直桩支护形式减小了应力集中发生的可能性；桩身弯矩值分布均较小，且正、负弯矩峰值差值比直立桩小，更充分利用了桩体的材料强度，具有显著的工程应用价值和经济效益。【关键词】基坑；门式直仰支护桩；受力特性；数值模拟【中图分类号】TU473．11【文献标识码】B【文章编号】1001—6864(2015)I1—0123—04悬臂式支护桩作为基坑工程中的一种深层抗滑表1土层及支护结构物理力学参数支挡结构，具有计算简单、施工方便、节约施工费用和节约用地空间等优点[13，但有时不能达到支护要求，可以选用双排桩

3、。其中门式双排桩支护结构具有无需内支撑、可围护深度较单排悬臂桩大的优点。许多研究人员通过室内试验、理论推导以及数值模拟等方法开展了一些研究，如邹宗煊提出了呈明显后仰倾斜的围护桩结构；史海莹利用ABAQUS数值模拟得出排距、桩长、系梁高度、桩间土体模量对桩顶侧移的影EL，。r，L响；徐源等通过模型试验研究了前排桩倾斜的双排桩在水平荷载下的工作机理及受力性状；张洪彬等通过改变接触面单元的初始法向刚度及初始切向刚(a)土体网格示意图(b)直仰桩布置示意图度，得出了其变化对双排桩支护结构水平位移、桩顶垂图1直仰桩竺计一算模型一

4、直位移及周围土体沉降及坑底隆起量的影响；李立军重点分析了前后桩排距的变化对结构体系内力(2)土体采用Morh-Coulomb弹塑性模型。屈服及变形的影响。但对于门式双排倾斜支护桩的受力特面函数为：性还研究不够，本文结合基坑实例，运用ABAQUS有F=R。q—ptanq~一C：0(1)限元软件建立双排直斜支护桩的二维数值模拟，并将式中，P和q分别为平面应力和广义偏差应力；c其与传统的双排直桩支护结构的受力特性进行对比与‘p分别为粘聚力和内摩擦角。其中：分析，得出了一些有意义的结论。R。=13cos~osin(0一手J)+

5、÷Jc。s(@+予J)tan1数值模拟的建立1．1计算模型(2)计算模型根据某工程简化而来，基坑挖深为10m，式中，0为极偏角。土体重度为18．53kN／m，支护结构为双排钻孑L灌注(3)不考虑渗流影响，模型按施加体力计算。桩，其中支护桩桩长18m，桩径0．8m，排间距4．5m，后(4)土体采用平面应变四结点单元CPE4，桩和排桩倾斜角度10。，连系梁截面500mm×500mm。由梁采用二维beam单元B21，土为非线性弹塑性体，桩于基坑开挖的影响范围约为4倍左右开挖深度，故本和梁为线弹性体，桩通过Embedededr

6、egion功能嵌入模型中沿深度方向取40m，宽度方向取45m。考虑对到土体中，桩与梁之间进行tie约束。称性，取基坑剖面的一半为计算对象，开挖宽度为(5)模型两侧采用水平位移约束，u．=0；底部25m，建立双排直斜支护桩进行模拟，土体网格及计算施加两个方向约束，．=：=0；顶部为自由面，无约模型如图1所示。束。1．2参数选择和基本假设(6)计算过程中，首先对土体进行初始平衡，然(1)材料的物理力学参数取值见表1。后沿基坑边缘依次设双排直仰支护桩，基坑分5步开124低温建筑技术2015年第11期(总第209期)挖，每步开

7、挖2m。超过32mm，桩顶20mm左右，远小于桩身，由于后排桩2计算结果分析仰斜，土体的剪切方向与支护桩桩身接近垂直，在不被2．1直斜桩中前排桩桩顶水平位移破坏的情况下极大的控制了土体的变形，于此同时后从图2可知，基坑开挖前两步，前排支护桩桩顶出排桩与前排桩通过连系梁连接，形成类似“八”字结现背离基坑方向很小位移，这是由于在挖土之前已将构，在土压力作用下使上部整体有扭转的趋势，从而可桩打入土中，而在外部荷载作用下，背离侧土体沉降较以有效减小前排支护桩桩顶的水平位移，深部土体的开挖区的稍大，从而造成此变形。当基坑深度继续

8、增主动土压力增加量不足以扭转上述运动趋势。大时，水平位移不断增大。当基坑开挖深度达到10m2．3前排桩桩身弯矩分析时，桩顶水平位移达到20ram，小于控制范围要求。从图4可以看出，当基坑开挖深度未超过4m时，偏向基坑方向的水平位移几乎全由开挖的后两步桩身产生的正弯矩较小，且呈现“s”形状，最大弯矩出完成，约占最终水平位移的80％左