基坑围护桩水平位移的影响分析

秦早立夫

摘要：在管廊建设过程中，基坑围护桩的形式是对整个管廊基坑稳定对关键的一个因素，围护桩的水平位移效果是受到围护桩的不同参数设定的影响。发现寻找不同影响因素的规律可为现场提供更加经济的支护形式。

关键词：围护桩;水平位移;基坑稳定

Abstract： During the construction of the pipe corridor， the form of the foundation pit enclosure pile is a key factor for the stability of the entire pipe gallery foundation pit. The horizontal displacement effect of the enclosure pile is affected by the different parameter settings of the enclosure pile. It is found that the law of finding different influencing factors can provide a more economical form of support for the site.

Key words： enclosure pile;horizontal displacement;foundation pit stability

1  围护桩桩径尺寸大小的影响分析

围护桩的桩径是管廊施工过程中的重要因素，对于整个基坑的稳定和安全都起着至关重要的作用。同时，桩径的改变也会影响工程成本的增加的问题，如，施工成本、工期还有带来的施工难度这几个重要因素。在改变桩径都对基坑有和影响是石本段的分析点。在原桩径0.8m的基础上，分析在不同桩径的桩体变化和对周边环境的影响规律。

在模拟计算过程我们假设围护桩的材料属性与具体施工工序过程不改变的情况下，只是单一的去调整围护桩的桩径大小，若桩径越大，导致围护桩抵抗因施工影响的弹性变形的能力提高。则管廊围护桩抵抗因基坑开挖而发生的弹性变形只与围护桩桩径的大小尺寸有关。为此分别设置0.4m、0.6m、0.8m、1.0m、1.2m五种不同的桩径尺寸来模拟对比，模拟过程采用地下连续墙来模拟围护桩。如图1所示，为桩径直径尺寸分别为0.4m、0.6m、8m、1.0m、1.2m五中不同桩径在管廊基坑开挖过程的水平位移的对比图。

根据图反应出不同桩径情况下，各个不同桩径的围护桩的变化趋势相同。都是在桩顶与桩底的变形量最小，桩的腹部部位的变形量最大。桩顶部的变形量的主要原因是第一内内支撑设在地表下1m处的位置，可以有效的一直桩顶部位置的变形;桩底的水平位移是由于桩体嵌入的土体，底部的水平变形被制约了。

比对可看出在围护桩桩径取值为0.4m时，桩体最大的水平位移量约为-25mm。0.4m的桩径变化趋势与其他桩径的变化趋势进行对比可看出，随着基坑围护桩的桩径不断增大，围护桩整体的水平位移量随着围护桩桩径的增大水平位移量逐渐减小。这样的变化趋势反映出了围护桩的桩径尺寸对围护桩整体抵抗弹性变形的能力有一定的影响。当围护桩的桩径尺寸调整至1.2m时，围护桩整体的最大水平位移从从25mm下降至了13mm。1.2m桩径下的围护桩的水平位移量与桩径为0.4m的对比，从两者的位移数值可以看出，最大水平位移减少了近一半。桩径为1m的情况下最大水平位移约为-15mm，与0.8m的桩径的最大水平位移对比，桩体最大水平位移减少了14%。与此同时，从对比不同桩径下的变化趋势可以看出。围护桩顶部的水平变化量与围护桩整体的变化状态不同，随着围护桩桩径的不断提高，围护桩的顶部的位移量也在增加，但增加量也在安全范围指标内。分析可得知：管廊基坑设置的第一道内支撑在围护结构中发挥了作用，它将单个的围护桩联合成为了一个连续的地下墙的形式，大大提高了围护桩整体的抗变形能力。随着桩径的增加也改变了桩的体积大小，从而直接导致了围护桩整体的抗弯、抗剪强度，围护桩整体的受力与变形也发生了变化。本节选取最小桩径0.8m和最大桩径1.2m两个条件下管廊基坑开挖过程的弯矩变化来进行分析。

如图2所示，在基坑开挖完成后，直径尺寸为0.8m围护桩的最大负弯矩明显大于直径尺寸为1.2m的围护桩的最大负弯矩。说明了随着桩径尺寸的增加，加大了桩后的主动土压力对桩体上半部分的影响。两个特殊尺寸的对比可以看出，随之桩直径尺寸的提高，是的桩体在开挖过程的中引起的最大水平位移的位置逐渐的向围护桩上分移动。

2  桩间距的影响分析

土体的拱受力状态与围护桩的间距取值有一定的关系，同时桩间距的取值对管廊基坑的稳定性也有很大的影响，并且桩间距取值也会影响施工工艺从而影响工程成本。因此本节将桩间距设为变量参数作为研究对象。模拟不同桩间距取值，研究管廊基坑支护过程中桩间距变化对周边环境以及围护桩整体的水平位移的影响规律。

同样假定围护桩的材料属性与施工工艺不改变的情况下，单一改变围护桩桩距的大小。则围护桩整体的抵抗弹性变形能力就只与桩之间的间距大小有关联。分别设置0.9m、1.2m、1.5m、1.8m、2.1m五中不同情况的支护桩桩距，对不同桩间距的不同情况进行数值模拟，分析不同条件下对管廊基坑以及对管廊基坑外侧的建筑物的变形影响规律。本节依旧采用的是地下连续墙模拟桩，不同的桩间距等效的连续墙的厚度如表1所示。

如图3为围护桩分别在间距为0.9m、1.2m、1.5m、1.8m、2.1m时在基坑开挖过程中的的水平变形对比图。从水平位移图反映出的水平变化规律可以得出，不同桩间距条件下围护桩整体的水平位移趋势相同，但不同间距的水平变化量差异明显。

从不同的桩间距的在管廊基坑开挖过程的变化规律可以得出，围护桩自上而下的水平位移趋势是向基坑内侧方向增加，在开挖的基坑的底部（地表下7～8m）处的水平位移量都达到了最大值，自此处开始围护桩的水平位移开始收敛到围护桩最末端水平位移量收敛至2.5mm左右。根据五中情况下的變化曲线对比，不同桩间距条件下的变化趋势几乎一致，并且从0.9～2.1m的桩间范围的水平位移量来看，桩顶的水平量差异量在2mm内，围护桩整体的最大水平位移量差异为6mm。根据分析可知，桩间距的变化后影响围护桩整体的水平变形的作用小，根据这个这点，可在保证工程安全的情况将围护桩桩距的调整座位较少工程成本的主要方案。于此在桩间距不断增大的同时，围护桩腹部部分的水平位移也在逐渐增大。但围护桩桩顶的位移情况却是相反的，导致这种结果的原因是因为围护桩整体的刚度变化从而导致了桩体所受到的主动土压力的状态发生了改变。

3  桩身长的影响分析

管廊基坑在开挖过程中会引起土体发生屈服，导致管廊基坑内部发生整体的滑动趋势。增加围护桩桩长可以提高桩的嵌固深度，提高围护桩整体的锚固效果，从而来抑制管廊基坑在开挖过程中的整体变形。其原因是嵌固的桩体利用利用屈服土体与静止区域作用下产生的剪应力来抑制土体的滑动，并将土压力转移至稳定的土层中。桩体的埋深不仅对整个基坑的安全性重要作用，但随着桩体的埋深深度的增加，还会增加现场的施工难度、影响施工成本。因此，在确保管廊基坑整体安全的基础上，管廊支护结构的嵌固深度的的选取尤为重要。本节分析改变桩长后基坑的稳定影响，研究改变围护桩桩长所带来的变化规律，综合选取围护桩桩长，桩长选取15m、20m、25m、30m四种工况进行分析。如图4从不同桩长的水平位移量对比可以看出，随着桩长的增加。围护桩的水平位移量在逐渐下降。当开挖深度不变的情况下，15m桩长的水平位移最大，樁长20m为分水岭，可看出桩体的最大水平位移量呈逐渐减小的趋势。从围护桩桩长15m增长到20m这一过程，围护桩桩顶与围护桩整体的水平位移量都有明显的减少，但25m的桩长的位移量与20m桩长相对比只减少了了1～2mm的水平位移量，25m与30m的桩长两者之间的变化趋势大致是重合的，说明随着桩身逐渐加长，整体上对桩体的影响逐渐减小。

4  基坑内支撑位置的影响分析

在基坑开挖过程中根据上述各种桩参数分析中可看出，在基坑开挖过程中围护桩的最大的水平位移都发生在7～8m处。第一道内支撑是稳定桩基上部的水平位移，从上述的各参数分析来看，围护桩上部的水平位移受到第一道内支撑的作用下整体的水平位移稳定。内支撑位置的合理设置，可以有效的提高围护桩的稳定安全，并且可以节约施工过程的经济成本。由此本节重点分析二道内支撑分别设置在地表下3.5m、4m、6m三个不同位置对围护桩的水平位移的影响。在围护桩材料参数不改变的情况下，第二道内支撑的位置是影响围护桩水平位移的主要影响因素。如图5可以看出3.5m、4m、6m三个不同位置设置第二道支撑后，围护桩的变化趋势大致相同。由于桩顶第一道内支撑的作用下，桩顶的水平位移量较小，桩底因为围护桩嵌入的土体的原因水平位移稳定，围护桩最大的水平位移都发生在围护桩中部，内支撑设置的位置越接近坑底，围护桩的最大水平位移逐步减少。从最大的32mm的水平下降到23mm，下降了33%的水平位移量。因此第二道内支撑设定的位置，可以有效的控制围护桩的水平位移量，并且可直观的减少工程成本的一个措施。

参考文献：

[1]向亮.富水半成岩砂岩地层地铁车站深基坑变形监测与数值模拟分析[J].铁道标准设计，2017，61（11）：121-127.

[2]张康宁.夯扩自动化施工新技术条件下的DDC复合地基承载力研究[D].西安建筑科技大学，2016.

[3]李兵，孙小飞，孙丽.地铁深基坑支护结构钢支撑力学参数研究[J].济南大学学报（自然科学版），2018，32（04）：261-267.

[4]周宇.CFG桩复合地基抗震性能数值分析[D].中国地质大学（北京），2015.

[5]杨金.某基坑开挖对邻近建筑物的影响研究[D].西安理工大学，2016.

[6]尹玉晓.复杂环境下深基坑变形及其稳定性状的研究[D].石家庄铁道大学，2014.

[7]李婧.兰州地铁深基坑支护结构及开挖方案研究[D].兰州理工大学，2014.