双排劲性复合桩连体支护结构及受力分析方法与流程

本发明属于建筑基坑支护，特别是涉及一种双排劲性复合桩连体支护结构及受力分析方法。

背景技术：

1、经过近几十年的国家高速发展，我国的城市建设已经趋于饱和，随着大城市核心区域空地越来越少，从而会导致存在如下问题：

2、在建工程面临的周边环境会越来越复杂，项目基坑施工对项目周边建筑物可能造成比较大的影响，尤其是项目周边可能存在的天然地基建筑物。基坑支护， 是为保证地下结构施工及基坑周边环境的安全， 对基坑侧壁及周边环境采用的支挡、加固与保护措施。

3、在现有的基坑支护设计中，双排桩支护结构使用颇多，做法有两种：

4、一）双排预制桩，前、后桩顶现浇横向连梁；

5、二）双排灌注桩，前、后桩顶现浇横向连梁。

6、这两种方法前、后桩及横向连梁共同组成类似框架结构。虽然双排桩支护结构受力性能上比单排悬臂式支挡结构有所改善，但受限于框架的力学特点，会产生以下不利情况：

7、一）前、后桩无法很好地形成整体以协调工作，桩内弯矩及支护顶水平位移仍然较大，应用情形受限，限制了双排桩支护结构形式使用范围；

8、二）前、后桩的水平承载力需求高，导致支护桩截面尺寸偏大、混凝土及用钢量大，支护建造成本高昂、工期长。

技术实现思路

1、为了解决上述问题，本发明公开了一种双排劲性复合桩连体支护结构结合受力分析方法，可相对准确地预测双排劲性复合桩连体支护结构的位移及受力情况，及时作出调整，方法简便，计算成本低，可满足工程计算精度要求，可靠性强，此受力分析方法所分析计算的双排劲性复合桩连体支护结构方案更为经济合理。

2、为了达到上述目的，本发明的技术方案如下：

3、一种双排劲性复合桩连体支护结构，所述支护结构包括前排劲性复合桩、后排劲性复合桩、纵向冠梁横向连梁、水泥土桩连体格栅和水泥土桩止水帷幕，横向同排的所述前排劲性复合桩、后排劲性复合桩顶端均用所述横向连梁联接，纵向同排的所述前排劲性复合桩或后排劲性复合桩的纵向上均用所述纵向冠梁联接，以此形成一刚性连续联接的框架结构，所述水泥土桩止水帷幕与基坑侧壁平行设置，所述水泥土桩连体格栅设于前排劲性复合桩和后排劲性复合桩之间。

4、本发明提供基于双排劲性复合桩连体支护结构的受力分析方法，待分析的双排劲性复合桩连体支护结构模型包括基坑顶标高、基坑底标高、前排劲性复合桩、后排劲性复合桩、纵向冠梁、横向连梁、等效单压斜杆、等效单压水平杆和水泥土桩连体格栅，横向同排的所述前排劲性复合桩、后排劲性复合桩顶端均用所述横向连梁联接，以此形成一刚性连续联接的框架结构；纵向同排的所述前排劲性复合桩或后排劲性复合桩的纵向上均用所述纵向冠梁联接；所述水泥土桩连体格栅设于前排劲性复合桩和后排劲性复合桩之间，所述受力分析方法把水泥土桩连体格栅离散为等效单压杆系，所述等效单压杆系包括等效单压斜杆和等效单压水平杆；所述等效单压斜杆设于沿支护结构高度方向，沿支护结构高度范围，基坑底标高附近及基坑底标高以上位置为等效单压斜杆，其余为等效单压水平杆；所述等效单压斜杆与前排劲性复合桩的相交点标高低于其与后排劲性复合桩的相交点标高,等效单压斜杆和等效单压水平杆两端采用铰接方式与所述前排劲性复合桩和后排劲性复合桩相连接，所述分析方法应用sap2000有限元软件建立二维平面分析模型完成，施加在前排劲性复合桩和后排劲性复合桩桩身模拟桩侧摩阻力的竖向弹簧单元、模拟前排劲性复合桩桩端阻力的竖向弹簧单元及模拟支护结构发生水平位移时坑内土体施加于前排劲性复合桩的被动水平土压力的法向弹簧单元均在所述模型中创建，前排劲性复合桩、后排劲性复合桩、纵向冠梁、横向连梁和等效单压杆系均采用梁单元模拟，所述等效单压杆系的截面高度为离散的杆系间距 h，所述杆系宽度为水泥土桩连体格栅的最小厚度 b，所述杆系设为弹性杆，材料弹性模量 e= α1 ep= α1 α2 fcu，

5、其中：

6、 pak——主动土压力强度，单位kpa；

7、 ps0——被动土压力强度，单位kpa；

8、 ka——朗肯主动土压力系数；

9、 γ——土重度，单位kn/m3；

10、 c——土的黏聚力，单位kpa；

11、 z——分析点距地面的深度，单位m。

12、作为本发明分析方法进一步改进，当桩体间距ba较大时，设被动土压力分析宽度 b0，对于圆形桩，被动土压力分析宽度b0分析公式可如下：

13、 b0=0.9（1 .5 d+0 .5） d≤1.0m

14、 b0=0.9（ d+1） d>1.0m；

15、式中： d——劲性复合桩外围桩的直径，单位m。

16、作为本发明分析方法进一步改进，设置于前排劲性复合桩的法向弹簧单元的等效弹簧刚度 ks= αs m( z- h0)， m=（0.2 φ2- φ+ c）/ vb，其中：

17、 αs——考虑劲性复合桩挤土效应作用下水平地基反力系数的修正系数；

18、 m——土体的水平反力系数的比例系数，单位mn/m4；

19、 z——计算点距地面的深度，单位m；

20、 h0——支护基坑的开挖深度，单位m；

21、 c、 φ——分别为土的粘聚力，单位kpa、内摩擦角，单位°；

22、 vb——支护构件在基坑底处的水平位移量，单位mm。

23、本发明的有益效果有如下几点：

24、（1）分析方法简单实用：本发明所述分析方法采用等效单压杆系模拟前排劲性复合桩和后排劲性复合桩之间的水泥土桩连体格栅，同时采用弹簧单元模拟桩体桩侧摩阻力、桩端阻力及水平变形下的前排劲性复合桩的被动土力。以上做法方法简便，分析成本低。

25、（2）分析结果合理可靠：本发明所述分析方法既充分反映出水泥土桩连体格栅对于支护结构受力的有利作用，又考虑到水泥土桩连体格栅的水泥土不能受拉的力学特征，避免水泥土出现拉应力，处理思路合理稳妥，并与实际工程进行对比验证，表明分析方法可满足工程分析精度要求，可靠性强。

26、（3）绿色节能、经济合理：本发明所述分析方法与双排劲性复合桩连体支护结构受力模式吻合度高；分析结果与《建筑基坑支护技术规程》（jgj120-2012）提供的常规双排桩支护分析方法所得结果相比，无论支护结构位移还是弯矩均大幅度降低；故本发明分析方法所分析分析的双排劲性复合桩连体支护结构方案更为经济合理。

27、总之，本发明的双排劲性复合桩连体支护结构等效单压杆系模拟水泥土桩连体格栅能够较为准确地预测双排劲性复合桩连体支护结构的位移及受力情况，本发明提供的受力分析方法简便、结果合理、可靠性强、分析成本低、设计方案经济合理，使得双排劲性复合桩连体支护结构受力分析方法容易被工程技术人员应用普及，也利于双排劲性复合桩连体支护结构形式在基坑工程领域使用推广，实际应用价值巨大、应用前景广阔。