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摘要：本研究依托雄安新区某地铁车站项目，应用Midas GTS/NX软件建立三维有限元模型，模拟了双排支护桩桩径改变对 SMW工法桩及双排支护桩的桩体变形影响，为合理设计双排桩直径提供技术支持。

关键词：双排桩，数值模拟，SWM工法桩，基坑，桩径

0引言：

双排桩支护是深基坑常用的支护形式，对控制基坑侧移，节省地下空间等具有良好的效果。双排桩的直径是影响双排桩承载能力的关键因素之一，较大的直径能够承受更大的荷载，从而增强深基坑的稳定性，但较大的桩径会增加施工的难度和成本，因此在桩径设计时要对双排桩进行综合考虑[1]。在不改变其他参数的条件下，本研究选择桩径为400 mm、600 mm、800 mm、1000 mm、1200 mm的双排桩，探究桩径的改变对深基坑稳定性的影响。

1.工程背景

1.1工程概况

本站站台中心里程为YK73+987.291。车站为地下三层侧式车站，车站全长265.6 m，最宽处57.6 m，基坑开挖深度25.6 m，地下二层局部开挖深度约18.0 m，车站规划埋深26.5 m。车站范围内轨面及底板均为平坡，轨面绝对标高-15.454 m，地下三层处基坑底板标高-16.002 m。本基坑开挖深度25.6m，上口长363.8 m，宽150.7 m，下口长268.6 m，宽58.2 m。

1.2围护结构概况

车站基坑放坡开挖采用四级放坡开挖的形式，第一、二、三、四级坡比分别为1：1.4、1：1.1、1：1.13和1：1.13，各级坡高5～7 m，一、二级边坡设3.5 m平台，三级边坡坡脚设置8.5 m平台。各级坡面均设置构造土钉，并挂网喷射护坡混凝土，止水帷幕采用φ850@600三轴搅拌桩，长度22.94 m～28.04 m，位于坡面二级平台处，深入下层粉质黏土层不小于1.5 m。双排桩支护采用钻孔灌注桩，桩长18.56 m～22.56 m。基坑安全等级为2级，变形控制等级为2级：地面最大沉降量≤0.3%H；支护结构最大水平位移≤0.4%H，且≤50mm。

2. 三维数值模型的建立

2.1 软件的选取

本研究选取Midas GTS/NX有限元分析软件进行模拟。Midas GTS/NX是一款广泛应用于有限元模拟的专业地下工程分析软件[2]，提供了强大的可视化功能，可以直观地展示分析结果，包括应力分布、变形情况、地下水流动态等[3]。

2.2模型尺寸及网格的划分

基坑工程的影响分区主要分为[3]主要影响区、次要影响区和可能影响区。本研究选取车站深基坑工程主体结构标准段，采用有限元分析软件MIDAS/GTS NX建立了基坑三维数值模型，选取的地铁标准段长约110 m，放坡开挖阶段的宽度约为115 m，标准段宽度约为25 m，基坑开挖深度约25.26 m。模型区域影响范围为模型侧边距基坑边的距离为三倍的开挖深度，本有限元三维模型的尺寸选取为长266 m×宽110 m×高44.6 m。模型网格划分为73329个单元，117040个节点。

3.  数值模拟结果分析

3.1不同桩径对SMW工法桩变形影响分析

通过Maidas GTS中的数据提取功能得到不同双排桩桩径条件下的南北两侧SMW工法桩位移变化规律曲线，如图1（a&b）所示：

由SMW工法桩位移应力对比曲线图1可知，当双排桩桩径由400 mm变化为1200 mm时，北侧SMW工法桩的最大水平位移分别为37.74 mm、35.33 mm、33.53 mm、33.19 mm、32.87 mm，南侧SMW工法桩的最大水平位移分别为22.43 mm、21.82 mm、21.60 mm、21.49 mm、21.43 mm，随着双排桩桩径的不断增大，SMW工法桩的最大水平位移值在不断减小，其原因为随着双排桩桩径的增大，双排桩桩体的刚度增强，双排桩刚度的增强对土体的压缩变形产生了抑制作用[3]，进一步减小了因土体变形作用在SMW工法桩上的压力，造成SMW工法桩的位移减少。其最大水平位移值都发生在SMW工法桩的桩顶位置，双排桩桩径的改变，并未改变SMW工法桩的水平位移规律。双排桩桩径的改变对SMW工法桩的桩底没有影响，对北侧SMW工法桩的主要影响范围为从桩顶位置到桩深15.42 m的位置，对南侧SMW工法桩的主要影响范围为从桩顶位置到桩深8.90m的位置。当桩径由400 mm变为600 mm时，北侧SMW工法桩的最大水平位移减少了2.40 mm，南侧SMW工法桩的最大水平位移减少了0.64 mm。当桩径由1000 mm变为1200 mm时，北侧SMW工法桩的最大水平位移减少了0.31 mm，南侧SMW工法桩的最大水平位移减少了0.05 mm。随着双排桩桩径的不断增大，SMW工法桩的最大水平位的减小在逐渐变缓。双排桩桩径的改变对北侧SMW工法桩的影响要远大于对南侧SMW工法桩的影响。因此，在实际工程中可以适当减小南侧双排桩的桩径。

3.2不同桩径对双排桩变形影响分析

通过Maidas GTS中的数据提取功能得到不同双排桩桩径条件下的南北两侧双排桩位移变化规律曲线如图2所示：

由图2双排桩位移对比曲线图可知，当双排桩桩径由400 mm增加至1200 mm时，北侧前排桩的最大水平位移分别为34.03 mm、29.76 mm、26.96 mm、24.75 mm、24.60 mm，南侧前排桩的最大水平位移分别为17.52 mm、15.75 mm、14.40 mm、13.20 mm，北侧后排桩的最大水平位移分别为33.31 mm、29.54 mm、26.98 mm、26.44 mm、26.03 mm，南侧后排桩的最大水平位移分别为16.14 mm、14.55 mm、13.53 mm、12.95 mm、12.66 mm，随着双排桩桩径的不断增大，双排桩的最大水平位移值在不断的减小，这是因为随着桩径的增大，双排桩的横截面积增加，增大了抵抗侧向土压力的能力，从而减小了双排桩的水平位移。随着桩径的不断增大双排桩最大水平位移的位置在不断的向桩顶移动，尤其对北侧的后排桩的影响最为明显。当双排桩桩径达到1000 mm时，其最大位移值发生在桩顶，这是因为随着桩径的不断增大，桩顶的联系梁及冠梁对其约束作用越来越小，导致了最大水平位置的上移[5]。当桩径由400 mm增加至1200 mm时，北侧前排桩减少了27.27%，北侧后排桩减少了21.85%，南侧前排桩减少了24.67%，南侧后排桩减少了21.55%。说明桩径的改变对双排桩的最大水平位移影响很大，且对前排桩的影响要略大于对后排桩的影响。当桩径由400 mm增加至600 mm时，北侧前排桩减少了4.27 mm，北侧后排桩减少了3.97 mm，南侧前排桩减少了1.77 mm，南侧后排桩减少了1.58 mm。当桩径由1000 mm增加至1200 mm时，北侧前排桩减少了0.05 mm，北侧后排桩减少了0.41 mm，南侧前排桩减少了0.39 mm，南侧后排桩减少了0.30 mm，随着桩径的增大双排桩最大水平位移的减小在变缓，桩径从在实际工程中对桩径的设计要考虑连系梁的影响，对其进行合理的设计避免不必要的浪费。

4结论：

随着双排桩桩径的不断增大，SMW工法桩的最大水平位移值在不断减小，最大水平位移值都发生在SMW工法桩的桩顶位置。双排桩桩径的改变，并未改变SMW工法桩的水平位移规律，对SMW工法桩的桩底位移没有影响。随着双排桩桩径的不断增大，SMW工法桩的最大水平位的变化在逐渐变缓，对北侧SMW工法桩的影响要远大于对南侧SMW工法桩的影响；桩径的改变对双排桩的最大水平位移影响很大，且对前排桩的影响要略大于对后排桩的影响。随着双排桩桩径的不断增大，双排桩的最大水平位移值在不断的减小，随着桩径的不断增大双排桩最大水平位移的位置在不断的向桩顶移动，尤其对北侧的后排桩的影响最为明显，当双排桩桩径达到1000 mm时，其最大位移值发生在桩顶，随着桩径的增大双排桩最大水平位移的变化在逐渐变缓。

参考文献

[1] 赵鹏飞， 王泽希， 方成全， 等. 双排桩支护下软土深基坑开挖的变形分析与控制[J].现代隧道技术， 2022， 59（S1）： 1087-94.

[2] 严长江. 某高速铁路车站黄土深基坑开挖受力变形规律研究[D]. 兰州： 兰州交通大学， 2023.

[3] 汤胜博. 深圳某隧道围岩稳定性分析与评价 [D]. 绵阳： 西南科技大学， 2023.

[4] 蔡俊坚. 相邻多基坑开挖对周边沉降的叠加影响及时空规律性研究[D]. 广州： 广州大学， 2023.

[5] 宫凤梧， 刘晨， 郭文娟，等. 双排桩双梁组合支护刚度计算的改进与位移分析[J] 水文地质工程地质， 2022， 49（01）： 109-16.