模拟传统双排桩与倾斜组合桩的对比分析

陈志敏，余振锡，谢潘想

(安徽工业大学 建筑工程学院，安徽 马鞍山 243032)

0 前 言

经济飞速发展的今天，我国的基础建设也得到空前发展，一座座高楼大厦拔地而起，楼宇越来越高的同时，基坑支护工程的重要性也日渐凸显。传统的支护形式如放坡开挖(无支护)及简易支护，虽然经济实惠且施工方便但是不适用于开挖深度过大的基坑；传统的无内支撑支护虽然施工工期快、难度小，但是基坑变形大，且基坑开挖深度较大时不适用；传统的内支撑支护虽然适用基坑开挖深度大且基坑稳定性良好的工况，但是施工难度大，出土不方便。郑刚等[1]提出了采用倾斜支护桩的新型绿色基坑支护形式，变形控制能力和稳定性控制能力显著提升。本文在其基础上通过ABAQUS/CAE软件对倾斜桩支护结构、双排直桩进行有限元分析比较。

1 实验原理

1.1 部件创建

整个模型由三个部件组成:土体采取简化后的三维模型，长100 m，宽7.5 m，高50 m，土层一个，开挖层两个，每次开挖3 m。冠梁采用三维模型，长7.5 m，宽2 m，高0.8 m。倾斜桩为边长0.5 m矩形桩，长13 m的三维模型。直桩为边长0.5 m矩形桩，长15 m的三维模型。

1.2 定义材料属性

选定部件模型并设置相关参数，定义界面属性，将截面属性分配给相应区域实现材料分区。各部件的材料属性见表1。

表1 各部件材料属性表

1.3 装配与分析步

创建的各个部件通过旋转实体和平移实体组装成一个模型。建立地应力平衡分析步、加载桩体和冠梁、开挖1、开挖2。

1.4 建立相互作用与荷载

组装好的模型应对土体与桩体、桩体与冠梁建立相互作用，桩体底端与土体采用绑定连接，桩体顶端与冠梁接触面采取绑定连接，桩体侧面与土体采用接触，切向行为罚函数，取值0.3，法向行为为硬接触。限定土体的四面的水平位移和土体底部的水平位移、竖向位移。在地应力平衡步对土体施加重力荷载，加载桩体和加载冠梁时分别对桩体与冠梁施加重力荷载。

1.5 划分网格提交计算

土体、桩体、冠梁全局划分尺寸为1的种子划分网格。将处理好的模型创建分析任务并提交计算。模拟实验流程见图1。

图1 模拟实验流程图

2 实验数据分析

2.1 土体的沉降位移

倾斜桩组合结构沉降变形云图与传统双排桩沉降变形云图如图2所示，其中，倾斜桩组合结构的坑内最大隆起为135.8 mm,传统的双排桩坑内最大隆起为136 mm,而两者的最大沉降位移也相近且可以忽略不计。从沉降位移来看，倾斜桩组合结构具有良好的支护作用，与传统双排桩的支护效果相当。

(a)倾斜桩组合

2.2 土体的水平位移

倾斜桩组合结构水平变形云图与传统双排桩水平沉降变形云图如图3所示，其中，倾斜桩组合结构的最大水平位移为8.82 mm,传统的双排桩最大水平位移为8.46 mm。从水平位移角度，倾斜桩组合结构的支护作用良好，与传统双排桩的支护效果相当。

(a)倾斜桩组

2.3 前排桩的水平位移

倾斜桩组合结构的前排桩与传统双排桩前排桩的随桩长水平变形散点对比如图4所示，其中，倾斜桩组合结构前排桩的最大水平位移为4.17 mm,传统的双排桩前排桩的最大水平位移为3.75 mm。倾斜桩组合结构的支护作用良好，与传统双排桩的变形趋势相同。

图4 前排桩水平位移图

3 结束语

1)三组实验数据对比来看，倾斜桩组合结构与传统双排桩的支护效用相似，本次模拟实验结果对工程实践具有指导意义。

2)倾斜桩组合结构无需内支撑，施工方便快捷，安全性高，绿色环保，是未来应用趋势。

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