双排桩支护结构在软土地区基坑工程中的应用研究

双排桩支护结构在软土地区基坑工程中的应用研究

陈忠章

广州市市政集团有限公司510060

摘要：软土地区的地质条件特殊，软弱土层的施工难度较大，对基坑工程施工质量与安全造成严重的影响。本文对软土地区基坑板梁式双排桩与止水帷幕复合支护施工全过程进行三维数值模拟，分析双排桩结构与止水帷幕复合支护结构的安全性，并优化了支护结构的施工顺序，确保施工安全。

关键词：软土地区；板梁式；双排桩支护；结构计算

引言

板梁式双排桩支护结构是基坑工程施工中常用支护型式，该结构的侧向刚度明显，在基坑工程实际施工中的应用，能够有效降低侧向变形，但对于桩排距有着特殊化要求。当前施工技术条件下，板梁式双排桩支护施工技术的应用范围有限，能够应对的风险也比较小，在此种情况下，为满足岩溶及软土地区基坑工程施工需求，探讨板梁式双排桩支护施工技术的应用，具有一定现实意义。

1工程概况

本文以广州市西湾路地块改造工程项目为例，该本工程拟建19栋22~31层住宅建筑，下设一至两层局部人防地下室，采用钢筋混凝土剪力墙结构。工程现状地面标高绝对高程为7.12~8.59米，公建住宅楼一层地下室基坑底标高为5.25米，核心筒基坑底标高为3.4米，周长约1100米；二层地下室基坑底标高为1.05米，核心筒基坑底标高-0.6米，周长约550米。

2基坑的支护方案

该工程公建住宅楼部分基坑一层地下室区域主要采用1：1.5~2.0的坡率放坡支护，二层地下室区域在岩溶发育区段主要采用小放坡+双排桩支护结构，一层和二层地下室交界处采用大直径搅拌桩重力式挡土墙支护。公建住宅楼部分一层地下室区域基坑及商业中心基坑外侧主要采用Ф550水泥搅拌桩作为止水帷幕，住宅楼二层地下室区域由于下伏砂层多为中密~密实粗砾砂，主要采用Ф800大直径搅拌桩形成止水帷幕，支护桩桩间设置挂网喷射混凝土。

图一双排桩支护结构剖面图

3基坑计算模型的建立

为准确模拟基坑实际工况，本文将基坑排桩、顶梁、止水帷幕及研究范围内的土体均采用三维实体单元建模。建模时沿基坑坑边方向选取长度为6m的一榀支护结构进行建模。分析模型在水平面内为50m×6m。由于基坑开挖深度为6m，因此在深度方向的高度取为32m（4倍坑深）。双排桩前排桩桩长为15.6m，桩距为1m，桩径为0.8m；后排桩桩长为19.5m，桩距为3m，桩径为1m；前后排桩桩距为4m，顶梁的截面厚度为600mm；桩间搅拌桩止水帷幕为规格为∅800@600。

将钻孔桩、顶梁、止水帷幕视为弹性材料，土体视为德鲁克-普拉格（D-P）弹塑性材料。支护结构与土体之间为节点连续的单元。模型建立后共有19100个单元，20433个节点。其中土体共分为四层，由上而下分别为素填土、淤泥质土、粉质粘土和微风化岩；冠梁采用C25混凝土，支护桩采用C30混凝土。土体、支护结构及止水帷幕具体的材料参数见表1。整体模型的网格以及其中的支护结构如图2所示。

表1土层物理力学参数

图2整体计算模型及支护结构网格

在定义分析模型边界时，约束了模型底部的竖向位移以及水平方向外侧的水平平动自由度。在荷载方面，除了考虑支护结构以及土体的自重以外，在基坑外侧的地表施加了15kN/m2的均布荷载。

4、计算结果分析

（1）基坑整体的变形情况

对于基坑整体而言，基坑的水平位移主要发生在坑底以上的桩间及桩后附近土体。最大的水平位移值为2.64cm，发生在基坑前排支护桩桩身，距离地表间靠近坑底处的土体位置附近，其值为28.2mm。在基坑短边一侧，土体的最大水平位移值为14.7mm。支护桩之间的土体均有从坑底附近的桩间被挤出的趋势。同时，在基坑靠近每边中部位置处的土体水平位移值最大，而在基坑角点处土体的水平位移最小，这说明基坑存在比较明显的空间效应。

（2）支护结构的位移情况

支护结构的最大水平位移发生在基坑长侧中部的后排桩顶的冠梁处，其值为19.9mm。支护结构短侧的最大水平位移则发生在该侧中部的前排桩的桩身处，其值为5.4mm。对于基坑长边而言，可以看出越靠近基坑长边的中部位置、深度越接近地表，则水平位移越大；反之则越小。对于同一位置处的前后排桩桩顶水平位移而言，前排桩桩顶位移比后桩桩顶位移略为变小（如本例中基坑长侧中部的前排桩桩顶水平位移19.8mm，仅比对应的后排桩桩顶水平位移低0.1mm）。造成这种现象的主要原因是联接前后排桩的连梁弹性压缩使得二者存在微小的差值。这种微小的差值相对于支护结构总体的水平位移而言是可以忽略的。对于基坑短边而言，由于该侧的宽度仅为20m，因此冠梁对顶部位移的约束作用非常明显，所以导致顶部冠梁的水平位移小于下部桩身的位移，基坑出现“鼓肚”状位移。

（3）冠梁及支护桩的应力分布情况

冠梁的拉应力较大区包括坑角处的片式冠梁后侧，同时主冠梁靠近中部的前侧也相对较大。而压应力较大区则在基坑角点区域的片式冠梁前侧。且掌握最新的网络计算机知识，帮助学生不断提高自身水平，做到理论与实践相结合，使得学生能够在掌握知识的同时了解社会。

3.9加大教学建设力度，增加教学经费

由于计算机行业是日新月异的行业，如果学校想要保证一定的教学质量，就需要及时对教学设备进行更新。首先，学校应该保证基础设备的完善，没有充足的基础设备，学生甚至不能进行学习，更不用说提高。其次，在学校的资金比较紧张的时候，学校可以转换思路，不用一次性更新所有的设备，而是建立一个计算机实验室，保证实验室之中的设备都是最尖端的设备，为有能力的学生提供实验的平台。最后，学校应该主动思考如何扩大收入，保证有足够的资金进行建设。学校可以和一些企业达成校企合作的协议，让企业进驻校园，与学生亲密接触。这是一项三赢的举措，企业可以引导学生向自己需要的方向发展，学生可以得到更多的就业机会，学校可以就此机会要求企业帮助更新教学设施。

3.10加强师资建设

由于教师是将课本上的知识转换为学生的知识的途径，教学者的作用不容忽视。由于计算机知识更新换代很快，计算机专业的教师要想不落后于时代，必须要一方面具有良好的知识基础，另一方面要具有很高的自学能力。学校对于师资队伍的构成要予以重视，鼓励教师进行自我完善。学校更要给老师一个自我完善的平台，一方面鼓励教育者进行学术研究，另一方面可以让青年教育工作者进企业进行学习，与企业接轨，了解企业对计算机人才的要求。可以邀请计算机专业的人才当荣誉教师，参与计算机课程的设计，为学生做讲座。

3.11加强学风建设

学风的形成受到多个方面的影响，差的学风也是多种因素综合造成的。在高职院校之中，有的学校学风较差，是由于一部分学生的思想素质比较差，三观没有被正确引导，缺乏对自己未来的规划，因而对学习没有兴趣。对于这样的学生，学校应该加强思想教育，和学生深入谈话，要求学生做好对自己的规划。为了扭转不良学风，学习首先要对作风良好、认真学习的学生进行表彰，学习一方面可以给予物质上的奖励，给学生发放奖金，另一方面要给予精神上的支持，在学校宣传这些学生的学习经验。学校还可以邀请知名校友为学生做讲座，由于学生之间有天然的亲近关系，学生会对在自己领域有所成就的学长产生崇敬的心理。最后，学校应该展开素质教育，引导学生自我提升，为学生树立正确的三观。

4结束语

总之，现代高职教育的实验教学具有很强的就业导向，目的都是将学生培养成为社会所需的专业知识技能型人才。高职院校的计算机课程需要理论知识与实践相结合方可以培养出优秀的计算机人才，尤其是计算机课程中的实践培训。上机操作非常有利于学生们的计算机学习，上机操作可以让学生们更能直观的将理论知识消化，更加容易的解决问题。所以，高职院校应该更加重视实践教学，运用实验方法来提升实践教学，以达到计算机课程的培养目标。

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