考虑桩土相互作用的双排桩分析
《双排桩支护结构的数值分析与现场试验研究》
《双排桩支护结构的数值分析与现场试验研究》一、引言随着城市建设的快速发展，地下工程建设的需求不断增加，对基坑支护工程的要求也越来越高。
双排桩支护结构因其稳定性好、抗侧移能力强等优点，在工程实践中得到了广泛应用。
本文旨在通过数值分析和现场试验研究双排桩支护结构的性能，为实际工程提供理论依据和参考。
二、双排桩支护结构概述双排桩支护结构由两排紧密排列的桩体组成，通过桩体之间的相互作用和土体的支撑作用，形成稳定的支护体系。
该结构具有较高的抗侧移能力和较好的稳定性，适用于多种地质条件下的基坑支护工程。
三、数值分析方法本文采用有限元法对双排桩支护结构进行数值分析。
首先，建立双排桩支护结构的有限元模型，根据实际工程地质条件设置模型参数。
然后，通过模拟土体开挖过程和桩体受力情况，分析双排桩支护结构的变形、内力和稳定性。
最后，根据分析结果，优化双排桩支护结构设计，提高其支护效果。
四、现场试验研究为了验证数值分析结果的准确性，本文开展了双排桩支护结构的现场试验研究。
首先，选择具有代表性的工程场地，进行双排桩支护结构的施工。
在施工过程中，实时监测桩体的变形、内力和稳定性等数据。
然后，将现场试验数据与数值分析结果进行对比，验证数值分析的准确性。
最后，根据现场试验结果，对双排桩支护结构的施工工艺和设计参数进行优化。
五、结果与讨论1. 数值分析结果：通过有限元法对双排桩支护结构进行数值分析，得到了桩体的变形、内力和稳定性等数据。
分析结果表明，双排桩支护结构具有较好的稳定性和抗侧移能力，能够满足实际工程需求。
2. 现场试验结果：现场试验数据与数值分析结果基本一致，验证了数值分析的准确性。
同时，通过现场试验，发现双排桩支护结构的施工工艺和设计参数对其性能具有重要影响。
优化施工工艺和设计参数，可以提高双排桩支护结构的稳定性和抗侧移能力。
3. 影响因素分析：双排桩支护结构的性能受多种因素影响，如土体性质、桩体材料、桩体间距等。
通过数值分析和现场试验，发现这些因素对双排桩支护结构的性能具有显著影响。
基坑双排桩与预留土相结合支护的数值分析
图４ 关 键工 况 前后 捧 桩 水平 位 移
弯矩 ， 但 是 不 能有效 地 控制水 平位 移和 坑外 沉 降 ， 不 利于周边环境和基 坑安全 稳定性 ， 而且 加设 水平 支撑
造价较高 ， 且工期 较慢 ， 使 得施工过 程难度 相对 较大 。
且基坑宽 度较 小的形 式 ， 单纯 的双排桩支 护形 式不 适
合深大 型基坑 ， 应 该采用联合支护形式 。
４ 结 语
（ １ ） 深 大型基坑采用 如双排 桩和基坑 预 留土的
５
ｌ ０
形式对于软土地 区是 比较适合 的。 （ ２ ） 加设 预 留土 后 ， 最 大弯 矩和最 大位 移 均 出 现在前排 桩 ， 关 键 工 况 和 最终 工 况 前 后 排桩 趋 势 相
在关键工 况下 ， 由于采用门架 式结构 的双 排桩支 护并 加设 反压土 ， 前后 排桩 顶部 正 弯矩 较 大 ， 但 是最 终 工况加 撑后顶部弯矩得 到控制 ， 但 是最 大正 负弯矩值
最 终工况较大 ， 并且反 弯点 的位置 最终工 况深 于关键 工况， 说明基坑预 留土能够有效地 控制 双排桩 的最 大 弯矩值 。
１ ０ ６
低 温
建
筑
技
术
２ ０ １ ３ 年第 ｌ １ 期（ 总第 １ ８ ５ 期）
水平位移／ ｍｍ
降的对 比。如表 １所示 ， 均对 比最终工况。
袭１ 两种支护形式 内力位移对 比
Ⅲ ， 毯涨 糍
一
后 排桩 一
前排 桩
由表 １ 可知 ， 加设水平顶撑 ， 不加设预 留土的双排
一 前 排 桩
考虑桩桩相互作用的双排支护桩受力变形分析
考虑桩桩相互作用的双排支护桩受力变形分析张玲;朱幸仁;欧强【摘要】双排桩支护结构的变形与内力计算是其设计计算的重要内容之一.双排支护桩结构是由前排桩、后排桩及桩顶连系梁组成的空间门架式结构.在承受水平荷载时,后排桩向坑内发生挠曲变形,挤压桩间土体,同时桩间土体又对前排桩产生推力,使得前排桩向坑内发生挠曲变形,挤压前排桩桩前土体,以致该支护结构在传递水平荷载时,前后排桩及桩间土体之间存在非常复杂的相互作用.本文基于上述双排桩支护结构受力变形特性,将前、后排桩均视为竖向放置的弹性地基梁,以欧拉伯努利双层梁理论考虑前后排桩的相互作用,以水平向弹簧模拟桩间土相互作用,以朗肯土压力计算作用于后排桩的主动土压力,以弹性抗力法计算作用于前排桩基坑底面以下的被动土压力,以基坑底面为界人为将前、后排桩分为上下部分,并通过桩身各段的受力平衡建立前后排桩的挠曲变形控制微分方程,然后通过桩端约束及基坑坑底平面处的连续条件得到方程的解析解,给出了一种考虑桩桩相互作用以及桩土相互作用的双排桩支护结构计算方法.最后结合两个实例,将本文方法计算结果与实例结果进行对比分析,验证本文方法的可行性,以期为双排桩支护结构在工程中的设计计算提供借鉴.【期刊名称】《水文地质工程地质》【年(卷),期】2019(046)005【总页数】9页(P72-80)【关键词】双排桩支护结构;桩桩相互作用;桩土相互作用;地基反力系数;双层地基梁模型;弹性抗力法【作者】张玲;朱幸仁;欧强【作者单位】湖南大学岩土工程研究所,湖南长沙 410082;湖南大学岩土工程研究所,湖南长沙 410082;湖南大学岩土工程研究所,湖南长沙 410082【正文语种】中文【中图分类】TU473.1+2近年来，随着高层建筑和地下结构工程的不断兴建，工程界对基坑支护技术的要求也越来越高[1-4]。
由两排平行的钢筋混凝土桩以及桩顶连系梁组成的空间门架式围护体系，即双排桩支护结构得到了广泛的应用。
双排桩支护结构挠曲理论分析.kdh
THEORETICAL ANALYSIS OF DOUBLE-ROW PILES RETAINING STRUCTURE DEFLECTION
HUANG Ping1，MO Haihong1 2，CHEN Junsheng1
， ，2
(1. School of Civil Engineering and Transportation，Guangzhou，Guangdong 510640，China；2. State Key Laboratory of Subtropic Building Science，Ministry of Education，South China University of Technology，Guangzhou，Guangdong 510640，China)
(
)
∆
式中： ∆ 为基坑底面处位移量(mm)，按地区经验取 值，当无经验时可取 10。
3
微分方程的建立与求解
3.1 建立微分方程 双排桩支护结构的前、后排桩受力情况如图 3 所示。根据节 2 对前、后排桩受力特点的分析，可 建立双排桩各段的基本挠曲微分方程。
(1) 式(5)求解
引入边界条件，令前排桩桩顶水平位移为 y0 ， 转角为 φ0 ，剪力为 Q0 ，该处弯矩为 M 0 。求解式(5) 可得
[3]
由于滑裂面的存在，滑裂面上、下土层受力有 所区别。滑裂面以上的桩体主要抵抗土的滑动力作 用，受力情况采用何颐华等[3]中的比例系数法。滑 裂面以下的桩体主要承受由于桩对周边土的挤压作 用而产生的被动土压力，受力情况采用“m”法。 本文未考虑基坑整体空间效应；将连梁以及连 梁和排桩的连接视为完全刚性；黄 强[4]中提到，双 排桩支护结构由于后排桩的存在，改变了土体剪切 破坏面，且滑动体的破坏面夹角不再是定值，而是 变量。这些会对计算结果产生一定的影响。 2.2 双排桩滑裂面以上侧向土压力的计算 双排桩前后排桩的布置形式一般有矩形布置和 梅花形布置。双排桩土压力的传递情况如图 2 所示。 基坑开挖后，后排桩的迎土一侧按主动土压力
双排抗滑桩桩土作用分析模型及其应用
［ ｂｔａｔ ｈ ｕｕｌ ｆ ｃ ｅ ｅｎｐｌｓ ｎ ｏｅｉ ｏｐｒ ｆｈ ｎｉｌ ｅｐｌ ｎ ｌ ｅ Ａ ｓ ｃ］Ｔ ｅｍ ｔａ ｅｅｔｂｔ ｅ ｉ ｄｓ ｐ ｔ ａｔｏ ｅａｔｓｄ ｉｓａｄｓ ｐ ｒ ｓ ｗ ｅ ａ ｌ ｎｗ ｓ ｔ —ｉ ｅ ｏ
ｓ ｓｅ ，ｂ ｕ ｄｅ ｔ ｈ ｌ ｎｇ ｓ ｒａ ｅ，ｉ ｒ ｐ ｓ ｄ ｂ ｏ ｓｄ ｒｎ ｈ ｓ ｎ ａ ｏ ａ ｌ ｏ ｄｉｉｎ；ｉ ｙｔｍ ｏ ｎ ｄ ｗｉ ｔ ｅ ｓｉ ｈ ｄｉ ｕ ｆ ｃ ｓ ｐ ｏ ｏ ｅ ｙ ｃ ｎ ｉ ｅ ｉ ｇ ｔ ｅ ｍｏ ｔｕ ｆ ｖ ｒ ｂ ｅ ｃ ｎ ｔｏ ｎ
型 ， 提 出双 排桩 内力及 位移 计算 有限 差分解法 ， 并 供
工程设 计计 算 参考 。
１ 双 排 抗 滑 桩 受 力机 理 分 析
双排 抗滑 桩是 由两 根平行 基桩 在各 自桩桩 顶用
土体 的明显 约束作 用 ， 即使 在 边 坡产 生 滑 动 面 的极
ＨＵ ｏ ｇ ，ＹＡＮＧ ｉ ｇ ｕ Ｓ ｎ Ｍ ｎ ｈ ｉ
（ ． ｉｈ ａ ｄ ｉｉ ｒｔ ｎｏ ｕ ａ ｒｖｎ ｅ Ｃ ａ ｇｈ ， ｎ ｎ １０ ， ｈｎ ； ２ Ｇ ｏｅｈ ｉ ｌ ｎ １ Ｈ ｇ ｗ ｙａ ｍ ｎｓ ａｉ ｆ ｎ ｎＰｏｉｃ ， ｈ ｎ ｓａ Ｈｕ ａ ０ １ Ｃ ｉａ ｔ ｏ Ｈ ４ １ ． ｅｔｃｎｃ ． ａＩ ｓ ｔｔ ｏ ｕ ａ ｎｖｒｉ ， ｈｎ ｓａ ｕ ａ ０ ２ ｈｎ ） ｔｕｅ ｆ ｎｎＵ ｉｅｓｙ Ｃ ａｇｈ ，Ｈ ｎ ｎ４ ８ ，Ｃ ｉａ ｉ Ｈ ｔ １ ０
水平 向弹簧 模拟 ； 翠 英 等＂ 提 出 了桩 间土 对 前排 周 桩 的作 用模 式 和作 用 力 计 算分 析 模 型 ， 用 有 限元 采
双排桩支护设计范文
双排桩支护设计范文双排桩支护是一种常见的边坡和挖土工程支护方式，主要用于土体较松软或稳定性较差的情况下，以增强土体的承载能力和稳定性。
它由两排垂直或稍微倾斜的钢筋混凝土桩构成，在具体设计中需要考虑桩的类型、布置、桩顶水平面的高度、水平荷载和竖向荷载等因素。
首先，在双排桩支护设计中，需要选择合适的桩的类型。
通常情况下，常用的桩型有钢筋混凝土圆桩、角钢桩和箱型桩等。
钢筋混凝土圆桩适用于土体较软或水位较高的情况，能够提供较好的承载能力和抗侧向位移能力；角钢桩适用于土体较硬或有较高的抗侧向水平位移要求；箱型桩适用于土体稳定性较差或存在较大的水平荷载的情况。
其次，在双排桩支护设计中，需要合理布置桩的位置和间距。
一般情况下，桩的间距应根据土体的稳定性、荷载及土工参数等因素来确定。
较为常见的布置方式有等距排列、不等距排列和矩形排列等。
等距排列适用于土体稳定性较好的情况，不等距排列适用于土体稳定性较差或存在变动荷载的情况，矩形排列适用于土体有较大水平荷载的情况。
另外，在双排桩支护设计中，需要确定桩顶水平面的高度。
桩顶水平面高度的选择应综合考虑土体的稳定性、荷载和周边环境等因素。
一般来说，沿边坡方向向上逐层递减，从而避免局部荷载集中，提高整个支护系统的稳定性。
同时，在双排桩支护设计中，需要考虑水平荷载和竖向荷载。
水平荷载通常由侧向土压力、地震力等因素引起，而竖向荷载通常由均布荷载和局部荷载等因素引起。
在具体设计过程中，需要计算和分析这些荷载的作用，选择适当的桩的尺寸和数量，以确保结构的稳定性和安全性。
总之，双排桩支护设计需要综合考虑桩的类型、布置、桩顶水平面的高度、水平荷载和竖向荷载等因素。
通过合理的设计和计算，能够提高土体的承载能力和稳定性，为工程的顺利进行提供有效的支护。
同时，在实施过程中需要注意施工方法和监控措施，以保证支护结构的质量和安全性。
双排桩支护结构设计计算特点探析
双排桩支护结构设计计算特点探析作者：尤桥来源：《西部论丛》2019年第35期摘要：双排桩支护结构作为一种常用基坑支护方式，在建筑工程建设中发挥着组合桩的整体侧向刚度和空间效应;基于此，本文阐述了关于双排桩支护结构设计特点，并分析双排桩支护结构的土力学解析方法、弹性地基梁法等数值计算方法，相关建设单位有必要对双排桩支护结构进一步选择优化设计，提升支护结构的受力均匀程度，满足施工和相邻环境要求。
关键词：双排桩;结构设计;土力学计算一、关于双排桩支护结构设计特点第一，双排桩由前、后两平行的钢筋混凝土桩以及冠梁、前后桩桩顶间连系梁形成类似门架的空间超静定结构，整体具有较大侧向刚度，有效的限制支护结构的侧向变形，且不用设置横向支点。
双排桩对基坑变形小，受施工现场环境或场地条件影响小，能够缩短工期。
第二，根据《建筑基坑支护技术规程》JGJ 120-2012 3.3支护结构选型;对变形要求相对较为严格，支护结构可选桩+内支撑和桩锚支护两种方案，并根据现场施工环境灵活运用，减少对周边环境即道路大影响。
双排桩支护结构在针对高层区边角区域设计时，可采用桩+内支撑的方案，在设计低层区交接区域时采用双排桩支护方案，确保高低层区域支护形式合理分配。
尤其当锚拉式、支撑式、悬臂式结构不适用时，可以运用双排桩支护结构;双排桩宜采用“支点式”布置方式，通过加密前排桩，设置单根后排桩的方法，使前排桩成为“连续墙”，后排桩通过桩顶连系梁作为抵抗前排变形的支点，结合等值梁法、连续墙和连系梁的计算方法优化双排桩计算方式降低基坑工程建设成本。
为增加双排桩支护结构效用，可以通过建有限元模型进一步优化双排桩支护结构设计，并深入分析设计参数对支护桩位移和弯距的影响，从而提高双排桩支护结构的支护效果，更好满足相关基坑支护工程建设规范要求。
二、双排桩支护结构主要数值计算方法（一）经典土力学解析方法经典土学压力计算法能够准确计算出工程支护结构的形式、土层分布特点，土层上的分布情况。
桩土相互作用分析.
五、桩基础设计计算步骤与程序
桩土相互作用分析
2．桩土相互作用研究方法 经典理论分析法 (a）弹性理论法：假定桩和土为弹性材料，土的杨氏模量E 或为常数或随深度按某一规律变化。由轴向荷载下桩身的 压缩求得桩的位移，由荷载作用于半无限空间内某一点所 产生的位移解求得桩周土体的位移。假定桩土界面不发生 滑移，即可求得桩身摩阻力和桩端力的分布，进而求得桩 的位移分布。
五、桩基础设计计算步骤与程序
桩土相互作用分析
3．桩土相互作用存在的问题 数值分析法 （b）材料本构问题：由于土的突出非线性，到目前为止， 还没有哪个本构模型可以体现土的各种特性。不同土的本 构，往往针对某个问题才具有合理性，因此要根据所研究 的问题灵活选用土体本构! 较土而言，混凝土材料的本构 要简单的多。混凝土的本构，在低应力情况下，通常采用 线弹性模型；在进行桩的极限状态分析时可选用损伤本构 模型。
桩土相互作用分析
2．单桩横向承载力验算 当有水平静载试验资料时，可以直接验算桩的水平 承载力容许值是否满足地面处水平力的要求。无水平静 载试验资料时，均应验算桩身截面强度。 对于预制桩还应验算桩起吊、运输时的桩身强度。
桩土相互作用分析
3．单桩水平位移及墩台顶水平位移验算 现行规范未直接提及桩的水平位移验算，但规范规定需 作墩台顶水平位移验算。在荷载作用下，墩台水平位移值的 大小，除了与墩台本身材料受力变位有关外，还取决于桩柱 的水平位移及转角，因此墩台顶水平位移验算包含了对单桩 水平位移的检验。墩台顶的水平位移△按下式计算：
所拟定的尺寸是否经济合理，再作最后确定。
（一）桩径拟定
桩土相互作用分析
（一）桩径拟定
桩的类型选定后，桩的横截面（桩径）可根据各类桩的 特点与常用尺寸选择确定。 （二）桩长拟定 确定桩长的关键在于选择桩端持力层，因为桩端持力层 对于桩的承载力和沉降有着重要影响。 一般应将桩底置于岩层或坚硬的土层上，以得到较大的 承载力和较小的沉降量。如在施工条件容许的深度内没有坚 硬土层存在，应尽可能选择压缩性较低、强度较高的土层作 为持力层，要避免使桩底坐落在软土层上或离软弱下卧层的 距离太近，以免桩基础发生过大的沉降。
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文从作者所设计的几个天津市区实际工程中简化出一 个基本算例， 计算参数如下： （!） 土性指标：( 4 !?@A6；# 4 )&B；" 4 !C@D ( >: ； $’ 4 &EA6。采用单一土层进行计算。 （) ） 桩顶帽梁顶标高低于地 基坑开挖深度 CF ">， 面 !>， 前后排桩直径均为 ?"">>， 间距 !F =>， 入土深 度 !)>， 桩长 )">。两排桩排距为 )F &>。 （:） 双排桩之间连梁截面尺寸 ) * + 4 ?"">> G 沿基坑边间距 !F =>， 与桩按固接考虑。 &"">>， （% ） 地基反力系数采用 , 法，, 4 :"""@D ( >:； 根 据工程实测结果反算
式中， "" ’ $.%/ + 012 ) # * - , ； # 为土的内摩擦角； $ 为基坑深度； " 为双排桩排距。
图!
平面刚架模型
4567 ! 89: ;<%/: &=%>: >?:<
（%） 模型 !
（(） 模型 -
图-
平面杆系有限元模型
4567 - 89: ;<%/: &5/5.: :<:>:/. >?@:<
建，深基坑围护越来越引起工程技术人员的高度重 视。基坑工程中， 应用较多的支护结构有悬臂桩、 单锚 或多锚排桩、 连续墙、 土钉墙等。最近， 又有不少工程 采用两排平行的混凝土桩以及桩顶的帽梁、连梁组成 的超静定刚架作为围护体系，即双排桩围护结构。工 程实践和模型试验均表明，只要将原来排列比较紧密 的单排桩每间隔一根抽出一根， 排列在后排， 加上相应 的连接构件，便可以在不增加桩本身造价的情况下节
!""
（即相当于大于桩间土厚度 & 倍） 排距的 % 倍 且每一排 桩内桩距不大时， 一般可以认为是竖向薄压缩层， 于是 ! 可以比较简化的由下式确定 （)） ! # $’ ( % 式中，$’ 为桩间土的水平向平均压缩模量； % 为桩间 土层厚度。 桩侧摩阻力采用桩土界面传递函数法加以考虑， 把桩划分成许多弹性单元，每一单元与土体之间用非 线性弹簧联系，以模拟桩土之间的荷载传递关系。这 些非线性弹簧的应力 * 应变关系就是桩侧摩阻力 ! 与 剪切位移 " 间的关系， 即传递函数。 本模型的传递函数 采用 +,-./ 形式， 假定为指数曲线， 其表达式为 0 % 1 ! 2 & 3 4 ’"&567 # 0 ! $ ,89 2 $ !" "# $ " 31 （:）
I/JF : 图: 平面杆系有限元法的计算结果 KL, M,’#N5’ OP 5L, 9N67, P/7/5, ,N,>,75 >,5LO.
%
计算分析
为了研究各种因素对双排桩工作机理的影响，本
!" #
计算结果分析 用两种平面杆系有限元模型对此基坑支护结构进
从图 : 中可 行分析， 所得桩体变形和弯矩如图 : 所示。 以看出：两种模型得出的前后排桩的侧移和弯矩的变 化趋势、 大小关系类似， 同时， 两种模型的结果又有着 明显的差异。 首先， 模型 ) 中后排桩的变形比前排桩大， 这和文 献 0 ) 1 中北京安外 &": 工程的实测结果一致， 也和双排 桩靠前后排桩与桩间土的变形协调来传递土压力的假 设相吻合， 而模型 ! 中前后排桩的变形非常接近， 与实 际情况不符；其次，模型 ) 的变形比模型 ! 有一定增 加， 最大处相差接近 )"H 。这主要是因为模型 ) 不像 模型 ! 那样认为桩端是铰接，而是用一系列非线性弹 簧更加合理地考虑了桩侧摩阻力及桩端阻力对双排桩 的约束作用； 最后， 虽然两种模型中前后排桩弯矩的变 化趋势均与文献 0 ! 1 中模型试验的实测结果比较接近， 但模型 ) 中前后排桩的弯矩相差更大，这是模型 ) 靠 !"!
（天津大学 土木工程系， 天津 C:::D3）
摘要 ：本文在对双排桩现有计算模型进行分析的基础上，提出了一种新的考虑桩土相互作用的平面杆系有限元双排桩分 析模型， 将双排桩之间土视为薄压缩层， 并以水平向弹簧模拟， 可以考虑两排桩间土层分布变化、 压缩性、 桩间土加固等对 双排桩相互作用的影响， 避免对前后排桩土压力分布做出人为分配。 利用这一模型研究了双排桩与土的相互作用问题， 计 算实例表明， 在参数取值合理的情况下， 可以取得满意的计算结果。 关键词 ：双排桩； 有限元； 桩土相互作用 中图分类号：EF;DC7 5 文献标识码：G
0:1
，前排桩桩端竖向抗力弹簧刚
度取为 !""""@D ( >。 （& ） 土压力采用朗肯主动土压力， 考虑 !"@A6 地面 施工超载， 基坑底面以上为三角形分布， 基坑底面以下
为矩形分布。
近似为 ! $ ’/7 #;；"、 式中， ’ 为土的侧压力系数， #分 别为土的重度及内摩擦角； ! 为与土的类别及密实度 有关的系数； "# 为桩侧摩阻力充分发挥时的临界位 移， 根据桩侧土情况， 可取 : < =>>。 考虑到双排桩位移时可能对坑底以上桩间土产生 夹带作用， 因此忽略其对前排桩可能提供的侧摩阻力， 前排桩侧阻弹簧仅在坑底以下布置。前排桩桩端以下 土体对前排桩桩端的竖向位移的约束用文克尔地基模 型考虑， 弹簧系数 ! 取值见算例。
作者简介 ： 郑刚 A 5!?D > 收稿日期：3::C 年 C 月 B， 男， 贵州贵阳人， 工学博士， 教授。
3
现有的计算模型
目前，应用比较普遍的双排桩计算模型是基于室
内模型试验和工程实测提出的平面刚架模型 Q 5 R 。它将 !!