无内支撑支护体系中的双排桩相比悬臂单排桩具有更大的侧向刚度, 更合理的受力性能, 能够有效地限制基坑侧向位移的发展, 因此在大面积深基坑工程中得到较多的应用, 对于地下污水处理厂基坑也有更大的适用性。目前, 国内学者对双排桩进行了大量研究, 分别基于经典土压力理论[1][2]、基于弹性地基梁法[3][4]以及基于土拱理论和土抗力法提出了不同的双排桩计算模型, 也有运用数值方法分析了实际双排桩支护工程及不同因素对双排桩的影响。
双排桩一般适用于土质条件相对较好地区的大面积深基坑支护, 而对于软土地区的基坑, 桩间土及坑底被动区的低压缩性土会导致基坑较大的侧向变形。所以, 在软土地区往往还需要增加桩间土体加固和坑底加固等措施, 以减小双排桩变形, 提高基坑稳定性。但是目前对于软土地区双排桩支护基坑的桩间土体和裙边加固研究还很少, 本文以某软土地区的地下污水处理厂基坑工程为案例, 结合数值分析方法, 研究了桩间土体和裙边加固对基坑变形的影响。
1 工程概况
某污水处理厂提标改造工程中全地下污水处理厂将主要污水处理构筑物合建成一个集约化的水池及生产用房, 置于地下一定的深度, 然后在水池上方建空箱为操作层, 操作层顶板上覆土约0.5~2.0m, 从而形成一个地下二层的空间结构。地下污水处理厂基坑尺寸为515mx288m, 开挖面积接近15万m2, 基坑最大挖深为14.5m。基坑场地内除部分水泥地坪和建筑垃圾外, 其他地方均为农田。由于基坑面积大, 开挖深度深, 且基坑周边环境条件较简单, 因此采用了放坡结合双排桩的无支撑支护形式。
1.1 地质条件
基坑场地地貌类型为潮坪地貌类型, 古河道发育区。所处区域内的地基土为第四纪全新世Q43~上更新世Q32的沉积层, 主要由填土、粉性土、淤泥质土、黏性土组成。具体土层参数见表1。
1.2 基坑设计介绍
基坑典型剖面如图1。基坑上部采用放坡, 下部采用双排桩的支护形式。基坑两级放坡高度均为3.5m, 双排桩支护深度7.5m, 该侧基坑开挖深度为14.5m。双排桩的前后排桩长度均为25m, 采用Ø1000@1200钻孔灌注桩, 前后排桩用连梁连接。考虑到基坑底面附近存在厚度很大的淤泥质黏土层, 双排桩的桩间土及双排桩前基坑被动区土体均采用三轴搅拌桩进行了加固。其中, 桩间土加固长度18m;基坑被动区采用坑底满堂裙边加固, 加固深度5m, 宽度6m。基坑放坡顶部外5m处设置三轴搅拌桩止水帷幕, 止水帷幕长度为16m。
2 双排桩的数值模型建立
2.1 基本假设及参数
a) 模型不考虑降水对土体的影响, 也不考虑降水引起的渗流作用;
b) 由于基坑开挖施工较快, 土体参数按照固结不排水条件选取;
c) 双排桩及连梁相对于土体可以视为线弹性材料。土体采用摩尔库伦模型。土体与支护结构之间设置接触模型。
d) 由于基坑开挖面积大, 线性长度远大于基坑典型剖面尺寸, 所以简化为平面应变问题。圆形钻孔灌注桩及连梁按照等代刚度法简化为等刚度矩形断面。
2.2 数值模型建立
计算区域为:深度取至足够深度, 为地表以下50m。基坑剖面计算宽度为20m;基坑外计算范围为80m。水平向为X向, 竖直向为Y向, 且对X边界施加X向位移约束, Y边界施加Y向约束。采用等三角形六节点平面单元模拟土体。数值分析模拟了基坑过程围护墙体施工、桩间土加固、裙边加固、各层土体的分层开挖, 根据基坑工程“顺作法”施工工况全过程模拟基坑开挖。
3 桩间土加固的影响分析
双排桩连梁及桩间土能够使前后排桩协调变形受力, 将主动土压力分配至前后桩。桩间土压缩模量越大, 双排桩的整体性越强, 更加有效的传递前后排桩的土压力, 使得前后桩的受力模式更加接近, 并具有更高的刚度限制水平位移的发展。本文通过桩间土的模量, 计算不同桩间土加固效果对双排桩水平位移的影响。桩间土加固区按各向同性线弹性模型考虑, 具体参数详见表2。
图2表示了不同桩间土加固效果与支护结构水平位移的关系。从图中可以看出, 桩间土加固可以减小支护结构水平位移, 但减小位移的效果不大。从桩的变形形态上看, 随着加固体的效果增加, 后排桩有明显的变化。当桩间土无加固时, 后排桩变形接近于直线, 受力主要是由桩顶连梁传来的力控制, 后排桩起到拉锚作用。当桩间土存在加固时, 前后排桩受力更加接近, 双排桩协同受力, 整体性更强。
4 结论
(1) 桩间土加固对减小支护结构水平位移效果不大, 但是可以明显改变后排桩受力, 提高双排桩整体性。
(2) 裙边加固可以明显减小支护结构水平的位移, 对前排桩起到了明显的约束作用, 并且改变了支护结构最大水平位移的位置。
(3) 当裙边加固范围B/H取0.8~1.0之间的时候, 对限制支护结构最大水平位移最明显。
(4) 软土地区双排桩实施桩间土体加固和裙边加固措施, 可以有效减小支护结构水平变形, 并提高前后排桩协同受力效果。
摘要：以某软土地区的地下污水处理厂基坑工程为案例, 采用数值分析方法对双排桩支护的基坑开挖进行模拟。研究了桩间土加固和裙边加固对双排桩支护结构受力的影响。并计算了不同的桩间土加固效果, 不同的裙边加固范围对支护结构水平位移的影响。结果表明, 桩间土加固能提高双排桩整体性, 但对减小支护结构水平位移效果有限;而裙边加固可以有效减小双排桩水平位移, 但对后排桩受力影响不大。
关键词：软土地区,基坑,双排桩,桩间土加固,裙边加固
参考文献
[1] 何颐华, 杨斌, 金宝森, 李瑞茹, 谭永坚, 王铁宏.双排护坡桩试验与计算的研究[J].建筑结构学报, 1996, 02:58-66+29.
[2] 黄强.深基坑支护工程设计技术[M].北京:中国建材工业出版社.1995.
[3] 郑刚, 李欣, 刘畅等.考虑桩土相互作用的双排桩分析[J].建筑结构学报, 2004, 01:99-106.
[4] 应宏伟, 初振环, 李冰河, 刘兴旺.双排桩支护结构的计算方法研究及工程应用[J].岩土力学, 2007, 06:1145-1150.