预应力-悬臂排桩组合支护结构空间 变形的应用研究”
高妍妍，刘剑雄，李秀华，岳晨曦
（淮阴工学院建筑工程学院，江苏淮安223001）
[摘要]通过使用钢纹线部分替代排桩中受拉钢筋，基坑开挖前张拉钢绞线使得排桩支护体系获得减小水平位移 的偏心预压力，形成预应力-排桩组合技术的新型支护结构.利用势能驻值条件中总势能的一阶变分为0的原理，计算支护结构最大变形.在实际工程中同时应用组合技术和善通排桩进行基坑支护.理论计算和工程实测数据表明，预应力-排桩组合技术的支护结构可以有效减少空间变形.
[关键词]基坑；支护；预压力-悬臀排桩；变形
[中图分类号]TU753[文献标识码]A [文章编号]1002-8498(2016)13-0055-04
Applied Research on Spatial Deformation ofPrestress-cantilever Soldier Piles Combination Technique
Gao Yanyan Liu Jianxiong Li Xiuhua Yue Chenxi
( Faculty af Architecture and Ciril Engineering Husiyin Institate of Technology Huaion Jiangsa 223001 China)
excavation the pre-charge pressure which can reduce lateral displacement of the cantilever soldier piles Abstract :Using the strand partly replace tensile reinforcement of the piles. Then prior to foundationwas got by tension steel strand. That was prestress-cantilever soldier piles bination technique. Gettingthe deformation of supporting structure on the basis of the first-order derivative equal to zero of totalstrutting system of deep foundation excavation of a practical engineering. The theoretical calculation and potential energy the bination technique and cantilever soldier pile at the same time were used in thethe measured data shows that the retaining strueture of prestress-cantilever soldier piles binationtechnique can effectively reduce the spatial deformation.
Key words foundation excavation; supports; prestress-cantilever soldier piles; deformation
用上述办法来减小支护结构变形.笔者大胆提出在现代城市建筑中，高层、小高层建筑所占比使用预应力钢筋来减小悬臂排桩支护结构变形的重越来越大，这些建筑普遍都有1-2层地下室，基方法，并将该方法具体应用在实际工程中.实践表
0引言
坑开挖深度在5-10m左右，悬臂排桩支护体系非明，该方法可以应用于工程实践.致基坑坍塌，威胁周边建筑物、道路、地下管线安筋，在基坑开挖前，采用后张法对钢绞线进行张拉，全，是基坑工程需要重点解决的问题.所以对减小使得排桩获得偏心预压力，该压力使得排桩体系在支护结构变形的研究有着非常重要的意义.
常适合该深度的基坑工程.支护结构变形过大导、基本原理：使用钢绞线部分替代排桩中受拉钢开挖过程中获得有利于减小变形的附加势能，形成减小悬臂排桩支护结构变形一般采用内支撑预应力-悬臂排桩组合技术的新型支护结构（以下简
施、管线分布密集，基坑面积狭小，很多工程无法采（见图1）.
1能量法分析计算组合技术支护结构变形
1.1势能驻值原理
驻值势能原理是常用的能量法原理之一：在弹
图1组合技术原理Fig. 1 Principle of the bination technique
性体系的几何可能位移状态中，其真实的位移状态使总势能为驻值（可能极大、极小或者始终保持不变）.结构变形状态的稳定，必须满足总势能 的一阶变分为0.支护结构在满足杆端位移条件情况下，势能驻值条件可以写成：
式中：IⅡI是支护结构的总势能，由外力的势能和支护结构的应变能组成；6是支护体系的变形.
1.2支护结构变形曲线
调变形，支护结构中部变形最大，边角处变形小或 设有冠梁的悬臂排桩支护结构，排桩和冠梁协没有.无支撑悬臂状排桩变形为三角形，最大位移在桩顶，且随着开挖深度的增加而增大.假设基坑中部最大位移是&，无支撑悬臂排桩和冠梁的变形曲线如图2所示.
图2普通悬臂排桩支护结构变形曲线Fig. 2 Deformation curves of the row pilesretaining structure
无支撑悬臂排桩变形曲线公式：
冠梁变形曲线：
1.3土压力
根据规范要求，土压力采用朗肯土压力理论.土压力分布及计算模型如图3所示.控制点a，b，c的土压力表达式：
(1)
(2)
(3)
(4)
图3土压力计算模型
Fig 3 Caleulation model of earth pressure
1.4支护体系势能
支护结构系统总势能包括冠梁弯曲应变能、自由扭 假定基坑1范围内支护桩间距为.组合技术转应变能、支护桩弯曲应变能和土压力外势、预应力外势，具体表达式如下.
1）冠梁弯曲应变能
式中：E/为冠梁抗弯刚度.
2）冠梁自由扭转应变能
式中：G为冠梁抗扭刚度.
3）支护桩弯曲应变能
式中：E1为支护桩抗弯刚度.
4）预应力外势
5）土压力外势
(5)
(6)
(7)
(8)
(9)
(10)
（11)
6）系统的总势能
由势能驻值定理 alI =0可得：
2工程实践
2.1工程概况
江苏省淮安市金地商业广场基坑排桩支护工程基坑为矩形，尺寸为152mx56m，开挖深度5.3m.土层参数如表1所示，排桩4800mm，x=1.2mm，桩长18.5m，桩顶冠梁1000mmm×800mm基坑分开挖深度2，4，5.8m工况，由中部向东西两 侧对称开挖.
表1土层参数Table 1 The soil parameters
层号 地层名称 y/(kN-m2) 重度 黏聚力 c/kPa 内摩擦角 /()杂填士 17.3 6 17② ③ 粉质黏土 黏土 17.5 19.2 26 49 18.3 12
支护结构、北侧采用组合技术支护结构.根据理正 现长方向坑壁支护南侧采用普通排桩冠梁7.0计算的排桩最大弯矩值，在北侧排桩中使用3根预应力钢绞线来替代受拉钢筋，张拉控制力为130kN.
2.2工程测量
北侧组合技术支护结构每20m设水平位移观测点，共7个（AI-A7），南侧普通悬臂排桩支护结构在相对应的位置设水平位移观测点（B1-B7）.施工阶段采用小角度法实测支护结构的水平变形.测量仅器为拓普康MS05型全站仪，测量精度0.5°， 测量数据如表2，3所示.根据表2的测量数据绘得组合技术水平变形曲线如图4所示.根据测量数据将组合技术与普通悬臂排桩支护结构的水平变形进行比较，获得其差值与普通悬臂排桩支护结构水
平位移百分比（见表4）.
(12)
(13)
2.3数据分析
3结语
图4组合技术支护结构水平变形Fig. 4 The horizontal deformation of bination technique
表4水平变形量差值对比
Table 4 Comparison of horizontal deformation difference
对比点位 开挖深度/=A1-B1 10. 87 2 16. 35 4 7.04 5.8A2-B2 7.95 10.92 15.07A4-B4 A3-B3 12.26 7.37 17. 66 17.62 20. 62 21. 12A5-B5 A6-B6 19.64 8.97 14. 07 12. 50 18.21 12. 71A7-B7 148. 08 132. 81 2. 11
1）图4表明组合技术支护结构变形曲线与普通悬臂排桩变形曲线相似度很高（见图2）.
的水平位移比较值受冠梁支座刚度、支撑条件和施 2）表4中支护结构角点处（A1-B1，A7-B7）工质量的影响较大，所以没有参考价值.表4表明随着开挖深度的增加，组合技术支护结构水平变形减少量的百分比逐步增大；组合技术支护结构水平界值，但基坑长度超过临界值时，百分比不再增大. 变形减少量的百分比随着基坑的长度增大，但有临
3）将能量法计算桩顶水平变形量、原设计文件的桩顶水平变形量（弹性法）和实测值进行对比，如表5所示.实测水平实测组合技术支护结构水平变形最大值为25.18mm；普通悬臂排桩支护结构水平 变形最大值为31.92mm，组合技术支护结构的水平变形小于普通悬臂排桩支护结构.
术与普通悬臂排桩支护结构相比，可以更加有效地 1）理论计算数据和工程实践表明使用组合技减少支护结构的水平变形，该组合技术有较大的工程应用价值.
2）能量法计算出来支护结构水平位移更加接结构水平变形量产生影响的客观因素很多，需要考 近实测数据，计算精度高.但在工程实践中对支护虑足够的安全储备，所以能量法计算结果可以作为支护结构水平变形量预测的重要参考依据.
表2组合技术支护结构水平变形量汇总
Table 2Horizontal deformation summary of the bination technique
开挖2m 开挖4m 开挖5.8m点号 坐标 初始读数 该数 变化值/mm 读数 变化值/mm 该数 变化值/mmA1 x y 2 036. 096 4 2 027. 050 9 2 027.051 7 2 036. 096 9 0.51 0.82 2 036. 096 0 2 027. 051 8 0. 46 0. 87 2 036. 095 8 2 027. 052 4 0. 57 1.52A2 x 2 030. 927 3 2 026. 453 8 2 030. 927 3 2 026. 456 6 0.02 2.78 2 026. 459 0 2 030. 927 8 0. 48 5. 71 2 030 927 7 2 026. 464 5 10.71 0.44A3 y x 2 025. 940 5 2 025. 940 9 0.43 2 025. 941 2 0. 69 2 025 940 2 0. 32A4 2 026. 151 0 2 022. 259 8 2 026. 156 1 2 022. 259 7 0. 12 5.15 2 026. 159 3 2 022. 259 3 0. 54 08 2 026. 171 6 2 022. 2599 6 20. 60 0. 182 026. 347 5 2 018. 487 3 2 018. 487 5 2 026. 352 9 5.44 0.22 2 026. 359 9 2 018. 487 7 14. 38 0. 39 2 018. 487 8 2 026. 372 7 25. 18 0.46A5 2 026. 223 2 2 026. 228 2 4.97 2 026. 235 5 13. 25 2 026. 246 4 25. 13A6 2 013. 867 5 2 026. 235 9 2 013. 868 2 2 026. 240 5 0.77 4.69 2 026. 243 0 2 013. 867 5 0.03 7.14 2 013. 867 2 2 026. 247 5 0. 29 11. 33A7 2 011. 897 4 2 026. 340 2 2 011.897 6 2 026. 341 5 0.16 1.29 2 011.897 4 2 026. 341 8 0. 05 1. 49 2 011. 896 9 2 026. 341 6 0. 54 1.45
表3 普通排桩支护结构水平变形量汇总
Table 3 Horizontal deformation summary of the cantilever soldier pile
点号 坐标 初始读数 开挖2m 开挖4m 开挖5.8m读数 变化值 读数 变化值 读数 变化值BI 2 036. 096 5 2 027. 050 9 2 027. 052 2 036 097 0.33 0.92 2 036. 096 2 027. 052 0. 45 1. 04 2 036. 096 4 2 027. 052 3 0. 05 1. 422 030. 927 3 2 026. 453 9 2 030. 927 2 026 457 0.48 3.02 2 026. 461 2 030. 927 0. 55 6. 41 2 030. 926 8 2 026. 466 5 0. 49 12. 61B3 2 025. 940 5 2 026. 151 0 2 025 940 2 026 157 0.39 2 025. 941 2 026. 165 0.11 2 026. 174 1 2 025. 939 9 -0.66 25.95B4 y 2 022. 259 9 2 022. 260 5.56 0.02 2 022. 260 10. 08 0.10 2 022. 259 2 0.63y x 2 026. 347 5 2 018. 487 4 2 026. 354 2 018. 487 6.20 0.09 2 026. 365 2 018.487 17. 38 0.02 2 018. 487 3 2 026. 382 5 0.07 31. 92B§ y 2 026. 223 3 2 013. 867 5 2 026. 229 2 013. 867 0. 09 5.46 2 026. 241 2 013. 868 15. 42 0.14 2 026. 245 6 2 013.867 3 28.28 0. 19B6 x y 2 026. 235 9 2 026 239 8.16 2 026. 243 8. 16 2 026. 248 6 12.98B7 T 2 011. 897 5 2 026. 340 2 2 011. 898 2 026. 341 0.53 0.64 2 011. 897 2 026. 341 0. 69 0.64 2 011. 897 8 2 026. 341 6 0.36 1. 42
5）由于经费和时间的原因，本次实验没有涉及组合技术的排桩冠梁支护结构在钢绞线张拉、基坑开挖过程中的应力重分布及内力传导路径等情况研究，以后会进一步深人研究.
表5水平变形对比
Table 5 Comparison of horizontal deformation mm
普通悬臂排恢支护结构 最大水平变形 组合技术支护结构 最大水平位移弹性法 能量法 实测值 能量法 最大值40. 6 36.3 31.92 31.5 25. 18
参考文献：
[1] 许锡昌，陈善雄，徐海滨，悬臂排核支护结构空间变形分析[J] 岩土力学 2006 27(2)：184-188.[2] 中国建筑科学研究院，建筑基坑支护技术规程：JGJI20- 2012[S]北京;中国建筑工业出版社 2012.[3] 黄强，深基坑支护结构工程设计技术[M]，北京：中国建材[4] 周鹏华，黄晓程，双排脏受力变形规律及影响因素有限元分 工业出版社，2000.析[J]. 施工技术 2015 44(11) ;96-100.
3）实测的组合技术支护结构水平变形曲线与结构基本变形曲线公式（1）和（2）是可以采用的. 理论曲线的相似度很高，表明使用能量法时，支护
4）实验数据表明，基坑开挖深度越深，组合技术减小支护结构水平变形的优势越明显；基坑长度水平变形. 在一定范围内，组合技术也能有效减小支护结构的
