解析法与数值法在双排桩分析中内力差异浅析

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翻新时间：2023-08-05

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解析法与数值法在双排桩分析中内力差异浅析

摘要：作为一种新型的深基坑支护手段，双排桩自问世以来得到广泛应用。双排桩土压力计算仍然采用库伦理论，而桩间土有不同的计算模型，对于开挖面下排桩与土体之间的作用关系也有不同的假设。本文在前人的研究成果之上，结合工程实例，借助于FLAC3D数值软件，对比分析规范推荐方法与数值计算内力结果的差异。

关键词：深基坑；数值法；双排桩；内力

0、引言

双排桩由于门架结构和连梁作用，其刚度大，具有很好的抗弯和限制侧向变形作用。对于双排桩的计算，已有不少专家学者提出了不同的模型，不同的模型其假设不同，计算结果也不尽相同，有时差异还很大。双排桩争论最大的有以下几点[1]：

1>前后排桩间土压力的计算模型

2>前后排桩间土压力的分配方法

3>前后排桩间内力的传递方式

4>开挖面下土弹簧的范围

5>桩端的约束形式

本文在规范推荐公式计算结果的基础上，结合数值分析方法，对比两种方法的差异性，分析差异结果。

1、方法对比

1.1 规范法

根据有限差分理论，将结构和土体离散成单元体和节点，计算过程中力系作用于节点，由边界条件，变量采用差分方程，结果无限逼近近似值。

2、工程实例

根据勘察结果，某基坑开挖及影响范围内共5层土，采用双排桩支护，开挖深度5.5m，嵌固深度6.5m，排桩直径0.7m，前后排距2.5m，左右桩距1m。土层参数如下：

表一土层参数表

层号名称层厚重度浮重度粘聚力内摩擦角压缩模量

m kN/m3 kN/m3 kPa 度 MPa

2 粘性土 1.10 19.6 9.8 30.0 10.00 9.0

4 粘性土 3.90 19.4 9.6 31.00 10.00 11.0

根据规范推荐方法和FLAC 数值模拟，结合实测值，将结果绘制成图标，其结果如下：

图1 桩身剪力图

根据分析结果可以看出，规范法计算出的最大剪力非常大，远远超过了实测值，这种方法计算过于保守，与实际工程不符；数值分析结果与工程实测剪力数据变化趋势相一致，但是数值分析值比实际值小，造成这种可能的原因可能是土层参数取值与实际值不太相符合。规范法计算出来的前排桩剪力较后排桩大，而实测值和数值分析结果中，前后排桩身剪力总体相差不大。

双排桩中连梁的作用，桩间土的传力方式，嵌固段的约束方式对前后排桩身剪力有很大的影响，而这种影响一般的计算方法无法考虑进去，计算结果会出现较大误差，数值法通过离散作用，很好的将桩土效应结合，有很高的参考价值。

图2 桩身弯矩图

无论是弯矩值大小和变化趋势，规范法和数值法都存在很大的差异性。随着深度增加，作用于桩上的土压力增大，弯矩值也随之增加，根据实际情况和理论分析，个人认为数值法变化趋势更接近于实际。

图3 地表沉降图

对于地表沉降预测，规范法中的抛物线预测法与数值分析结果很相似，三角形法和指数法沉降量较大，且沉降位置与数值法差异较大。根据检测结果，接坑的最大沉降位于1倍开挖深度以外，最大沉降量为11mm，与抛物线法与数值分析结果相近。

图4 地表沉降图

3、结论

（1）规范推荐的方法总体来说是过于保守，分析方法还不够完善，分析结果与双排桩实际受力情况不太相符合。

（2）对于双排桩的受力机制仍需进一步研究，双排桩中由于连梁的作用，将前后桩形成门架结构，整体性较强，而这种整体性在计算过程中该如何简化成相应模型才能与实际相符，仍然是难点。

（3）对于双排桩后的土压力该如何取值，应结合工程实际，对于深度大、地质条件差、周边情况复杂的基坑，应以主动土压力为主，而嵌固深度大，桩体变形小的工程应以静止土压力为主。

（4）桩间土的传力方式以及传力机制有待完善，个人认为对于不同段的桩间土传力机制是不一样的，主要是桩身变形作用破坏了桩间土结果，使其物理力学性质和完整性破坏。

（5）数值分析能很好地模拟桩土间的相互作用以及桩间土的传力机制，但是数值模拟涉及的参数较多，而这些参数靠简单的试验不能获得满意的结果，因此数值计算还未得到行业界的普遍认可，仍然只能作为设计的参考，随着分析理论的完善，人们对岩土体认识的深入，试验手段的提高，数值法分析会越来越受人们的欢迎。