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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基坑表面沉降及边坡变形的影响，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，地表沉降，边坡位移，桩径

引言：

双排桩支护对控制基坑侧移，节省地下空间等具有良好的效果，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]。本文依托某地铁车站深基坑工程，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地表沉降及边坡位移的影响。

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。双排桩支护采用前排桩φ800 mm@1200 mm，后排桩φ800 mm@2400 mm的钻孔灌注桩，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]，能够提供强大的可视化功能，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[4]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不同桩径对地表沉降影响分析

改变双排桩桩径的大小，得到不同桩径下地表沉降应力云图，通过Maidas GTS中的数据提取功能得到不同桩径下南北两侧地表沉降变化规律曲线，如图1所示：

由图1（a&b）不同条件下地表沉降对比曲线图可知，当双排桩桩径由400 mm增加至1200 mm时，北侧地表沉降的最大值分别为21.89 mm、20.33 mm、19.25 mm、18.95 mm、18.78 mm、南侧地表沉降的最大值分别为12.18 mm、11.82 mm、11.64 mm、11.56 mm、11.51 mm，最大沉降位置均发生在距基坑边3.78 m，随着双排桩桩径的增加地表沉降的最大值在不断的减小，这是由于桩径的增大提高了双排桩的刚度，双排桩刚度的提高对土体的固结沉降产生了更大的抑制作用，从而减少了地表最大沉降值[5]。当双排桩桩径由400 mm增加到1200 mm时，北侧地表最大沉降值减少了14.18%，南侧地表最大沉降值减少了5.40%，双排桩桩径的改变对地表沉降的影响较大，其中对北侧地表最大沉降的影响要大于对南侧的地表最大沉降的影响。随着双排桩桩径的不断增大，地表最大沉降的减小值在不断减小，这是由于土体的压缩性和变形特性存在一定的限制，双排桩刚度超过一定刚度后，土体本身的性质就会成为限制地表沉降的主要因素，说明最大地表最大沉降值与双排桩桩径为非线性关系，地表最大沉降值不会随着双排桩桩径的无限增大而无限减小。通过对南北两侧地表沉降的对比可知，可以适当的减小南侧双排桩的桩径，便于施工和节省材料。

3.2不同桩径对边坡位移影响分析

改变双排桩桩径的大小，得到不同桩径下边坡位移应力云图，通过Maidas GTS中的数据提取功能提取二级边坡在不同双排桩桩径下的南北两侧边坡位移变化规律曲线。如图2所示：

由图2（a&b）不同双排桩桩径条件下边坡位移对比曲线图可知，双排桩桩径的增大不会改变边坡水平位移的规律，随着双排桩桩径的不断增大，边坡水平位移在不断减小。当桩径由400 mm增加至1200 mm时，北侧边坡的最大水平位移值分别为37.56 mm、35.27 mm、33.48 mm、33.14 mm、32.82 mm，南侧边坡的最大水平位移值分别为22.40 mm、21.79 mm、21.58 mm、21.46 mm、21.40 mm。双排桩桩桩径大小的改变会对整个二级边坡产生影响。当桩径由400 mm增加至600 mm时，北侧边坡最大位移减少2.38 mm，当桩径由1000 mm增加至1200 mm时，北侧边坡最大位移只减少了0.31 mm。当桩径由400mm增加至600 mm时，南侧边坡最大位移减少0.63 mm，当桩径由1000 mm增加至1200 mm时，南侧边坡的最大位移仅减少了0.05 mm。随着双排桩桩径的不断增大，南北两侧边坡位移的减小在变缓。双排桩桩径的改变对北侧边坡的影响要远大于对南侧边坡的影响，这是因为南侧三级边坡底部的边坡平台宽度为26.70 m，而北侧三级边坡底部的边坡平台宽度仅为11.70 m，远小于南侧的边坡平台。 边坡底部平台越宽提供的支撑力越大，减缓了因双排桩桩径的改变而造成的土体变形，从而减小了对南侧边坡位移的影响。

结论：

双排桩桩径的改变对地表沉降的影响较大，其中对北侧地表最大沉降的影响要大于对南侧的地表最大沉降的影响，随着双排桩桩径的增加地表沉降的最大值在不断的减小，最大沉降位置均发生在距基坑边3.78 m。双排桩桩径的增大不会改变边坡水平位移的规律，随着双排桩桩径的不断增大，南北两侧边坡位移的减小在变缓，双排桩桩径的改变对北侧边坡的影响要远大于对南侧边坡的影响。

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.