雙排樁在軟土深基坑支護中的應用初探

張 強 梁鳳美

1 概述

雙排樁作為一種新型基坑支護手段，通過樁頂冠梁將雙排樁的前后排樁連接形成門式剛架抵抗側(cè)向土壓力。門式剛架為三次超靜定結(jié)構(gòu)，具有隨著支撐、荷載條件的變化自動調(diào)整結(jié)構(gòu)內(nèi)力分布的功能，因此使得雙排樁在解決邊坡支護問題中具有適應性強，安全度高，施工方便等多種優(yōu)點。與常用的懸臂樁和錨拉樁相比，雙排樁具有下列優(yōu)點:1)變形控制能力強:雙排樁具有較大的側(cè)向剛度，雙排樁的頂部為剛性節(jié)點，樁梁之間不能相互轉(zhuǎn)動，可以抵抗彎矩，可以有效限制支護結(jié)構(gòu)的側(cè)向變形，這是懸臂樁無法比擬的;2)不需要設置錨桿或者支撐，因此避免地下空間污染，也有利于基坑施工進度。在不能采用錨桿的工程場地和地質(zhì)條件下用雙排樁替代錨拉樁更顯示其獨特的優(yōu)越性;3)節(jié)約:有研究表明，在一定范圍內(nèi)用雙排樁替代懸臂式單樁，可降低30%以上材料;4)適應能力強:雙排樁可以隨下端支撐情況的變化自動調(diào)整其上下端的彎矩，同時可以自動調(diào)整結(jié)構(gòu)各部分內(nèi)力，以適應復雜多變的載荷位置。

2 工程概況

2.1 基坑概況

擬建工程±0.00為黃海高程4.000 m左右，底板板底標高-10.100 m，墊層厚度預計100 mm。場地根據(jù)勘察期間各鉆孔情況，預計整平標高在黃海高程4.000 m左右，因此基坑實際普遍開挖深度10 m。根據(jù)擬建工程總平面圖，以設計院提供的基坑開挖線為依據(jù)，則確定基坑坡頂線尺寸約為250 m×150 m，基坑總面積約31 000多平方米。

2.2 場地及環(huán)境概況

擬建場地環(huán)境及建筑情況如下:1)擬建區(qū)場地東側(cè)為城市干道，距離20 m;西側(cè)為城市干道，距離為 10 m;北側(cè)為觀山路，距離為5 m;南側(cè)比較空曠，但是有規(guī)劃道路以及規(guī)劃與地下商務街區(qū)連接。2)在觀山路和立德大道均有規(guī)劃軌道交通線路，其中1號線已經(jīng)開工，兩條道路交匯位置設有地鐵站點，擬采用地下連續(xù)墻明挖施工。場地有如下特點:1)總體場地條件稍好，無重要建(構(gòu))筑物需要保護，因此變形控制要求相對較低，設計應以強度控制為主，以節(jié)約造價;2)基坑周邊后期規(guī)劃地下工程較多，尤其是在地下軌道交通以及站點分布之間也有通道相連。

2.3 地質(zhì)情況

①表土:耕土為主，雜色，含少量植物根莖，結(jié)構(gòu)松散。場地普遍分布，厚度:0.3 m～4.3 m，平均1.16 m;②-1黏土:黃色～灰黃色，可塑狀態(tài)，顆粒稍粗，含少量灰色泥質(zhì)斑塊，切面有光澤，無搖振反應，韌性中等，干強度中等。場區(qū)普遍分布，厚度0.40 m～3.00 m，平均1.99 m;②-2粉質(zhì)黏土:黃色～灰黃色，可塑狀態(tài)，顆粒稍粗，含少量鐵錳質(zhì)成分和灰色條紋，切面有光澤，無搖振反應，韌性高，干強度高。場區(qū)普遍分布，厚度 0.90 m～3.20 m，平均1.99 m;③粉土夾粉質(zhì)黏土:灰黃色，濕～很濕，松散～稍密狀態(tài)，切面無光澤，搖振反應迅速，韌性較低，干強度較低。場區(qū)普遍分布，厚度0.90 m～5.90 m，平均 2.52 m;④-1粉質(zhì)黏土:灰色，流塑狀態(tài)，顆粒稍粗，局部夾薄層粉土粉砂，切面無光澤，搖振反應中等，韌性低，干強度低。場區(qū)普遍分布，厚度0.90 m～6.00 m，平均3.41 m;④-2粉土夾粉砂:灰色，很濕，中密狀態(tài)，含云母碎屑，顆粒稍粗。廠區(qū)普遍分布，厚度1.30 m～6.20 m，平均3.46 m;層底標高:-11.00 m～-9.14 m，平均-9.94 m;⑤-1粉質(zhì)黏土:綠灰～灰黃色，可硬塑狀態(tài)，顆粒較細，含少量鐵錳結(jié)核，切面有光澤，無搖振反應，韌性高，干強度高。場區(qū)普遍分布，厚度2.00 m～4.50 m，平均3.29 m。

3 雙排樁設計計算方法

由于規(guī)范缺乏明確規(guī)定，本次雙排樁按門式剛架進行設計計算，基本假定如下:1)前后排樁按照滑動面內(nèi)的土體分配主動、被動土壓力;計算得到前排樁土壓力分配系數(shù)0.57，后排樁土壓力分配系數(shù)0.43;2)壓頂梁與圍護樁為剛性節(jié)點;3)雙排圍護樁變形時，坑底以下1/5～1/3為嵌固段，從土質(zhì)情況分析，此時圍護樁進入⑤-1可塑硬塑粉質(zhì)黏土約1倍樁徑，該土層承載力很高，因此能滿足本假定。計算根據(jù)實際模型建立門式剛架，材料的抗拉剛度以及抗彎剛度根據(jù)實際計算。根據(jù)建立的計算模型(見圖1)，施加土壓力后進行計算。

4 雙排樁設計參數(shù)

根據(jù)上述設計思路，經(jīng)反復驗算，確定雙排樁設計參數(shù)如下:1)前后排樁直徑均為800 mm，前后排樁的排間距為2.4 m，樁間距2 m，梅花形錯列布置。與常規(guī)單排樁方案相比，總圍護樁數(shù)保持不變;在前后排樁之間布置直徑850 mm，間距1 200 mm三軸深層攪拌樁止水。圍護樁樁頂位于自然地坪以下5.6 m，樁長均為12 m，嵌固深度約為7 m。2)樁頂設置700 mm高壓頂梁，將前后排樁剛性連接為整體，其頂面標高位于自然地坪以下5 m。壓頂梁的配筋沿基坑邊坡方向為構(gòu)造配筋。3)考慮到雙排圍護樁在本地首次應用，因此為安全起見，配筋采用單樁通長均勻配置，不像錨拉支護在不同標高截斷。前排樁配筋為12根φ 25三級鋼筋;后排樁為14根φ 25三級鋼筋。4)邊坡上部5 m高邊坡采用1∶0.5放坡，設置土釘墻支護。對于局部位置由于分布河道，采用木樁加強護坡。典型邊坡支護剖面如圖2所示。

本基坑開挖歷時4個多月，監(jiān)測數(shù)據(jù)表明圍護結(jié)構(gòu)運行良好，無重大險情發(fā)生，北側(cè)邊坡最大位移僅為5 cm左右，經(jīng)受了本地漫長梅雨期的考驗。

5 結(jié)論與建議

1)雙排樁作為一種新型的基坑圍護結(jié)構(gòu)，在本地軟土深基坑中是可行的;2)雙排樁的實際位移量遠小于單排懸臂樁，但是大于錨拉和內(nèi)支撐支護形式的變形，對于擬建場地周圍變形控制要求不是非常嚴格的情況下是一個非?？尚械姆桨福绕涫菙M建場地已緊貼紅線或者受規(guī)劃制約無法錨拉;3)雙排樁的壓頂梁是確保前后排樁形成門式剛架的關鍵結(jié)構(gòu)，因此務必確保其不形成鉸接體系;4)雙排樁按照滑動土體體積分配土壓力的做法是可行的，但是受各種條件制約，本次基坑圍護中未對土壓力進行監(jiān)測，也未能對圍護樁的彎矩分布進行測試，需在后續(xù)工程中予以改進。

[1] 龔曉南.深基坑工程設計施工手冊[M].北京:中國建筑出版社，1998.

[2] 曹俊堅，平 揚，朱長歧，等.考慮圈梁空間作用的深基坑雙排樁支護計算方法研究[J].巖石力學與工程學報，1999，18(6):709-712.

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