第 3 期马郧等 : 基坑双排桩支护结构设计计算软件开发及应用 863 了新的要求单排悬臂桩的支护深度不宜超过 6 m, 主要缺点是控制变形能力差, 且要求基底有较好的嵌入条件 ; 在变形控制要求较高, 又不宜采用内支撑和锚杆的情况下, 双排桩能发挥较好的作用双排桩支护结构由刚性横梁与前

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任赔褚
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1 第 3 卷第 3 期岩土力学 Vol.3 No 年 3 月 Rock and Soil Mechanics Mar. 14 文章编号 :1-798 (14) 基坑双排桩支护结构设计计算软件开发及应用马郧 1,, 魏志云 1,3, 徐光黎 1, 董家兴 1, 李受祉 (1. 中国地质大学 ( 武汉 ) 工程学院, 武汉 4374;. 中南勘察设计院 ( 湖北 ) 有限责任公司, 武汉 4374; 3. 中国水电顾问集团华东勘测设计研究院, 杭州 3114) 摘要 : 随着基坑开挖规模朝更大更深方向发展, 传统的单排桩桩锚桩撑支护结构受到一定的限制, 在变形控制要求较高, 又不宜采用内支撑和锚杆的情况下, 双排桩能发挥较好的作用双排桩是由两排平行的支护桩水平压顶梁和前后联系梁形成的空间围护结构体系, 具有刚度大稳定性好变形小便于直立开挖等优点, 因而得到广泛应用新的湖北省基坑工程技术规程 (DB4/T19-1) 中增加了双排桩支护结构相关章节, 提出了双排桩的设计与计算模型针对湖北省新基坑规范中提出的双排桩支护计算模型, 应用 VB.NET 语言开发出一款操作简单实用性强的基坑双排桩设计计算软件 (DESDROP), 本软件的开发与研究是为配合湖北省新基坑规程实施而进行的该软件能对双排桩前后桩的位移内力和稳定性进行分析, 并可以通过查询结果图看到任一工况条件下的土压力位移弯矩剪力图将该软件应用于金地名郡基坑工程, 结果表明,DESDROP 软件运算速度快, 计算结果能满足双排桩支护设计的需要关键词 : 基坑 ; 双排桩 ;VB.NET;DESDROP 中图分类号 :TU 473 文献标识码 :A Development of design software of double-row piles for foundation pits and its application MA Yun 1,,WEI Zhi-yun 1,3,XU Guang-li 1,DONG Jia-xing 1,LI Shou-hi (1. Faculty of Engineering, China University of Geosciences, Wuhan 4374, China;. Central Southern Geotechnical Design Institute Co., Ltd., Wuhan 4374, China; 3. Hydro China Huadong Engineering Corporation, Hanghou 3114, China) Abstract: With the development of foundation pit scale toward larger and deeper, the traditional single pile, the pile anchor supporting structure, pile brace are subject to certain restrictions, in the case of higher control requirements in the deformation and which should not be used within support and anchor, double-row piles can play a better role. Double-row piles consist of two rows of parallel retaining piles, top beam and connecting beam formed a space envelope system. High stiffness, good stability, small deformation and benefit for erect excavation are the strengths, so double-row piles are widely used in deep foundation pit engineering. In the new specification Technical Specification for Engineering of Foundation Excavation (DB4/T19-1) increases the foundation retaining structure with double-row piles in related chapters. On the basis of the double-row piles calculation model proposed in the new pit specification of Hubei province, a simple, practical design and calculation software of double-row piles for foundation pit (hereinafter referred DESDROP) has been developed by VB.NET. The research and development of this software is to cooperate with new rules for implementation. The displacement, internal force and stability of the double-row piles are analyed by the software; and the soil pressure, displacement, bending moment, shear force diagram also can be seen through the query result under any working conditions. The software has been applied to Jindimingjun foundation pit engineering. The results show that the operation speed of DESDROP software is fast, calculation results can meet the needs of the double-row piles supporting design. Key words: foundation pit; double-row piles; VB.NET; DESDROP 1 引言随着社会经济的高速发展, 城市用地的紧张促使建筑物向地下空间扩展, 加速了城市地下空间的开发, 导致城市基坑开挖规模朝向更大更深方向发展这对基坑支护结构的设计理论与施工技术提出收稿日期 : 基金项目 : 武汉市建委科研项目 (No.1, 文号武城建 [1]38) 第一作者简介 : 马郧, 男,197 年生, 博士研究生, 教授级高级工程师, 主要从事岩土工程勘察深基坑工程设计与研究工作 mayun41@16.com 通讯作者 : 徐光黎, 男,1963 年生, 博士后, 教授, 博导, 主要从事岩土工程的教学与科研工作 xu1963@cug.edu.cn

2 第 3 期马郧等 : 基坑双排桩支护结构设计计算软件开发及应用 863 了新的要求单排悬臂桩的支护深度不宜超过 6 m, 主要缺点是控制变形能力差, 且要求基底有较好的嵌入条件 ; 在变形控制要求较高, 又不宜采用内支撑和锚杆的情况下, 双排桩能发挥较好的作用双排桩支护结构由刚性横梁与前后排桩组成一个门式超静定结构, 整体刚度大, 在受力时结构能产生与主动土压力反向作用的力偶, 使双排桩的位移与变形明显减小, 同时双排桩的最大弯矩值不但大幅下降, 而且变成交变式弯矩当受到施工条件 ( 如需要快速挖运土方 ) 或场区条件 ( 如不允许支护结构出红线 ) 等限制时, 双排桩支护结构是代替桩锚桩撑支护结构的一种好的支护方式同时具有缩短施工工期施工方便 ( 一般不需要拆换撑, 能提供较大的坑内作业空间 ) 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国内不少的学者对双排桩进行研究并取得了一 [1] 些成果 : 何颐华等通过试验及工程监测资料的计算分析提出了可以用比例系数法计算土压力, 采用 [-3] 平面钢架的双排桩计算模型 ; 张弘依据工程实际经验, 结合理论提出了土压力计算的修正系数法, 认为可以将双排桩按照两端简支的板状计算, 而连 [4] 系梁起到水平向拉力作用 ; 林栋认为, 当基坑深度小于 6 m 时, 采用双排桩支护可以不设置支撑, 并且认为, 前后排桩间距应当小于基坑深度的 1/; [] 黄强则提出了考虑空间效应的双排桩支护结构计 [6] 算 ; 程知言等认为, 双排桩的主动土压力源于后 [7] 排桩的土压力, 桩间土压力较小 ; 万智等依据土拱原理对双排桩按照门式框架进行设计计算和受力 [8] 分析 ; 戴智敏等考虑了桩顶水平圈梁和基坑开挖的空间效应, 假设主动区滑裂破坏面下侧采用土体抗力法, 破坏面上侧采用土拱原理进行计算 ; 刘 [9] 钊提出了考虑桩 - 土变形协调的弹性地基梁法计 [1] 算模型 ; 平扬等依据横梁冠梁和排桩的相互作用, 提出了按照实际施工过程工况进行设计的分析计算方法, 同时提出了双排桩位移的反分析理论 ; [11] 王湛等提出了将双排桩及桩间土作为一个整体, 后排桩受主动土压力作用, 前排桩受被动土压力作 [1] 用进行计算分析 ; 郑刚等采用弹簧来仿真模拟桩间土, 同时考虑土层压缩和桩间土的加固作用对结构的影响, 分析了双排桩结构的有限元杆系模型 ; [13] 陆培毅等通过使用 ABAQUS 对双排桩进行计算分析得出, 当排距介于.~. 倍桩径时, 经济性较为合理, 同时计算表明, 增加开挖深度将直接影 [14] 响结构的位移变形 ; 张富军认为, 不同的布桩形式所对应的土压力计算应当不同, 并且提出了所对应的土压力计算公式, 并采用 Matlab 软件对土压力公式进行了计算分析, 验证了其合理性在国外, 相关的学者对双排桩的研究最早开始于世纪年代初期, 主要研究关注于水平荷载作用下双排桩的受力特征上面 Phillip [1] Ricardo [16] Ilyas [17] 提出了水平荷载下双排桩结构的变形及受力特征, 并且认为, 在适当的范围内通过增加排距能够减小桩体的侧向位移变形 ;Bose [18] 使用有限元程序对双排桩排距与开挖宽度进行研究, 分析了二 [19] 者对支护结构的影响 ;Ou 等通过建立双排桩的三维有限元模型, 研究了开挖深度对支护结构的影响 Takemura [] 则关注研究了双排板桩在软土地区 [1] 基坑深度中的应用效果 ; 菊池喜昭通过试验数据得出, 当排距越大桩土接触得越充分, 则桩顶弯矩和位移就相对明显越小目前国内基坑双排桩主要计算模型有 : 刘钊计算模型 [9] 何颐华计算模型 [1] 熊巨华计算模型 [] 聂庆科计算模型 [3] 郑刚计算模型 [1] 以上种双排桩计算模型都是对双排桩两侧及桩间土的土压力分配作不同的尝试, 各有其特点复杂的工程地质和水文地质条件及大量的基坑工程实践, 促进了武汉地区基坑工程技术的长足进步经过近年来不断地研究及工程实践, 武汉地区已经有多个工程全部或部分采用双排桩进行支护, 并取得了成功为了适应基坑工程的发展, 湖北省修编的基坑工程技术规程 [4] 增加了双排桩支护结构章节, 对双排桩的计算方法和稳定性计算做了明确规定本软件的开发与研究是为配合湖北省新基坑规程实施而进行的 DESDROP 软件的基本理论软件开发涉及到土力学结构力学计算机数学等多种学科, 所开发的基坑双排桩软件用到诸多技术方法, 包括有限单元法面向对象技术可视化编程方法 GDI+ 编程技术双缓存技术 Zedgraph 控件绘图技术 Word 报表技术数据处理和坐标变换技术等.1 双排桩计算模型本文采用的双排桩计算模型如图 1 所示针对该有限元模型作了以下假定 :1 桩体用梁单元模拟, 顶梁与桩之间刚性连接, 形成门式刚架 ; 后排桩主动区采用主动土压力 ;3 前排桩嵌固段土压力按 m 值计算 ;4 桩间土以压缩弹簧取代 ; 桩底由抗压抗拔弹簧约束

3 864 岩土力学 14 年图 1 基坑双排桩平面刚架计算模型 Fig.1 Foundation excavation of double-row piles plane frame model. 初始状态的计算本软件先进行初始状态计算, 规定将坡顶超载分为两种类型, 类型 1 为一般超载, 类型为需要考虑初始状态的超载初始状态计算中, 只有类型超载参与, 并设开挖深度为, 所得到的位移作为初始位移值从后续计算得出的位移中扣除初始位移.3 坑内留土的计算坑底地面非水平靠近且靠近坑边的台阶宽度大于 m 时, 可按图所示计算被动土压力 e ( ) k c k (1) p 1 p p e ( ) k c k () p p p 式中 : e p 为被动土压力强度 ; k p 为被动上压力系数 ; c 为土体黏聚力 ; 为土体重度在 o 点以上被动土压力按式 (1) 计算, 在 o 点以下按式 () 计算, 在 o 点与 o 点之间按线性插值取图中 b 为土坡顶宽度,D 为支护桩嵌固深度, 当 b D / 时可取 1 作为计算开挖深度, 否则应以作为计算开挖深度当顶宽底宽减至 1 m 左右时位移即接近无留土的情况在实际工程设计中, 建议对宽度小于 m 的坑边留土不予考虑 1 D 前排桩桩间土弹簧后排桩被动抗力 b 图被动区留土时土压力计算简图 Fig. Passive earth pressure calculation diagram for soil o o 横梁桩底约束 4 / 主动土压力.4 桩顶超载的计算沿基坑边坡延长方向连续分布条形地面超载 q 引起的竖向土压力标准值增量 q 按以下不同情况确定 (1) 假定 q 从基坑边坡开始向外无穷远分布时, q q, 且自上而下分布, 如图 3(a) 所示 () q 局部分布 1 倍开挖深度范围之内时 q 的分布范围, 可按图 3(b) 所示方法假定, 其值为 q ( ) q ( x) d (3) q 局部分布在 1 倍开挖深度范围之内时, q 应按双向扩散假定计算, 如图 3(c) 所示, 其值为 ( q d) b q b ( q d) b (a) q =q (b) q ()=q (x)-γd (c) q b Fig.3 q q 图 3 不同情况下超载计算简图 Calculation diagrams under different overloadings. 被动抗力的 m 值计算在实际基坑工程中, 土的水平向抗力系数随深度变化的比例系数 m 值宜通过水平荷载试验确定当无试验或缺少经验时, 第 i 土层的水平向抗力系数随深度变化的比例系数 m i (MPa/m ) 可按下列经验公式计算 : m 1 (. ) i ik ik cik (3) 式中 : ik 为第 i 土层内摩擦角标准值 ( ); c ik 为第 i 土层黏聚力标准值 (kpa); 为基坑底面处位移量 (mm), 按地区经验取值, 无经验时可取 1 ; 为经验系数, 一般黏性土砂性土取 1. ; 老黏性土中密以上卵砾石取 1.8~. ; 淤泥淤泥质土取.6~.8.6 被动区土体加固的计算在变形计算时将加固深度范围视为一完整加固土层, 并按加固土 c φ m 值取代原土层相应的参数.7 内支撑或锚杆的计算 q (x) o 4 d q () 4 4 o q (x) 一般来讲, 对于双排桩支护结构, 主要采取悬 b q () 4 d Z

4 第 3 期马郧等 : 基坑双排桩支护结构设计计算软件开发及应用 86 臂支护型式为主, 但也有为数不多的深基坑工程采用带支撑或锚杆的支护结构, 内支撑或锚杆的引入可以有效地减少双排桩的侧向变形假设撑锚设置在前排桩桩身单元 j 节点处, 即有如下等式 : P K (4) sj sj j 式中 : P sj 为 j 节点处撑锚反力 ; K sj 为 j 节点处水平向撑锚刚度值, 当为锚杆时, 需要乘以锚杆倾斜角度的余弦值 ; 为 j 节点的侧向位移 K j 于是, 可得引入撑锚后的刚度矩阵为 k11 k1 n kii () k3 j1,3 j1 k sj kn 1 k nn.8 数值计算综合考虑以上双排桩的假定后, 就可以建立基本的平衡方程, 求解桩身各节点的位移和内力 q 后排桩 e a (a) 计算模型 (b) 单元节点编号 (c) 杆端力正方向图 4 计算模型单元节点编号杆端力正方向示意图 Fig.4 Schematic diagrams of calculation model, element node numbering, rod end load direction 在对双排桩进行平面刚架有限元分析之前, 需要对桩梁单元进行划分, 如图 4 所示前后排桩以及横梁的单元和节点编号均自动赋值单元的每个节点均有 3 个自由度, 包括水平位移 u 竖向位移 v 以及转角位移 ; 杆端力包括轴力 N 弯矩 M 和剪力 Q 单元节点位移以及节点力表示为 i i S i+1 y Y N i-1i-1 i- i-1节点 i-i- 前排桩被动抗力 Y 4 1 X i+1 i u v u v P 可以 (6) P N Q M N Q M (7) 各单位的节点位移及杆端力的正方向如图 4 所示根据矩阵位移法, 单元刚度矩阵有 3 1 单元 M 1 N 1 Q M Q 1 X EA EA l l 1EA 6EI 1EA 6EI 3 3 l l l l 6EI 4EI 6EI EI l l l l [ K] EA EA l l 1EA 6EI 1EA 6EI 3 3 l l l l 6EI EI 6EI 4EI l l l l (8) 式中 :E A l I 分别为弹性模量桩身截面积桩长桩身截面惯性矩在求得所有单元刚度矩阵, 并考虑桩顶节点, 桩端约束处理和确定荷载列阵后, 便可以按照一定的规则进行叠加集成, 建立整个体系的基本方程, 即 K P 式中 : K 为整体单元刚度矩阵 ; 为整个体系的节点位移阵列 ;P 为个体系的节点荷载阵列 (9) 3 DESDROP 软件结构与功能实现 3.1 DESDROP 软件的结构 DESDROP 的功能需求分析基坑双排桩支护结构的设计计算主要是对前后桩的位移内力和稳定性进行分析 DESDROP 的结构主要包括参数输入后台工况计算与结果输出 3 个模块, 具体结构如图所示 1. 桩体与支护结构参. 土层和超载参 Fig. 悬臂计算参数控制 :A. 桩身位移力 B. 抗倾覆抗滑移稳定验算 A. 桩身及横梁位移内力撑锚计算 B. 抗倾覆抗滑移稳定性系数土压力土抗力分布图桩体位移和内力分布图图 DESDROP 软件的结构框图 Structure diagram of DESDROP software 3.1. DESDROP 程序设计流程图 3. 撑锚及工况参稳定验算输入参数后台工况计算输出结果根据平面刚架有限元求解问题的步骤, 对双排桩软件的计算流程进行了设计, 如图 6 所示该程序设计框图包含许多子程序框图, 其中心

5 866 岩土力学 14 年思想就是建立和求解整体刚度方程 K P, 运行程序时, 主界面会默认打开悬臂双排桩的例子, 用户可以根据实际情况修改参数, 或直接创建固定格式的.ppp 文件输入原始数据然后通过各子框图形成单元节点编号, 通过集成单元刚度矩阵和节点荷载向量, 求解刚度方程并输出结果修改参数开始数据输入基本信息土层信息显示计算剖面, 自动识别悬臂计算撑锚计算, 根据超载类型判断是否进行初始状态计算超载信息撑锚信息节点编号坐标及单元划分后排桩主动区土压力 ( 包含超载 ) 桩单元赋参数工况信息初始化转到下一工况形成单元刚度矩阵 [K] (e), 并将各桩梁单元刚度矩阵叠加形成初始总刚矩阵矩阵位移法桩间土抗力被动土抗力剪切变形抗力撑锚抗力桩底约束力后排桩前排桩添加约束否否进行下一工况的计算, 判断是否为最后工况是人为判断稳定性是否满足要求是输出 word 计算书退出程序将桩间土被动区抗力等对初始总刚矩阵的约束, 形成整体刚度矩阵 [K] 方程右侧是主动土压力对单元形成的一维节点力矩阵 (Fx,Fy,M), 求解大型线性 K P, 可得到节点位移方程组反求单元内力 ( 轴力剪力弯矩 ) 求解抗倾覆抗滑移稳定性系数并后台展示结果, 绘制节点内力图图 6 DESDROP 软件程序设计框图 Fig.6 Design diagram of DESDROP software DESDROP 的程序模块双排桩软件主要有以下功能模块 : (1) 参数存取模块 : 采用固定格式的.ppp 文件来存储参数, 各项参数之间用逗号隔开 () 计算剖面显示模块 : 可以让用户更直观地判断自己所建模型是否符合实际情况如有错误, 则程序会有相关提示 ; 若有偏差, 则用户可以及时调整 (3) 悬臂 ( 或撑锚 ) 计算模块 : 悬臂计算和撑锚计算是两个并列的模块, 即两种情况不会同时出现悬臂 ( 或撑锚 ) 计算模块是整个系统的核心, 主要用到结构力学中的矩阵位移法, 通过计算所求位移来反求节点内力对于需要进行初始状态计算的情况, 后面工况计算的位移需要减去初始状态产生的虚假位移该模块可以进行分工况计算 (4) 查询模块 : 该模块相当于后处理, 当对某一工况计算结束后, 会在查询结果中显示该工况下的数据结果并绘制双排桩内力图绘制双排桩内力图采用 Zedgraph 控件默认情况下显示的是力学标量图, 用户可以根据需要选择显示某工况下的力学标量图或力学示意图 () 计算结果保存模块 : 为了更加方便计算结果的输出和保存, 双排桩软件用到 word 报表 3. DESDROP 软件的实现该软件具有如下特点 : (1) 系统界面友好 : 在系统的各个操作界面, 均采用中文版式, 对内容所涉及的指标给出了相应提示, 便于用户的查询和信息的准确输入 1 实现了所见即所得的效果, 当修改右边窗口中的关键参数值, 左边的图形将随之发生改变梁或桩的刚度系数和面积可以通过几何参数进行换算, 土层 m 值可以通过 c φ 值进行换算, 程序有链接 ;3 结果的输出以 word 报表形式进行保存, 速度较快 () 图形的可视化 : 运行到某一工况, 左边的计算剖面图随着相应的工况而变 ; 当运行到末工况, 可以通过查询结果图看到任一工况条件下的土压

6 第 3 期马郧等 : 基坑双排桩支护结构设计计算软件开发及应用 867 力位移弯矩剪力图 (3) 结果查询简单 : 用户可以查询任一工况下桩单元的轴力弯矩剪力 ; 用户可以查询任一工况下桩单元节点的水平向和竖向位移 ; 用户可以查询任一工况下双排桩抗倾覆和抗滑移稳定性系数 (4) 软件考虑的情况比较全面, 考虑了初始状态计算分工况计算被动区留土坑底土体加固桩间土加固前后排桩纵向间距不一致加撑 ( 锚 ) 等情况, 增强了软件的适用性 4 DESDROP 软件的工程应用 4.1 工程概况金地名郡项目由栋 47 层主楼及 3 层附楼组成, 下设层满铺地下室沿基坑周边开挖深度为自然地面下 9.1~11. m, 基坑开挖面积约为 11 4 m, 基坑开挖周长约为 9 m 该项目位于汉口江岸区京汉大道与义和巷交叉口本工程地下室基坑平面呈不规则形, 平面上近似刀形周边建筑物密集, 基坑四周分布有电信电力给排水煤气管道等城市生命线场区地貌上属长江 I 级阶地本场地在勘探深度范围内所分布的地层除表层分布有杂填土 (Q ml ) 外, 其下是第四系全新统冲积成因的黏性土和砂土 (Q 4 al ), 下伏基岩是粉砂质泥岩 (S f ) 与基坑支护设计相关地层的岩土设计参数取值如表 1 所示层序表 1 地层岩土物理力学参数特征值 Table1 Physico-mechanical parameters of soils 土层名重度建议取值 γ/(kn/m 3 ) c/kpa φ/( ) 1 杂填土粉质黏土黏土黏土粉质黏土粉砂夹粉质黏土细砂经过分析和比较决定本基坑采用双排桩支护, 局部加设内支撑局部坑内被动区加固本文选取地质条件相对较复杂的剖面 Q R 进行分析,Q R 段位于基坑中部的位置, 基坑平面布置如图 7 所示, 剖面图如图 8 所示支护桩采用钻孔灌注桩 : 桩径 d=9 mm, 桩中心距 s=1 4 mm, 沿基坑周边布置, 混凝土强度等级为 C3, 支护桩顶设置钢筋混凝土横梁 :1 mm 8 mm; 支护桩主筋插入横梁内 8 mm, 混凝土强度等级为 C3 1 9 R 3 mm A Q Q P 8 基础底标高 m 1 mm mm mm 图 7 基坑平面布置图 Fig.7 Floor plan of foundation pit 前排桩 9@1 4 B N 土钉挂网喷射 C 砼板顶标高 -.4 m 桩顶横梁 3 C B B C 底板底标高 m 基坑开挖深度 1.9 m O 地面硬化宽 3. m 厚 mm 砼 C1 排水沟地面标高 -.4 m(4.7 m) 114@L=6 m 钢管桩 1 杂填土粉质黏土 - 黏土 -3 黏土 -4 粉质黏土 3-1 粉砂夹粉质黏土后排桩 9@ 细砂竖向隔渗帷幕 4 排深层搅拌桩 3. 级水泥, kg/m 图 8 Q'R 段双排桩支护结构剖面图 ( 单位 : mm) Fig.8 Profile of Q'R section of double-row piles supporting structure (unit: mm) 根据图 8 可以得出以下参数 :1 桩长取 18 m, 前后排桩间距为 3 m 前后排桩的纵向间距均为 1.4 m 顶梁的弹性模量取 3 GPa, 顶梁惯性矩取. m 4, 顶梁截面面积取.96 m 3Q'R 剖面是悬臂双排桩的情况, 只需设计一个工况 4 由于在双排桩顶部有 m 厚的土层, 该土层是开挖之前就有的, 是既有荷载, 在此将该土层折算成 37 kpa 的类超载 ; 考虑施工现场有堆载, 折算成 18 kpa 的 1 类超载桩间土进行了深层搅拌桩加固处理, 桩间加固土的弹性模量取 1 MPa Q'R 剖面中被动区土体进行了加固, 加固宽度为 1 m, 深度为 m D B ±.=.1 m ( 自然地面标高 -.4 m) 底板底标高 m 基坑开挖深度 11. m N

7 868 岩土力学 14 年 4. DESDROP 软件计算结果及分析 Q'R 段计算剖面示意图如图 9 所示被动区加固土参数 c=7 kpa,φ=,m 值取 7 kpa/m 由于有类超载, 所以需进行初始工况计算, 工况 1 计算结果见图 1, 通过 DESDROP 软件计算可得, Q'R 段计算剖面的抗倾覆抗滑移稳定性系数分别为 1. 和.69, 均满足重要性等级为一级的基坑稳定性要求 ( 1.) 为了考虑围护桩施工过程中, 桩间土受到的扰动因素, 进而产生对强度的影响, 在运用 DESD- ROP 软件进行 Q'R 段计算时, 取弹性模量 E=1 1 1 MPa, 就桩间土加固强度对桩位移的影响进行了对比分析, 如图 11 所示 q 1=37 kpa q =18 kpa Ⅱ 类 Ⅰ 类.8 m 1 杂填土 c=4 kpa, φ= 横梁 3.6 m -1 粉质黏土 c=4 kpa, φ=1..6 m - 黏土 c=18 kpa, φ=8 7.1 m -3 黏土 c=4 kpa, φ=1 8.8 m -4 粉质黏土 c=18 kpa, φ=8 1. m 3-1 粉砂夹粉质黏土 c= kpa, φ=4 3- 细砂 c= kpa, φ=3. 后桩前桩图 9 Q'R 段计算剖面图 Fig.9 Q'R section calculation profile 加固区弯矩 /(kn m) - 4 剪力 /kn (a) 位移图 (b) 弯矩图 (c) 剪力图图 1 Q'R 段工况 1 结果输出图 Fig.1 Results output of Q'R mode (a) E=1 MPa (b) E =1 MPa (c) E=1 MPa 图 11 桩间土加固强度对桩位移的影响 Fig.11 Influence of improvement strength on lateral displacement for supporting structure

8 第 3 期马郧等 : 基坑双排桩支护结构设计计算软件开发及应用 869 由图 11 可看出, 各种强度情形下支护桩的水平位移变化规律是一致的随着桩深的增加, 支护桩位移逐渐减小, 最后近乎为, 即桩端部几近不发生位移变化当桩间土强度为 MPa 时, 最大位移分别为 mm; 随着桩间土强度的增加, 位移逐渐变小, 说明桩间土加固强度对桩的变形较为敏感 4.3 计算结果与监测数据比较分析从图 1 可知,Q'R 段前排桩的位移实测值 ANSYS 数值模拟位移值和 DESDROP 计算位移曲线变化趋势基本一致随着深度的增大, 桩身位移逐渐变小, 最大位移均在桩顶处, 分别为 mm 对于每一条曲线, 可以得出以下规律 :1 对于实测位移曲线, 在开挖深度以上, 桩身位移较大, 位移变化速率比较快 ; 开挖深度以下, 桩身位移较小, 不超过 mm, 且逐渐趋于, 变化速率也减小 ; 对于 DESDROP 位移曲线, 桩身位移变化比较均匀, 这主要是 DESDROP 软件将桩身当作梁单元来处理, 为了满足变形协调条件, 计算所得的位移具有一定的连贯性综上所述,DESDROP 软件对双排桩支护设计计算结果有效, 与实际情况相符图 1 Q'R 段前排桩位移图 Fig.1 Displacement diagram of Q'R front pile 结论实测位移曲线 DESDROP 位移曲线 ANSYS 位移曲线 (1) 桩间土的处理一直是基坑双排桩计算模型研究的重点,DESDROP 软件仍然是将桩间土视为弹簧处理, 使得桩间土的作用比较大若将桩间土当作实体则存在桩单元与实体单元之间自由度耦合的问题, 且这两种材料是完全不同的材料, 需要做接触分析, 尚需对双排桩计算理论和实践作进一步研究 () 通过对不同桩间土强度下的支护桩的水平位移对比分析, 得出如下结论 : 随着桩深的增加, 支护桩位移逐渐减小, 桩端部几近不发生位移变化 ; 同时, 随着桩间土强度的增加, 位移逐渐变小, 充分说明桩间土加固强度对桩的变形较为敏感 (3)DESDROP 系统的开发涉及 VB.NET 编程技术图形学平面刚架结构有限单元法矩阵位移法, 是一项综合性系统工程 DESDROP 软件仍处于试用阶段, 需要后期不断地去完善和优化 (4) 本文对 DESDROP 软件的工程应用, 选取金地名郡基坑工程该基坑工程主要支护结构是双排桩, 且开挖深度比较深,DESDROP 软件的实用性得到很好的检验将 DESDROP 与实测结果进行比较分析, 实践表明,DESDROP 软件运算速度快, 计算结果能满足一般的双排桩支护设计的需要参考文献 [1] 何颐华, 杨斌, 金宝森, 等. 双排护坡桩试验与计算的研究 [J]. 建筑结构学报, 1996, 17(): HE Yi-hua, YANG Bin, JIN Bao-sen, et al. A study on the test and calculation of double-row fender piles[j]. Journal of Building Structures, 1996, 17(): [] 张弘. 深基坑开挖中双排桩支护结构的应用与探讨 [J]. 地基处理, 1993, 4(3): ZHANG Hong. Application and discussion of deep foundation pit excavation with double-row piles[j]. Ground Treatment, 1993, 4(3): [3] 张弘. 深基坑开挖中双排桩支护结构的应用与分析 [J]. 华北石油设计, 1993, (1): ZHANG Hong. Application and analysis of deep foundation pit excavation with double-row piles[j]. North China Petroleum Design, 1993, (1): [4] 林栋. 用双排灌注桩作深基坑维护结构的尝试 [J]. 建筑施工, 1994, (4): LIN Dong. Attempt for deep foundation pit maintenance structure with double row piles[j]. Building Construction, 1994, (4): [] 黄强. 护坡桩空间受力简化计算方法 [J]. 建筑结构, 199, 1(8): HUANG Qiang. The simplified calculation method for Slope protection pile space force[j]. Building Structure, 199, 1(8): [6] 程知言, 裘慰伦, 张可能. 双排桩支护结构设计计算方

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m K K K K m Fig. 2 The plan layout of K K segment p 410151 K7 + 914 - K7 + 984 12 5. 3 Midas DOI 10. 7617 /j. issn. 1000-8993. 2013. 09. 020 THE ANALYSIS OF THE DESIGN AND CONSTRUCTION SECURITY OF DEEP FOUNDATION IN PURUI TUNNEL OPEN-CUT SEGMENT Yang Ping