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深基坑双排桩支护结构性状的多维度解析与优化策略研究

一、引言

1.1研究背景与意义

随着城市化进程的加速，城市土地资源愈发紧张，促使建筑工程向地下空间拓展，深基坑工程在城市建设中的重要性日益凸显。在高层及超高层建筑、地铁、地下商场等项目中，深基坑作为基础工程的关键环节，其设计与施工的合理性和安全性直接关系到整个工程的成败。深基坑工程不仅要满足地下结构施工的空间需求，还要确保基坑周边环境的稳定，包括邻近建筑物、地下管线和道路等设施的安全。

在深基坑支护结构的众多形式中，双排桩支护结构以其独特的优势得到了广泛应用。双排桩支护结构由前后两排平行的钢筋混凝土桩和顶部的连梁组成，形成类似门形的空间围护结构。这种结构形式具有较大的侧向刚度，能够有效地抵抗基坑变形，减小位移，适用于对变形控制要求较高的工程。与其他支护结构相比，如单排桩支护结构，双排桩支护结构在控制基坑变形方面表现更为出色；与内支撑支护结构相比，双排桩支护结构无需设置内支撑，避免了内支撑对施工空间的限制，施工更加方便，可缩短施工工期。

然而，尽管双排桩支护结构在实际工程中应用广泛，但其工作性状受到多种因素的影响，如排距、连梁刚度、桩径、桩长、土体性质等，这些因素之间的相互作用关系较为复杂。目前，对于双排桩支护结构的设计和分析，虽然已经有了一些理论和方法，但仍存在一定的局限性，尚未形成统一、完善的设计计算理论。在实际工程中，由于对双排桩支护结构性状认识不足，导致设计不合理，进而引发工程事故的情况时有发生。例如，某些工程中出现双排桩支护结构变形过大，影响周边建筑物的正常使用；或者由于设计过于保守，造成工程成本增加。

因此，深入研究深基坑双排桩支护结构的性状具有重要的理论意义和工程应用价值。从理论意义上讲，通过对双排桩支护结构的受力机理、变形特性以及影响因素的研究，可以进一步完善深基坑支护结构的设计理论，为工程实践提供更坚实的理论基础。从工程应用价值来看，准确掌握双排桩支护结构的性状，能够指导工程设计人员更加合理地设计双排桩支护结构，优化结构参数，提高基坑工程的安全性和可靠性，同时降低工程成本，减少资源浪费。此外，研究成果还可以为类似工程的设计和施工提供参考和借鉴，推动深基坑工程技术的发展。

1.2国内外研究现状

双排桩支护结构作为一种有效的深基坑支护形式，在国内外得到了广泛的研究和应用。国外学者对双排桩支护结构的研究起步较早，在理论分析、数值模拟和试验研究等方面取得了一定的成果。日本学者针对早期排距较大连续梁会产生拉压与转角，不能再看作绝对的刚体的情况，把基坑地面以上的板桩和桩间砂作为弹性复合体，基底部分作为弹性水平地基弹簧模型，提出了双层板桩的理论解。大堀晃一对该方法做了改进，考虑了基底以上桩间砂的剪应力在地基中的传播及支护内侧板桩打入部分挤土作用，认为两者的合力为三角形分布，在地表最大，与墙体宽相等的深度处为零，对板桩的应力—应变进行了非线性处理。

国内对双排桩支护结构的研究也逐渐深入，许多学者从不同角度对其进行了研究。张弘、何颐华等考虑桩—土的相互作用，通过室内模型试验和工程实测，对双排桩的内力、变形和土压力分布特性进行了分析，并对采用双排支护桩的基坑周边的建筑物因降水引起的沉降做了系统的预测研究。蔡袁强采用接触面—土的非线性理论，运用有限元法对双排桩支护形式的内力和变形特性展开研究，还提出了简单的桩顶水平位移预测方法。陈东海、许春虎依托青岛某基坑开挖工程，采用ANSYS软件建立基坑双排桩支护结构的三维有限元分析模型，对其空间受力特性进行了分析，研究发现单、双排桩在总的抗弯刚度相同的情况下，双排桩桩顶水平位移不到单排桩的1／2。廖志坚、吕琦、吴越以某实际基坑工程为背景，采用离心模型试验对比研究了直线和拱形双排桩支护结构的受力变形特性，试验结果表明，两者在桩身弯矩规律、水平变形规律和桩后土体沉降规律上基本一致，但拱形双排桩支护结构更有利于基坑的变形控制，在基坑中心处双排桩的最大弯矩值和水平变形均大于拱脚处的双排桩。

尽管国内外学者对双排桩支护结构的研究取得了一定的成果，但仍存在一些不足之处。目前的研究大多基于特定的工程背景和条件，缺乏对不同地质条件、工程环境下双排桩支护结构性状的系统性研究。部分研究在考虑桩—土相互作用时，采用的模型和方法较为简化，不能准确反映桩—土之间复杂的力学行为。此外，对于双排桩支护结构的优化设计方法，尚未形成统一的标准和体系，在实际工程应用中，设计参数的选取仍主要依赖于工程经验。

针对现有研究的不足，本文将综合运用理论分析、数值模拟和现场监测等方法，深入研究深基坑双排桩支护结构的性状。具体研究方向包括：考虑不同地质条件和工程环境因素，建立更加完善的双排桩支护结构力学模型，分析其受力机理和变形特