摘要：针对实际基坑工程的带撑双排桩支护结构，建立有限元分析模型，土体采用 D-P 弹塑性本构模型，通过数
值模拟研究这类基坑的变形和土压力分布规律，并与实测数据进行对比，最后分析后排桩长度、后排桩间距、前
后排桩的排距、联系梁刚度、支撑刚度等因素的影响。分析结果表明，带撑双排桩支护结构中后排桩位移明显小
1引言
悬臂式双排桩支护结构具有不需架设支撑、挖 土方便、施工速度快等优点，在基坑开挖深度不大 时比较适合采用。俞建霖等[1～3]采用平面有限元法 研究了悬臂式双排桩支护结构的工作机制和性状； 平 扬等[4]根据结构力学原理，考虑排桩、圈梁、联
系梁空间协同作用，提出了一种规则基坑悬臂双排 桩支护结构的计算方法；崔宏环等[5]则采用空间有 限元法研究了悬臂式支护结构的内力、变形以及与 土的相互作用机制。当基坑深度较大或地基条件较 差，采用悬臂式双排桩结构不能满足结构强度或变 形要求时，若有条件也可利用双排桩结构侧向刚度 大和抗弯能力好的特点，采用带撑小直径双排桩结 构，与常规单排大直径灌注桩结合内支撑的做法相
岩石力学与工程学报
2007 年
比，不仅经济性好，支护效果也更优。虽然带撑双 排桩支护技术在实际工程中已得到成功应用[6，7]， 但是对双排桩与内支撑系统协同工作机制方面的研 究，国外的研究甚少，国内则尚未见相关文献报道。 本文以实际工程作为背景，建立了平面应变有限元 分析模型，考虑支撑–围护桩–联系梁–土之间相 互作用，对带撑双排桩支护结构性状进行深入分析， 分析结果与实测数据的对比验证了分析模型的合理 性，讨论了后排桩长度、后排桩间距、前后排桩的 排距、被动区土体加固、联系梁刚度、支撑刚度等 因素对基坑性状的影响。
由图 2(f)可见，坑底隆起呈曲线分布，坑壁处 隆起量最小而基坑中心隆起量最大。
由图 2(g)，(h)可见，作用在前、后排桩桩背上 的土压力大小介于静止土压力和朗肯主动土压力之 间，在开挖面以上与静止土压力接近，而在开挖面 以下接近朗肯主动土压力；前、后排桩桩前土压力 大小则介于静止土压力和朗肯被动土压力之间，其 中前排桩桩前土压力在开挖面附近接近被动土压
(a) 对支护结构水平位移的影响
2007 年
图 3 计算值与实测值的对比 Fig.3 Comparison of calculated and measured data
从图 3 中可以看出，二者位移分布接近，但实 测结果较计算结果略小。主要原因可能是基坑中已 打设了数量众多的工程桩(钻孔灌注桩)，而计算中 未考虑其影响。
从图 4 中可以看出，2 个算例支护桩变形曲线 形状相似，增大后排桩长度使桩身水平位移、地表 沉降略有减小，说明增大后排桩长度对减小基坑土 体位移有一定作用。由于增大后排桩长度后支护结 构水平位移减小，土体远离极限状态，作用在后排 桩桩背的土压力略有增加。 5.2 算例 2(后排桩间距的影响)
图 2 有限元计算结果 Fig.2 Results of finite element simulation
由图 2(c)，(d)可见，离基坑距离越远，坑后土体 的水平位移越小，其沿深度的分布和支护结构侧向 位移曲线形状相似。
由图 2(e)可见，随着开挖的进行，坑后地表沉 降逐渐增大，地表沉降近似呈三角形分布，即坑壁 处沉降量最大，距离基坑愈远，沉降愈小，影响范 围则达到了 7H(H 为基坑开挖深度)。
2 工程实例
杭州广利大厦地下室基坑平面的形状大致呈 83 m×80 m 的矩形[7]。地下室 3 层，局部 2 层，开 挖深度为 11.65～12.15 m。开挖深度影响范围内的土 层物理力学指标及计算参数见表 1。基坑开挖时坑 内采用了深井降水，对土体有一定的加固效果，故 各层土的模量比常规取值略大。
10.3
面进行分析。 (2) 双排桩支护结构中前、后排桩、桩顶联系
梁按线弹性体考虑；土体采用 Drucker-Prager 弹塑 性本构模型，土体和支护结构单元采用四节点单元。
(3) 基坑开挖期间土体按不排水条件考虑，不 考虑渗流和固结的影响。
(4) 支护桩–土之间接触面假定为面–面接 触。
(5) 临时支撑和换撑工况下的地下室楼板以及 基础底板简化成水平弹簧单元。 3.2 计算工况
收稿日期：2006–07–31；修回日期：2006–11–15 作者简介：应宏伟(1971–)，男，博士，1993 年毕业于浙江大学工业与民用建筑专业，现任副教授，主要从事软土力学与地基处理、土工计算机分析 以及基坑工程方面的教学与研究工作。E-mail：ice898@
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YING Hongwei，CHU Zhenhuan
(Institute of Geotechnical Engineering，Zhejiang University，Hangzhou，Zhejiang 310027，China)
Abstract：Braced retaining structure with double-row piles is a new type of retaining structure. The application of this type of retaining structure to an actual case is introduced. The behaviors of the excavation，such as the distribution of the deformations of retaining structure and earth pressure against the structure，are analyzed by FEM. An elastoplastic constitutive model，Drucker-Prager model，is adopted to simulate the behaviors of the soil. The analytical and measured results are compared. The differences between the theoretical data and the measured data are also analyzed. Finally the effects of the length of back-row pile，back-row pile spacing，spacing between the two rows of piles，top beam stiffness，and the strut stiffness are analyzed. The study shows that the deformations of the back-row piles are less than those of the front-row obviously. It also shows that the influences of the spacing between the two rows of piles and the strut stiffness are more distinct than the other factors. Key words：pile foundations；braced retaining structure with double-row piles；finite element method(FEM)； deformation；earth pressure
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第 26 卷 增 2
应宏伟，等. 深基坑带撑双排桩支护结构有限元分析
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(a) 前排桩水平位移
(f) 坑底隆起分布
(b) 后排桩水平位移
(g) 前排桩土压力分布(工况 3)
(c) 坑后 5 m 处土体水平位移 (d) 坑后 10 m 处土体水平位移
(e) 坑外地表沉降量分布
(h) 后排桩土压力分布(工况 3)
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力，而后排桩桩前土压力沿整个深度接近于静止土 压力；同时还可发现在土层的交界处土压力均发生 突变。 4.2 与实测数据的比较
为确保施工的安全和开挖的顺利，在整个施工 过程中进行了全过程监测。围护体周边布置了测斜 孔以监测深层侧向位移。图 3 为 A-A 剖面开挖到坑 底标高时支护结构变形计算值和实测值[11]的对比。
于前排桩，且前后排桩的排距和支撑刚度对此类支护结构性状的影响比较显著。
关键词：桩基工程；带撑双排桩支护结构；有限元法；变形；土压力
中图分类号：TU 473
文献标识码：A
文章编号：1000–6915(2007)增 2–4325–07
FINITE ELEMENT ANALYSIS OF DEEP EXCAVATION WITH BRACED RETAINING STRUCTURE OF DOUBLE-ROW PILES
第 26 卷 增 2 2007 年 12 月
岩石力学与工程学报 Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering
Vol.26 Supp.2 Dec.，2007
深基坑带撑双排桩支护结构有限元分析
应宏伟，初振环
(浙江大学 岩土工程研究所，浙江 杭州 310027)
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基坑采用厚 0.8 m、深 20.3 m 的地下连续墙作 为基坑挡土结构兼防渗帷幕，竖向设置 2 层临时钢 筋混凝土内支撑，支撑中心距离桩顶深度分别为 0.35，5.40 m。其中 A-A 剖面在地下墙外侧 2.0 m 为 已施工的直径为 0.8 m、间距为 1.2 m、深度为 17 m 的密排钻孔灌注桩墙，通过顶部 0.2 m 厚的混凝土 梁板将地下墙与围护桩相连，形成带撑双排桩门架 式结构。
按照土方开挖和支撑逐层设置和逐层拆除的顺 序将整个基坑施工过程分为 5 个计算工况[9]。 3.3 计算模型的建立及网格划分