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随着我国经济的迅速发展及城市化进程的不断加快,高层建筑、大型车站、地铁隧道等项目的大量建设,研究更安全、经济、合理的基坑支护结构体系具有十分重要的意义。 双排桩支护结构在结构性能方面具有整体刚度大、侧向位移小等特点,同时在实际施工中无需设置支撑,方便快捷,能够缩短施工工期,因此目前在基坑支护、边坡抗滑等工程中有较为广泛的应用。但是由于双排桩支护结构本身受力相对于单排悬臂桩要更为复杂,尽管目前国内外针对双排桩有较多的设计计算理论,并且在不断发展之中,但是从实际工程应用中看,现有的设计计算理论仍存在一些不足。本文在已有的理论成果基础上进行了更为深入的研究,研究内容如下: 1、总结目前基坑工程中双排桩支护结构的常用布桩形式及理论计算方法,并分析了各方法的计算原理及其不足之处。 2、针对现有理论的不足之处,提出了一种基于DPM法及荷载传递法的双排桩杆系有限元计算模型,推导了模拟桩侧摩阻力的弹簧刚度公式。在此理论基础上,利用微软的Visual Studio平台及MATLAB软件,结合C#语言编写了一套实用方便的计算程序Double-row Piles,具有友好的前处理,使用者可以通过参数的控制选取不同的计算模型,方便工程人员使用。并基于一简化的双排桩算例使用Double-row Piles进行计算,将计算结果与文献结果对比,结果符合实际。 3、采用编写的Double-row Piles程序计算分析双排桩支护结构的内力及变形,并对影响双排桩结构内力及变形的设计要素进行研究,包括:桩径、连梁尺寸、桩间土压缩性、基坑开挖深度等,寻求双排桩设计最优参数。研究结果表明: (1)双排桩支护结构与单排悬臂桩相比,其受力及变形的机理完全不同,单排悬臂桩基本完全依靠桩体的入土深度来抵抗桩后的主动侧土压力维持其稳定性。研究表明:相同参数下,单排悬臂桩最大侧向位移以及桩身最大弯矩要明显大于双排桩;在变形要求严格的场地环境下,双排桩支护结构具有较强的优势;从配筋角度考虑,双排桩的配筋量也会明显少于单排悬臂桩,能够降低工程造价,更为经济合理。 (2)通过增大桩径、连梁厚度提高桩身及连梁刚度,在一定程度上可以明显的减少双排桩侧向位移,但是当桩径、连梁厚度增大到一定值后,其位移减少的幅度会明显降低;随着桩身刚度的增加,前后排桩桩身最大弯矩会不断增大。随着连梁厚度的增加,排桩桩顶弯矩会不断增加,排桩的整体最大弯矩会逐渐减小,但是当连梁刚度达到一定程度时,桩顶弯矩以及排桩整体最大弯矩均趋于不变。 (3)通过对算例的桩间土进行加固计算分析,结果表明:随着桩间土压缩模量的增大,排桩的侧向位移逐渐减小,后排桩的桩身最大弯矩逐渐增大,前排桩的桩身最大弯矩逐渐减小,但是当刚度达到一定值后,上述位移弯矩变化的幅度均会逐渐降低。改善桩间土体的压缩性可以使两排桩的受力更加接近,弯矩总幅值减小,协同工作的作用更强。但是在工程实践中,桩间土压缩性致使工程成本增大施工难度提高的问题也需重视。 4、本文结合某客运站基坑双排桩工程实例,采用PLAXIS通用岩土有限元计算软件进行数值模拟,并与Double-row Piles程序计算结果以及实际工程监测数据对比分析。结果表明,该理论成果具有一定的工程使用价值。