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《廣東土木與建筑雜志》2014年第七期

1三維有限元模型的建立

1.1基本情況基坑的平面開挖尺寸約350m×150m，挖深6.55~6.95m?？紤]基坑開挖對周圍土體的擾動，其三維模型取600m×400m×30m的區(qū)域，上部為自由邊界，底部全約束，各側(cè)邊限制向基坑方向的水平位移，三維有限元模型共有15573個單元，14175個節(jié)點，如圖3所示。

1.2基本假定該模型建立的基本假定主要如下：①土體本構(gòu)模型采用莫爾-庫侖本構(gòu)模型；②由于基坑支護體系中支護樁數(shù)量龐大，并考慮到所討論的重點為墩對雙排樁支護結(jié)構(gòu)的開挖性狀影響，為簡單起見，在三維有限元整體分析中，排樁按抗彎剛度相等轉(zhuǎn)換為具有一定厚度的等效連續(xù)墻。（D為支護樁直徑，b為排樁的計算寬度）；③假定各土層都為成層均質(zhì)水平分布；④不考慮地下水在基坑開挖過程中的影響；⑤不考慮開挖過程中的時間因素。

2模型模擬結(jié)果分析

2.1墩距對雙排樁支護結(jié)構(gòu)水平位移的影響帶墩雙排樁的墩距對支護結(jié)構(gòu)水平位移的影響如圖4所示?？梢?，帶墩雙排樁支護結(jié)構(gòu)的水平位移要小于常規(guī)雙排樁支護結(jié)構(gòu)，且兩種形式雙排樁的變形特性及最大水平位移出現(xiàn)的部位也不相同。常規(guī)雙排樁支護結(jié)構(gòu)由于角部效應(yīng)的存在，最大水平位移出現(xiàn)在基坑長邊的中部，變形形狀近似于承受均布荷載的單跨簡支板（如圖4a）；而帶墩雙排樁支護結(jié)構(gòu)由于豎向剛性墩的存在，使其近似形成以墩為支座的多跨連續(xù)板，從而可有效地減少支護結(jié)構(gòu)的水平位移，最大值出現(xiàn)在基坑北側(cè)墩距最大的跨中（如圖4b）。對于相同的斷面x-x′，帶墩雙排樁最大水平位移出現(xiàn)在坑底附近，而常規(guī)雙排樁最大水平位移則出現(xiàn)在坑頂。因此，墩對雙排樁支護結(jié)構(gòu)的水平位移有重大影響，墩距與支護結(jié)構(gòu)最大水平位移的關(guān)系如圖5?？梢?，當墩距大于60m時，支護結(jié)構(gòu)的水平位移迅速增大，當墩距為90m時，帶墩雙排樁支護結(jié)構(gòu)的最大水平位移已很接近常規(guī)雙排樁支護結(jié)構(gòu)，因此帶墩雙排樁支護結(jié)構(gòu)的墩距不宜大于60m。

2.2墩尺寸對雙排樁支護結(jié)構(gòu)水平位移的影響當墩距為60m時，帶墩雙排樁的墩尺寸對支護結(jié)構(gòu)水平位移的影響如圖6，可見當墩自身平面尺寸b•h大于8m×4m時，墩對支護結(jié)構(gòu)的位移有良好的約束效果；當b•h=4m×4m時，由于墩自身剛度的減小，此時支護結(jié)構(gòu)的最大位移及其形態(tài)均與常規(guī)雙排樁相似，墩對支護結(jié)構(gòu)位移的約束已無明顯效果。因此帶墩雙排樁支護結(jié)構(gòu)的墩尺寸不宜小于8m×4m。

3監(jiān)測結(jié)果分析

根據(jù)圖4~6的分析結(jié)果，并考慮實際上墩與雙排樁支護結(jié)構(gòu)并非完全剛性連接，佛山某基坑的墩距選定為60m，墩尺寸選定為8m×4m。在雙排樁支護結(jié)構(gòu)同一斷面的前、后排樁在分別設(shè)置了測斜管（編號為CX11、CX12，如圖1），提取三維有限元模型與測斜管相同位置的支護樁水平位移曲線與監(jiān)測結(jié)果進行對比，如圖7所示?？梢?，前排樁最大水平位移計算值為26.4mm，監(jiān)測值為31.1mm；后排樁最大水平位移計算值為26.6mm，監(jiān)測值為32.0mm；監(jiān)測值均大于計算值。在有限元模型模擬中，由支護樁以及擴闊的樁頂蓋板構(gòu)成的墩與后排樁全樁長范圍剛性連接，使懸臂雙排樁支護結(jié)構(gòu)形成有效的多跨連續(xù)板，有利于對支護結(jié)構(gòu)位移的約束；實際上墩與后排樁并非完全剛性連接而是通過擴闊的樁頂蓋板與前后排樁相互連接，共同形成樁土相互作用十分復(fù)雜的空間組合支護結(jié)構(gòu)，由此導(dǎo)致帶墩雙排樁的水平位移監(jiān)測值比計算值大，且最大位移差值出現(xiàn)在開挖面以上的后排樁。分析前后排樁的位移曲線，前排樁樁頂存在一個明顯的約束，而后排樁對前排樁產(chǎn)生一個類似于“推動”的作用，體現(xiàn)為前排樁的樁頂位移較后排樁的略小，樁頂蓋板呈壓縮狀態(tài)。

4結(jié)論

通過帶墩雙排樁在基坑開挖中的三維有限元分析，得到不同墩距和墩尺寸情況下雙排樁支護結(jié)構(gòu)水平位移的分布，主要結(jié)論如下：

4.1帶墩雙排樁支護結(jié)構(gòu)的位移比常規(guī)雙排樁支護結(jié)構(gòu)的水平位移小，且兩種形式雙排樁的變形特性及最大位移出現(xiàn)的部位也不相同；常規(guī)雙排樁支護結(jié)構(gòu)最大位移出現(xiàn)在基坑長邊中部，帶墩雙排樁支護結(jié)構(gòu)最大位移出現(xiàn)在兩墩間的中部。

4.2墩距對雙排樁支護結(jié)構(gòu)的位移控制有重要影響。當墩距小于60m時，墩對支護結(jié)構(gòu)的位移約束有較好效果；當墩距大于60m時，支護結(jié)構(gòu)的位移迅速增大；當墩距為90m時，帶墩雙排樁支護結(jié)構(gòu)的位移與常規(guī)雙排樁支護結(jié)構(gòu)的位移已接近一致。因此，對于帶墩雙排樁支護結(jié)構(gòu)，墩距不宜大于60m。

4.3墩尺寸對雙排樁支護結(jié)構(gòu)的位移控制有重要影響。當墩自身平面尺寸b•h大于8m×4m時，墩對支護結(jié)構(gòu)的位移有良好的約束效果；當b•h=4m×4m時，由于墩自身剛度的減小，此時支護結(jié)構(gòu)的位移值與位移形態(tài)均與常規(guī)雙排樁相似，墩對支護結(jié)構(gòu)位移的約束已無明顯效果。因此，對于帶墩雙排樁支護結(jié)構(gòu)，墩尺寸不宜小于8m×4m。

作者：蘇玉英單位：廣東省重工建筑設(shè)計院有限公司