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三排桩支护结构力学特性与计算方法研究 　　摘 要： 双排桩结构已经逐渐广泛地应用于深基坑工程支护中，但三排桩结构应用仍较少，设计计算时尚无明确的规范可依、无成熟的经验供参考，给工程设计和工程建设带来了诸多困难。依托某市区航道整治工程中采用的新型三排桩围护结构，结合基于反演计算参数得到的三排桩有限元计算结果，以及三排桩结构受力变形机理的探讨分析，研究提出了更符合工程实际的改进理正三排桩计算模型，并对该改进计算模型的土压力分配、前中后排桩土弹簧m值、桩前岸坡的作用方法等进行了探讨，以为高深岸坡工程中三排桩支护结构的合理设计提供参考 关键词：三排桩；双排桩；设计；计算方法 中图分类号：U443.15 文献标识码：A 文章编号：1006―7973（2016）09-0073-03 在对沿河城市原有航道进行整治和扩建的施工过程中，会面临邻近高层建筑的河道深基坑与河岸高边坡等开挖施工带来的众多不可避免的安全与稳定问题。市区运河工程周边环境复杂，临近密集的高层建筑群，受到严格的场地限制，于是适应性强、刚度大且受力变形合理的多排桩支护阻滑结构得到了较多的应用。但是目前国内外关于双排桩支护结构的支护理论和设计计算方法尚未有成熟统一的认识，关于三排桩的受力变形机理与设计计算方法的研究成果则更是几乎空白。因此探讨岸坡工程中三排桩支护结构的受力变形机理与合理设计计算模型，对指导实际的工程设计与建设有着重要的意义和价值 由于三排桩支护结构设计无规范可依，缺乏工程实践经验，方案设计与结构抗倾覆验算时，通常采用不能考虑中间一排桩有利作用的保守设计方法。设置三排桩实际上缩短了排桩的间距，增强了三排桩结构整体刚度与空间组合效应，同时影响了桩间土拱效应。因此本文结合工程实际，针对三排桩围护结构高深岸坡工程中普通三排桩围护结构设计计算模型和桩前三角岸坡有利作用等效方法两个方面进行研究，提出更符合实际的修正三排桩计算模型，为高深岸坡工程中三排桩支护结构的合理设计提供参考 1 工程概况 某运河工程位于长江三角洲河网地区，连接长江与太湖，横跨安徽、江苏、上海两省一市，全长296公里。该运河城区段长约4.3公里，河槽底宽20～25m。因河段断面较窄，为满足限制性III级航道宽度要求，对河道进行扩挖，南岸的防洪墙采取退建。该段上跨多条重要桥梁，防洪墙退建距最近一处高层建筑仅约15米，基坑安全等级及周边环境等级均为一级，地基复杂程度为复杂，基坑监测等级为一级 2 常用的双排桩计算模型 本文主要借鉴学者们关于双排桩结构的研究成果开展研究工作，常用的双排桩设计计算模型主要包括修正系数模型，等效抗弯刚度模型，土体积比例系数模型，理正双排桩模型，平面杆系有限元模型以及基坑支护规范模型。以下主要总结目前最为常用的理正双排桩模型 2.1 理正双排桩模型特点 理正双排桩模型是基于经典土压力理论与文克尔假定的计算模型，考虑了冠梁的变形协调作用以及排距对前后排桩土压力分布的影响，计算简便，概念清晰。桩排距越大，后排桩承受的主动土压力越小，最后便成为拉锚式的双排桩。但是，理正模型未考虑前桩-土-后桩的相互作用以及冠梁的空间效应，且当桩嵌固深度较浅时，桩底会发生一定的水平位移而非固定不动 本文参考工程设计常用的双排桩计算模型，采用平面杆系结构弹性支点法分析三排桩结构的变形与内力，即采用竖向放置的弹性地基梁模拟三排桩围护结构，支撑和锚杆简化为弹性支座，基坑开挖面以下的土体采用弹簧模拟，基坑外侧土压力与水压力作为荷载施加在结构上。工程设计常用的双排桩计算模型包括理正模型与新规范模型，目前均只能用于双排桩结构计算，并未能计算三排桩结构。因此本节结合基于荷载结构模型的平面杆系弹性支点法，对此两种模型进行简单推广后，采用同济曙光有限元正分析软件的杆系结构模型计算结构内力与变形 2.2 计算结果分析 为分析模型计算结果的准确性与合理性，由理正模型与有限元模型计算结果的对比分析可知： 推广理正模型位移计算结果（7.38mm）与有限元模型（10.52mm）相比略小，内力计算结果较大。理正模型计算主动土压力荷载时，未考虑桩间水泥搅拌桩加固土的有利作用，采用了未加固前的土层参数；其次理正模型是基于荷载结构法计算桩基内力的，将支护结构与土层分开来考虑，支护结构是承载土体，岩土层作为荷载与弹性支撑，未能考虑桩土间的相互作用，而有限单元法的计算理论是基于连续介质力学原理的地层结构法，将支护结构与土层视为一体，共同承受岸坡开挖导致的不平衡土压力。因此理正模型内力计算结果比有限元模型大； 位移较小的原因在于中后排桩内侧弹簧刚度采用经验公式计算会导致约束较为严格，采用对地弹簧模拟会夸大桩间土反力作用，但是两者相差不大，并且理正模型各排桩桩身变形曲线与有限元