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双排桩基坑支护变形过大处理措施及原因分析作者：黄学龙来源：《科技传播》2016年第14期摘要某基坑位于顺德区容桂街道，周边环境、地质条件复杂，基坑长约为270m。
宽约为160m，开挖深度为9.6m，属于深基坑。
基坑采用重力式挡墙和双排桩进行支护设计，施工过程中双排桩支护段出现局部剖面变形位移超过设计预警值，对基坑进行应急处理措施，保证基坑施工安全。
关键词深基坑；软弱地层；双排桩；处理措施中图分类号 TU47 文献标识码 A 文章编号 1674-6708（2016）167-0177-031 工程概况该基坑位于佛山市顺德区容桂街道容英路以西、新展路以北，东临容英路，南面新展路，西临容豪路，北接新发路。
本项目场地总用地面积约40？830m2，地下室2层，面积约33？423m2，建筑物包括多栋高层住宅楼，建筑结构采用钢筋混凝土框架结构，基础类型采用旋挖灌注桩基础。
基坑长边约为270m，短边约为160m，基坑周长约775m。
建筑±0.0对应场地绝对标高3.30m，地下室底板面建筑标高为-9.40m，基坑开挖深度约9.6m～10.5m。
基坑设计侧壁安全等级：东侧和南侧为一级；西侧和北侧为二级。
2 工程地质情况2.1 地层特征本场地地貌属于冲积平原，地形平坦，相对标高为1.31m～3.45m，相对高差为2.14m，地势总体平坦。
根据详勘报告，场地按岩土层成因类型和岩土性质自上而下分为：人工填土层（Qml）、冲积层（Qal）、残积土层（Qel）和燕山期花岗岩等四大成因层，现将各地层主要岩性特征自上而下分述如下：1）素填土：灰黄色，松散，稍湿-饱和，主要为粉细砂，含少量植物根系及碎石块。
（1）淤泥质土：深灰色，流塑，具臭味，含少量腐殖质，局部为淤泥。
（2）粉质黏土：棕红色，稍湿，可塑，含少量砂砾，土质不均匀。
（3）淤泥质土：深灰色，流塑，具臭味，含少量腐殖质。
（4）残积土层：硬塑状的砂质粘性土：本层全部钻孔均有揭露，黄灰色，稍湿，硬塑，土质不均匀，为花岗岩风化残积而成，遇水易软化崩解。
0引言由于城市土地资源的匾乏，我国城市建筑也正在逐渐向高层发展，基坑的开挖越来越深、面积越来越大，基坑围护结构设计和施工越来越复杂，所需的理论和技术越来越高。
20世纪90年代，我国经济快速发展，建筑工程日新月异，数量不断增多，规模越来越大，因此，只有在保证基坑工程安全的前提下对高层建筑的地下建筑物车库、人防，以及地铁交通工程进行施工[1-3]。
双排桩支护结构是在单排桩支护结构的基础上发展起来的，由两排平行的钢筋混凝土桩和桩顶混凝土连梁组成的空间支护结构。
它具有整体刚度大、侧位移小、不需要设置支撑、施工方便、速度快等优点[4-6]，目前广泛应用于边坡加固、边坡抗滑、基坑支护等工程中。
双排桩支护结构远复杂于单排桩，其作用机理及受力特征不清楚，设计理论及计算方法都亟待完善[7-8]。
同时，对于双排桩的设计主要依靠工程经验，对其设计要素如排距、桩距、长度等进行全面分析较少。
因此本文针对双排桩支护结构的变形与控制，采用有限元软件对深基坑的开挖施工进行数值模拟，具有一定的理论和工程应用价值。
1工程概况拟建的某商业用房包括办公用房、酒店、会展中心、汽车博物馆、地下室及室外配套工程等，总用地面积约为15505m2，设2层整体地下室，开挖深度约12m，基坑面积约11244.0m2。
基坑支护采用双排桩+内支撑联合支护。
桩距d=700mm，桩长16m。
场地所在地貌单元属冲海积平原，地貌类型单一，场地东部现状为空地，表层有建筑垃圾及渣土，局部为菜地，地形稍有起伏，地面高程在3.10~4.40m之间。
主要土层的构成和特征分述如下：①素填土，杂色、灰色，稍湿，松散。
以黏性土为主，含建筑垃圾及渣土，局部含生活垃圾。
全场分布，层厚1.10~3.50m。
②粉质黏土，灰黄色、褐黄色，软可塑-硬可塑。
切面光滑，稍具光泽，无摇振反应，韧性及干强度中等。
含铁锰质斑点。
局部分布，层厚约1.20~6.40m。
③粉砂，灰色，黑灰色，含少量云母，夹少量黏土及粉砂，在场地内均匀分布，厚度在3.50~5.80m。
墩高变化下高墩双排桩承载特性的有限元分析摘要高陡横坡段高墩双排桩作为一种新的桩型，对其在复杂荷载下承载特性的理论计算十分复杂，本文借助大型有限元计算软件ADINA对高陡横坡段高墩双排桩的承载特性做了计算分析。
经计算研究发现：桩身竖向应力沿深度逐渐递减；桩顶荷载对边坡双排桩承载特性的影响远大于坡顶荷载；前排桩的竖向和水平位移都较后排桩大；桩顶位移随墩高的增加而增加。
关键词陡坡；双排桩；有限元0 引言公路跨越河流、山谷的需求和保护当地自然环境、减少山体开挖的要求[1,2]，使得高墩桥梁桩基在西部大开发的公路建设中得到广泛的应用。
但是对于高陡边坡高墩双排桩的研究远没有普通桩基的研究深入和广泛[3]。
在规范中也缺少对高墩双排桩设计和施工的明确指导[4-6]。
为了更为深入的研究高墩双排桩的承载特性，本文运用大型有限元计算软件ADINA从墩高变化的角度研究了边坡高墩双排桩桩的承载特性。
1 建模1.1 几何模型结合工程实例本文将桩周土体分为3层，厚度分别为22m、18m、20m，从上至下依次为强风化岩层、中风化岩层、微风化岩层；整个模型长60m，厚40m （x方向）；双排桩所在边坡坡度为45°。
双排桩直径为1.5m，桩长44m，在桩顶和桩身中段各有一根联系梁；桩间距为7m；嵌岩深度4m。
双排桩基具体定位见图1。
结合工程实例，在桩顶加竖向荷载60MN、顺桥荷载600kN、坡顶荷载 6 000kPa，用来模拟桩基在复杂荷载作用下的承载特性。
在计算步骤上分十步将荷载等步长加载上去，在模型四周设立垂直模型表面的约束，但是定义坡顶和坡面为自由面。
对岩体采用长度为4m的4节点三棱锥单元划分，桩身采用长0.5m 的三棱锥单元划分，对桩土接触面的岩体用0.5m的长度进行加密划分，对桩端和桩顶用0.1m的长度进行加密划分。
岩体采用Mohr-Coulomb模型，桩身材料定义为各向同性材料，各土层和桩身的材料参数见表1。
双行隧道开挖有限元分析案例说明本案例为某双轨铁路隧道，隧道开挖方法采用传统的新奥法，所谓的新奥法是应用岩体力学理论，以维护和利用围岩的自承能力为基点，采用锚杆和喷射混凝土为主要支护手段，并及时进行支护，控制围岩的变形和松弛，使围岩成为支护体系的组成部分，同时通过对围岩和支护的量测、监控来指导隧道施工和地下工程设计施工的方法和原则。
开挖过程为先开挖隧道顶部（上台阶开挖）、再开挖台阶和底部（下台阶开挖）。
本文采用GEO5岩土工程有限元分析模块对双行隧道最不利条件下的围岩变形和初始衬砌的受力进行有限元分析。
工程概况本隧道工程修建于某褶皱构造的背斜处，隧道顶部的岩土层最小厚度为22m，隧道初始衬砌的厚度为200mm，喷射混凝土型号为C30。
隧道拱部采用锚杆支护，锚杆材料为Φ22螺纹钢筋，锚杆长度为4.0m。
隧道及围岩结构如图1所示。
图1 隧道及围岩结构示意图岩土层具体的力学参数请参照表1。
表1 岩土材料参数表计算流程本案例采用GEO5岩土工程有限元分析模块进行分析，共分为以下八个工况阶段：1)工况阶段[建模]：分析设置、添加岩土材料、建立几何模型、设置接触面类型及生成网格等。
2)工况阶段[1]：计算初始地应力场。
3)工况阶段[2]：模拟上台阶开挖，分析支护前的围岩变形情况。
4)工况阶段[3]：对隧道拱部进行喷锚支护（初始衬砌，未成熟混凝土）。
5)工况阶段[4]：增强拱部的初始衬砌材料（成熟混凝土）。
6)工况阶段[5]：模拟下台阶开挖，分析支护前的围岩变形情况。
7)工况阶段[6]：对隧道边墙进行喷射混凝土支护（初始衬砌，未成熟混凝土）。
8)工况阶段[7]：增强边墙部位的初始衬砌材料（成熟混凝土）。
工况阶段[建模]GEO5为用户提供了便捷的建模方法，用户可以使用软件自带的建模工具进行地层和隧道建模，也可以直接导入在CAD等软件中已经建好的模型文件。
因为事先我们已经建好了DXF模型文件，所以在这里我们选择直接导入。
高低双排桩挡土性状的非线性有限元分析摘要本文针对高低双排桩支护结构，采用有限元软件ABAQUS，建立考虑桩土相互作用的平面有限元模型，土体采用修正剑桥模型，可以计算桩身任意一点的侧向变形、弯矩以及作用在桩身的土压力。
文章分析了基坑开挖时开挖深度、宽度、双排桩排距、桩身刚度、土体性质等因素对双排桩挡土性状的影响。
关键词：高低双排桩支护结构土压力桩土相互作用有限元1 前言双排桩支护结构作为一种有效的基坑支护结构，利用了“空间效应”，具有较大的侧向刚度，可以有效地限制支护结构的变形；其支护深度比一般支护结构深，同时有缩短施工工期、施工方便、不设置支撑、受力条件和整体稳定性好以及节约造价等优点，因而逐渐成为深基坑支护结构的优选方案之一，尤其是在软土地区得到了更为广泛的应用。
根据目前深基坑双排桩支护结构的研究现状和工程的实际需要，从理论和实用两个角度出发，本文主要完成了以下几方面的工作：（1）探讨了高低双排桩支护结构在基坑开挖过程中的内力、变形和土压力变化情况。
（2）分析了双排桩支护结构的工程实例，验证了本文方法的合理性和适用性。
2 理论分析2.1基本思路有限元法是建立在现代计算机技术和工程问题基本理论基础上，用于解决复杂工程问题的一种数值方法。
本章将介绍有限元软件ABAQUS模拟的基本过程，并且运用它建立高低双排桩支护结构的有限元模型，考虑了支护结构与土体的相互作用。
基本假设：（1）不考虑支护结构开挖和降水对土体性质的影响；（2）不考虑土的流变影响；（3）基坑开挖属于临时性工程，工期较短，故土体按不排水条件考虑。
本文分析了多个算例，以下具体说明其中一个典型的算例作为基本算例，并进行详细分析，其他算例与该算例相似，不再赘述。
2.2计算模型基坑长120m，宽40m，开挖深度8m，采用双排桩支护结构，前、后排桩入土深度相同，均在基坑底面以下12m，但前、后排桩高度不同。
基坑分为三步开挖，依次开挖2m、2m、4m，前排桩顶端与第一步开挖后标高相同，即桩长为18m。
中科院自动化所智能化信息系统研究平台C-C剖面双排桩调整措施专家审批人(签字):中科院自动化所智能化信息系统研究平台C-C剖面双排桩调整措施一、调整说明中科院自动化所智能化信息系统研究平台基坑支护形式东、北侧(A-A、A-1剖面)采用摘帽土钉墙及下部采用桩锚支护的复合支护形式,西、南侧(B-B、C-C剖面)采用地面成桩的形式,其中局部(C-C剖面)采用双排桩的支护体系.由于南侧场地限制,在双排桩施工中又遇相邻单位锅炉房以前施工的土钉的阻碍和地下-1.70米有一市政水管通过,按原支护设计中,双排桩的桩间距及排距,在施工不能按设计施工,所以此部位双排桩需做调整后施工.二、双排桩理论分析双排桩支护是基坑工程中常用的一种支护形式,它是由前排、后排平行的钢筋混凝土桩及桩顶连梁组成的框架式空间结构.双排桩支护结构由于不需要架设内支撑,因此有更大的施工空间,挖土方便,具有更大的侧向抗弯刚度,从而能有效的限制侧向变形.三、调整方案确定按原方案排距为1.80米,桩间距为2.40米,在此部位施工时由于有市政水管限制了此设计参数,所以满足不了施工.经重新计算排距、桩间距(排距为1.60米,桩间距为2.20米)本部位双排桩可做相应调整,具体调整如下:1、双排桩按矩形排桩,排桩间距为1.60米,前后排桩间距为2.20米,桩径及桩配筋按原方案执行.2、由于场地限制,预留结构施工工作面为200米米.3、在布放桩位时需反复定位此部位结构外墙线并放出打桩时的桩外皮控制线.4、保证钻机平行支立,钻杆的垂直度.5、双排桩部位的道路恢复:由于市政水管影响,影响长度30米,南侧双排桩部位在施工双排桩时由于施工工作面小,为了保证不破坏市政水管,所以在施工时挖至市政水管埋深部位(-1.70米),因此在恢复道路时,此部位需作挡土墙回填土压实后,浇筑20厘米厚C15混凝土.具体做法日下:1)砖砌挡土墙:墙高:1.70米,厚度370米米,米5.0水泥砂浆砌筑.每500米米高通长铺设3φ6.5拉结钢筋,墙与柱连接处预留马牙槎,先退后进,每步槎高不得大于5皮砖.2)构造柱:柱高1.70米,截面370×240米米,c25混凝土,竖向钢筋为6Φ14(下端插至帽梁底),箍筋φ6.5@300米米.3)回填:回填土采用粘性土或砂性土均可,边回填边夯实.其调整模式见附图,设计计算见附计算书.中建一局集团第二建筑有限公司4日C-C剖面双排桩计算----------------------------------------------------------------------[ 支护方案 ] 双排桩支护--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------[基本信息 ]-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- [ 超载信息 ]-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- [ 土层信息 ]-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- [ 土层参数 ]----------------------------------------------------------------------[ 土压力模型及系数调整 ]---------------------------------------------------------------------- 弹性法土压力模型: 经典法土压力模型:---------------------------------------------------------------------- [ 工况信息 ]---------------------------------------------------------------------- 双排桩计算模型:工况参数:[ 设计结果 ]-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- [ 结构计算 ]---------------------------------------------------------------------- 各工况:内力位移包络图:地表沉降图:---------------------------------------------------------------------- [ 前排桩冠梁选筋结果 ]-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- [ 后排桩冠梁选筋结果 ]-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- [ 截面计算 ]---------------------------------------------------------------------- [ 前排桩截面配筋参数 ][ 前排桩内力取值 ][ 后排截面桩配筋参数 ][ 后排桩内力取值 ][ 连梁内力取值 ]---------------------------------------------------------------------- [ 整体稳定验算 ]----------------------------------------------------------------------计算方法:Bishop法应力状态:总应力法条分法中的土条宽度: 0.50米滑裂面数据整体稳定安全系数 Ks = 2.168圆弧半径(米) R = 20.494圆心坐标X(米) X = -1.894圆心坐标Y(米) Y = 12.995----------------------------------------------------------------------[ 抗倾覆稳定性验算 ]----------------------------------------------------------------------抗倾覆安全系数:米p——被动土压力及支点力对桩底的抗倾覆弯矩, 对于内支撑支点力由内支撑抗压力决定;对于锚杆或锚索,支点力为锚杆或锚索的锚固力和抗拉力的较小值.米G——双排桩自重对桩底的抗倾覆弯矩.米a——主动土压力对桩底的倾覆弯矩.注意:锚固力计算依据锚杆实际锚固长度计算.工况1:Ks = 1.347 >= 1.200, 满足规范要求.---------------------------------------------------------------------- [ 抗隆起验算 ]----------------------------------------------------------------------Prandtl(普朗德尔)公式(Ks >= 1.1～1.2),注:安全系数取自《建筑基坑工程技术规范》YB 9258-97(冶金部):D(H(tan)e tan(Ntan25.00023.142tan25.000⨯10.662Ks = 4.833 >= 1.1, 满足规范要求.Terzaghi(太沙基)公式(Ks >= 1.15～1.25),注:安全系数取自《建筑基坑工程技术规范》YB 9258-97(冶金部):D(H12[)-34tan)45o tan25.0003.142-(45Ks = 5.793 >= 1.15, 满足规范要求.[ 隆起量的计算 ]注意:按以下公式计算的隆起量,如果为负值,按0处理!tan =i h 6.37c)式中δ———基坑底面向上位移(米米);n———从基坑顶面到基坑底面处的土层层数;ri———第i层土的重度(kN/米3);地下水位以上取土的天然重度(kN/米3);地下水位以下取土的饱和重度(kN/米3);hi———第i层土的厚度(米);q———基坑顶面的地面超载(kPa);D———桩(墙)的嵌入长度(米);H———基坑的开挖深度(米);c———桩(墙)底面处土层的粘聚力(kPa);φ———桩(墙)底面处土层的内摩擦角(度);r———桩(墙)顶面到底处各土层的加权平均重度(kN/米3);=δ = 0(米米)----------------------------------------------------------------------[ 嵌固深度计算 ]----------------------------------------------------------------------嵌固深度计算参数:嵌固深度计算过程:双排桩参考《建筑基坑支护技术规程》 JGJ 120-99圆弧滑动简单条分法计算嵌固深度: 圆心(-5.126,9.960),半径=13.474米,对应的安全系数Ks = 1.344 ≥ 1.300嵌固深度计算值 h0 = 2.500米嵌固深度设计值 hd = αγ0h0= 1.100×1.000×2.500= 2.750米嵌固深度采用值 hd = 7.000米。
为研究本基坑开挖对青山支路及通讯塔的影响，以便指导设计，经综合考虑，采用岩土、隧道结构专用有限元分析软件MIDAS/GTS NX进行计算。
本次二维数值计算分析模型中，土体采用平面应变单元模拟，本构模型为修正摩尔库伦模型；模型左右边界固定水平位移，底部边界固定水平竖向位移，上部边界为地表自由面；自重荷载取重力加速度。
模型一：选取基坑西侧AB剖面段作为典型计算剖面，该断面处基坑深度8.3m，采用“双排桩”的支护方式，双排桩规格：∅1000@1300灌注桩，桩长29.5m，桩底进入6层中风化泥质粉砂岩约2.0m；前排桩后侧设置双轮铣水泥土搅拌墙，桩长L=27.40m，水泥土搅拌墙能够隔断基坑内外的水力联系。
基坑外侧为青山支路，青山支路宽度约20.0m，车流量较大。
工况1：初始地应力形成图1：初始地应力形成工况2：施工支护桩图2：施工支护桩工况3：第一次开挖土体图3：第一次开挖土体工况4：开挖至坑底图4：开挖至坑底模型的横向位移云图详见下列图：图5 工况1横向位移云图（初始地应力形成）图6 工况2横向位移云图（施工支护桩）图7 工况3横向位移云图（第一次开挖土体）图8 工况4横向位移云图（开挖至坑底）图9 工况1竖向位移云图（初始地应力形成）图0 工况2竖向位移云图（施工支护桩）图11 工况3竖向位移云图（第一次开挖土体）图12 工况4竖向位移云图（开挖至坑底）青山支路的横向位移云图详见下列图：图13 工况3横向位移云图（第一次开挖土体）图14 工况4横向位移云图（开挖至坑底）图15 工况3竖向位移云图（第一次开挖土体）图16 工况4竖向位移云图（开挖至坑底）由计算结果可知：当完成基坑土体开挖后，青山支路的最大水平变形为14.7mm（向基坑方向），最大竖向变形为3.4mm（沉降）。
变形均处于基坑开挖允许范围之内，满足要求。
模型二：选取基坑北侧BC剖面段作为典型计算剖面，该断面处基坑深度8.7m，采用“双排桩”的支护方式，双排桩规格：∅1000@1300灌注桩，桩长27.4m，桩底进入6层中风化泥质粉砂岩约1.5m；前排桩后侧设置双轮铣水泥土搅拌墙，桩长L=26.40m，水泥土搅拌墙能够隔断基坑内外的水力联系。
