Vol.42,No.1 February,2016
9三建材
SichuanBuilding Materials
基坑门式双排直斜桩受力特性数值分析
邹文
（安徽理工大学土木建筑学院，安徽淮南
232001）
摘要：为优化基坑工程中的双排桩支护形式，改善桩的受力特性，对深基坑悬肾式双排直斜桩进行了二维数值模拟计算与分析，研究了基坑门式双排直斜框的变形与受力特性，并将所得结果与传统的直立桩受力特性进行了对比分析。研究结果表明：直斜的桩顶水平位移较传统直立支护框有所减小，支护桩抗倾覆能力得到了提高；桩身侧移曲线平缓，侧移最大值较小，较直桩支护形式减小了应力集中发生的可能性；桩身弯矩值分布均较小，且正、负弯矩峰值差值比直立桩小，更充分利用了桩体的材料强度，具有显著的工程应用价值和经济效益。
关键词：基坑；门式直斜支护桩；受力特性；数值模拟
中图分类号：TU470
文献标志码：B
文章编号：16724011(2016)01007203 DOI :10.3969/j. issn.1672 4011.2016. 01. 035 0
前言
悬臂式支护桩作为基坑工程中的一种抗滑深层支挡结构，具有节约施工空间、施工方便、计算简介、和节约用地空间等优点[]，但有时不能达到支护要求，可以选用双排桩。其中门式双排桩支护结构具有无需内支撑、可围护深度较单排悬臂桩大的优点。许多研究人员通过室内试验、理论推导以及数值模拟等方法开展了一些研究，如，邹宗煊(2)提出了星明显后仰倾斜的围护桩结构；史海莹(3)利用 ABAQUS数值模拟得出排距、桩长、系梁高度、桩间土体模量对桩顶侧移的影响：张洪彬等(4)通过改变接触面单元的初始法向刚度及初始切向刚度，得出了其变化对双排桩支护结构水平位移、桩项垂直位移及周围土体沉降及坑底隆起量的影响；李立军[51重点分析了前后桩排距的变化对结构体系内力及变形的影响。但对于门式双排倾斜支护桩的受力特性还研究不够，本文结合基坑实例，运用 ABAQUS有限元软件建立双排支护桩的数值模拟，得出了一些具有一些实际意义的结论，
数值模拟的建立 1
1.1计算模型
计算模型根据某工程简化而来，基坑挖深为10m，土体重度为20kN/m，支护结构为双排钻孔灌注桩，其中支护桩桩长18m，桩径0.85m，桩间距1.5m，排间距4m，后排倾斜角度10°，连系梁截面500mm×500mm。由于基坑开挖的影响范围约为4倍左右开挖深度，故本模型中沿深度方向取40m，宽度方向取50m。考虑对称性，取基坑部面的一半为计算对象，开挖宽度为10m，建立双排直
作者简介：部文（1990-），男，安徽宣城人，在读硕士研究生，主要研
完方向：岩土及地下工程。· 72·
第42卷第1期 2016年2月
斜支护桩进行模拟，土体网格及计算模型如图1所示。
0g 4m
10
（a）土体网格示意图
50 m
（b）直斜桩布置示意图
图1直锌桩计算模型
2参数选择和基本假设 1.2
1）材料的物理力学参数取值见表1。
表1
名称土体支护桩连系梁
土层及支护结构物理力学参数
弹性模量/MPa 19 3.1 ×104 2.1 ×10*
泊松比 0.33 0.22 0.23
黏聚力/kPa 21
+*
摩擦角(°) 18
2）土体采用Morh-Coulomb弹塑性模型。屈服面函数为：
F = R..q - ptan - c = 0
(1)
式中p和g分别为平面应力和广义偏差应力，c与$分别为粘聚力和内摩擦角。其中
R=
sin（+） 3co84
式中，为极偏角。
8+
Stang（2）
3）不考虑渗流的影响，模型接施加体力进行计算。
4）土体采用平面应变四结点单元CPE4，桩和梁采用二维beam单元B21，土为非线性弹塑性体，桩和梁为线弹性体，桩通过Embedededregion功能嵌人到土体中，桩与梁之间进行tie约束。
5）模型两侧采用水平位移约束，u，=0；模型底部施加两个方向的约束，u=u=0；顶部为自由面，无约束。 2计算结果分析
1直斜桩中前排桩桩顶水平位移 2.1
从图2可知，基坑开挖前两步，前排支护桩桩顶出现背离基坑方向很小位移，这是由于在挖土之前已将桩打人土中，而在外部荷载作用下，背离侧土体沉降较开挖区的稍大，从而造成此变形。当基坑深度慢慢增大时，水平位移增长速度显著加快，位移增大。当基坑开挖的深度大致达到约10m时，桩顶水平位移达到约4mm，远远少于控制范围要求。
偏向基坑方向的水平位移几乎全由开挖的后二步完成而基坑开挖第五步的水平位移增大大概占最终水平位移的