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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(kāi)挖尺寸約350m×150m，挖深6.55~6.95m。考慮基坑開(kāi)挖對(duì)周圍土體的擾動(dòng)，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(gè)單元，14175個(gè)節(jié)點(diǎn)，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(kù)侖本構(gòu)模型；②由于基坑支護(hù)體系中支護(hù)樁數(shù)量龐大，并考慮到所討論的重點(diǎn)為墩對(duì)雙排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)的開(kāi)挖性狀影響，為簡(jiǎn)單起見(jiàn)，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(hù)樁直徑，b為排樁的計(jì)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(kāi)挖過(guò)程中的影響；⑤不考慮開(kāi)挖過(guò)程中的時(shí)間因素。

2模型模擬結(jié)果分析

2.1墩距對(duì)雙排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)水平位移的影響帶墩雙排樁的墩距對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)水平位移的影響如圖4所示。可見(jiàn)，帶墩雙排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)的水平位移要小于常規(guī)雙排樁支護(hù)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(hù)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(zhǎng)邊的中部，變形形狀近似于承受均布荷載的單跨簡(jiǎn)支板（如圖4a）；而帶墩雙排樁支護(hù)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(hù)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(duì)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(duì)雙排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)的水平位移有重大影響，墩距與支護(hù)結(jié)構(gòu)最大水平位移的關(guān)系如圖5。可見(jiàn)，當(dāng)墩距大于60m時(shí)，支護(hù)結(jié)構(gòu)的水平位移迅速增大，當(dāng)墩距為90m時(shí)，帶墩雙排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)的最大水平位移已很接近常規(guī)雙排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)，因此帶墩雙排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)的墩距不宜大于60m。

2.2墩尺寸對(duì)雙排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)水平位移的影響當(dāng)墩距為60m時(shí)，帶墩雙排樁的墩尺寸對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)水平位移的影響如圖6，可見(jiàn)當(dāng)墩自身平面尺寸b•h大于8m×4m時(shí)，墩對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)的位移有良好的約束效果；當(dāng)b•h=4m×4m時(shí)，由于墩自身剛度的減小，此時(shí)支護(hù)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(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)位移的約束已無(wú)明顯效果。因此帶墩雙排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)的墩尺寸不宜小于8m×4m。

3監(jiān)測(cè)結(jié)果分析

根據(jù)圖4~6的分析結(jié)果，并考慮實(shí)際上墩與雙排樁支護(hù)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(hù)結(jié)構(gòu)同一斷面的前、后排樁在分別設(shè)置了測(cè)斜管（編號(hào)為CX11、CX12，如圖1），提取三維有限元模型與測(cè)斜管相同位置的支護(hù)樁水平位移曲線與監(jiān)測(cè)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，如圖7所示。可見(jiàn)，前排樁最大水平位移計(jì)算值為26.4mm，監(jiān)測(cè)值為31.1mm；后排樁最大水平位移計(jì)算值為26.6mm，監(jiān)測(cè)值為32.0mm；監(jiān)測(cè)值均大于計(jì)算值。在有限元模型模擬中，由支護(hù)樁以及擴(kuò)闊的樁頂蓋板構(gòu)成的墩與后排樁全樁長(zhǎng)范圍剛性連接，使懸臂雙排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)形成有效的多跨連續(xù)板，有利于對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)位移的約束；實(shí)際上墩與后排樁并非完全剛性連接而是通過(guò)擴(kuò)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(hù)結(jié)構(gòu)，由此導(dǎo)致帶墩雙排樁的水平位移監(jiān)測(cè)值比計(jì)算值大，且最大位移差值出現(xiàn)在開(kāi)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(gè)明顯的約束，而后排樁對(duì)前排樁產(chǎn)生一個(gè)類似于“推動(dòng)”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(guò)帶墩雙排樁在基坑開(kāi)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(hù)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(hù)結(jié)構(gòu)的位移比常規(guī)雙排樁支護(hù)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(hù)結(jié)構(gòu)最大位移出現(xiàn)在基坑長(zhǎng)邊中部，帶墩雙排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)最大位移出現(xiàn)在兩墩間的中部。

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

4.3墩尺寸對(duì)雙排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)的位移控制有重要影響。當(dāng)墩自身平面尺寸b•h大于8m×4m時(shí)，墩對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)的位移有良好的約束效果；當(dāng)b•h=4m×4m時(shí)，由于墩自身剛度的減小，此時(shí)支護(hù)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(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)位移的約束已無(wú)明顯效果。因此，對(duì)于帶墩雙排樁支護(hù)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(jì)院有限公司