雙排樁在水閘深基坑工程中的應(yīng)用

黃 顯

（廣州市水務(wù)規(guī)劃勘測設(shè)計(jì)研究院，廣東 廣州 510640）

雙排樁在水閘深基坑工程中的應(yīng)用

黃 顯

（廣州市水務(wù)規(guī)劃勘測設(shè)計(jì)研究院，廣東 廣州 510640）

簡述雙排樁計(jì)算模型，通過珠江三角洲軟土地區(qū)某水閘深基坑中雙排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)的應(yīng)用，介紹其設(shè)計(jì)要點(diǎn)。應(yīng)用實(shí)踐證明：雙排樁在深基坑工程中具有剛度大、位移小、工期短、施工方便的特點(diǎn)，具有很好的推廣價(jià)值。

雙排樁；深基坑；水閘；應(yīng)用

在基坑工程中，懸臂式灌注樁是一種應(yīng)用廣泛的支護(hù)型式，但對于深度較大的基坑，其樁頂水平位移常常較大，以致于其應(yīng)用常受到限制。如采用支撐或錨拉支護(hù)方法雖然可以減小樁頂?shù)乃轿灰疲诠て?、造價(jià)及施工技術(shù)或場地條件限制等方面也存在一些不利因素。雙排樁門架式支護(hù)結(jié)構(gòu)（簡稱雙排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)）是由前后兩排灌注樁、冠梁以及前后排樁樁頂之間的連梁形成的空間結(jié)構(gòu)，由于其具有較大的側(cè)向剛度，并能明顯減小基坑的側(cè)向變形[1]，因此在一些對支護(hù)結(jié)構(gòu)水平位移要求嚴(yán)格的深基坑工程中，這種支護(hù)形式得到廣泛應(yīng)用。

1 雙排樁計(jì)算模型

國內(nèi)外許多學(xué)者對于雙排樁的理論研究，提出過一些不同的計(jì)算模型，一般有兩種思路：一種是將這種空間結(jié)構(gòu)簡化為平面模型來計(jì)算，如劉釗[2]、何頤華[3]等人的計(jì)算模型，差別主要在于土壓力或土彈簧的作用范圍以及約束類型。另一種就是考慮空間效應(yīng)的有限元方法。如蔡袁強(qiáng)等人[4]的研究，其采用有限元法，對軟土地基深基坑中雙排樁式圍護(hù)結(jié)構(gòu)的受力特性進(jìn)行了分析。

上述雙排樁理論研究促進(jìn)了對其作用機(jī)理的進(jìn)一步認(rèn)識與了解，另外一些科研和設(shè)計(jì)人員也通過一些試驗(yàn)和工程應(yīng)用獲得了寶貴的實(shí)踐數(shù)據(jù)來驗(yàn)證理論的有效性。這一新型支護(hù)結(jié)構(gòu)，還需要大量的試驗(yàn)和應(yīng)用來完善其理論。而工程設(shè)計(jì)人員，更多的應(yīng)該采用規(guī)范來指導(dǎo)設(shè)計(jì)。本文通過廣州市黃埔區(qū)某水閘深基坑中雙排樁結(jié)構(gòu)的工程實(shí)例，結(jié)合2012版建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程中雙排樁結(jié)構(gòu)規(guī)范設(shè)計(jì)方法，來闡述這種新型支護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和應(yīng)用。

相比99版規(guī)范，新規(guī)范中增加了雙排樁這一新型支護(hù)結(jié)構(gòu)，新規(guī)范中采用簡化的平面剛架結(jié)構(gòu)模型（見圖1）[5]。

圖1 雙排樁計(jì)算模型

該模型中，作用在結(jié)構(gòu)兩側(cè)的荷載和單排樁相同，前、后排樁的樁間土體對樁側(cè)的壓力可按下式計(jì)算：

2 工程實(shí)例

2.1 工程概況

廣州市黃埔區(qū)某水閘工程基坑支護(hù)順延河道堤岸線，基坑深度為5.8～12 m左右，其中南岸閘室段基坑沿岸線長約25.2 m，基坑深度7.0～9.6 m，其中約10 m長范圍深度約9.6 m?；油鈧?cè)主要為廠房，基坑邊線距離需保護(hù)的建筑物邊線的距離較近。根據(jù)基坑重要性，本次基坑安全等級按二級考慮。

2.2 場地地質(zhì)條件

本工程地處珠江三角洲軟土地區(qū)，主要為第四紀(jì)沉積物，土層多淤泥、淤泥質(zhì)土及淤泥質(zhì)粉砂，具有含水量高、抗剪強(qiáng)度低、壓縮性高、承載力低等特性。另外，工程位于感潮河段，地下水豐富，水位變動頻繁，給基坑工程設(shè)計(jì)帶來了不小的考驗(yàn)。本次設(shè)計(jì)應(yīng)充分重視軟土特性以及地下水的影響。

根據(jù)附近鉆孔資料，各巖土層的層厚及物理力學(xué)指標(biāo)計(jì)算參數(shù)見表1。

表1 各土層物理力學(xué)指標(biāo)及計(jì)算參數(shù)

2.3 支護(hù)型式比選

通過技術(shù)上、經(jīng)濟(jì)上以及對工期的影響等方面對常用的幾種基坑支護(hù)方案進(jìn)行分析比較：

（1）采用傳統(tǒng)的懸臂灌注樁支護(hù)結(jié)構(gòu)，支護(hù)樁直徑采用1 200 mm，經(jīng)簡單計(jì)算，7.0 m深度的基坑樁頂位移為70.31 mm，而9.6 m深度的基坑樁頂位移達(dá)到119.61 mm，明顯不合理；

（2）采用樁錨支護(hù)形式，樁錨結(jié)構(gòu)雖然能很好的控制樁頂變形，但本工程需在枯水期完成水下工程，工期緊張，由于錨索施工復(fù)雜，基坑開挖工序較多，對工期控制不利，故本次不予考慮；

（3）采用雙排灌注樁支護(hù)結(jié)構(gòu)，雙排樁具有很大的側(cè)向剛度，可以明顯減小基坑的側(cè)向變形，而且不影響工期，所以合理可行。

根據(jù)工程實(shí)際情況，經(jīng)過方案比較，擬采用懸臂灌注樁和雙排混凝土灌注樁相結(jié)合的方案，基坑較淺位置采用單排的懸臂灌注樁結(jié)構(gòu)，較深部位采用雙排灌注樁結(jié)構(gòu)。

2.4 雙排樁支護(hù)設(shè)計(jì)

支護(hù)樁樁徑1 200 mm，前排樁間距1 400 mm，前后排樁排距3.5 m，前后排矩形排列布置，前后排樁冠梁采用1 400 mm×1 000 mm，連梁采用800 mm×1 000 mm?；又ёo(hù)平面見圖2。

圖2 基坑支護(hù)平面及剖面布置圖

2.4.1 嵌固穩(wěn)定性計(jì)算

根據(jù)上述典型剖面，本文采用圖解法進(jìn)行嵌固穩(wěn)定性的簡要計(jì)算。

由于有施工車輛過往，超載取為25 kPa，另外，將樁頂以上0.5 m厚的土層簡化為附加荷載，其粘聚力作用也不考慮。由于閘室底板采用水泥攪拌土格柵結(jié)構(gòu)作為基礎(chǔ)和防滲措施，對被動土壓力區(qū)的土體產(chǎn)生了一定的加固效應(yīng)，所以基坑內(nèi)側(cè)被動土壓力區(qū)的土體參數(shù)取為γ=19 kN/m2，c=25 kPa，φ=20°。

根據(jù)規(guī)范3.4節(jié)[5]分別計(jì)算外側(cè)各層土體的主動土壓力標(biāo)準(zhǔn)值，以及基坑內(nèi)側(cè)各層土體的被動土壓力標(biāo)準(zhǔn)值。經(jīng)計(jì)算后，將對應(yīng)的土壓力標(biāo)準(zhǔn)值分別畫在后排樁后和前排樁前，通過軟件自動計(jì)算出土壓力多邊形的面積和形心，即可得到基坑內(nèi)外側(cè)的土壓力合力和力臂（見圖3）。

圖3 雙排樁計(jì)算土壓力圖解法

由規(guī)范公式4.12.5，可得到嵌固穩(wěn)定安全系數(shù)：

由于雙排樁橫向尺寸較大，所以雙排樁的嵌固穩(wěn)定性驗(yàn)算考慮了土體與雙排樁結(jié)構(gòu)的自重作用，這是雙排樁與單排樁嵌固穩(wěn)定性驗(yàn)算的區(qū)別。

2.4.2 整體穩(wěn)定性驗(yàn)算

采用經(jīng)典的圓弧滑動條分法來驗(yàn)算雙排樁的整體穩(wěn)定性，采用理正深基坑軟件進(jìn)行輔助計(jì)算。經(jīng)過計(jì)算，Ks=3.240＞1.3，滿足規(guī)范要求。

2.4.3 樁身內(nèi)力及位移驗(yàn)算

通過輔助計(jì)算軟件同時(shí)可以得到樁身的內(nèi)力及位移包絡(luò)圖（見圖4）。由于雙排樁具有較大的側(cè)向剛度，樁頂位移得到了很好的控制，從圖中可以看出，最大位移為35.21 mm。

圖4 雙排樁位移與內(nèi)力包絡(luò)圖

2.4.4 配筋計(jì)算

根據(jù)上述內(nèi)力計(jì)算的結(jié)果進(jìn)行結(jié)構(gòu)配筋，為了施工方便，采用通長配筋。前排樁主筋采用30C22，后排樁主筋采用28C22，前后排樁箍筋均采用B12@150，連梁底筋和面筋均采用10C25，箍筋采用B12@150。

2.5 基坑變形監(jiān)測

基坑變形監(jiān)測是保證基坑安全必不可少的環(huán)節(jié)。隨時(shí)根據(jù)監(jiān)測結(jié)果優(yōu)化設(shè)計(jì)，采取措施，以保障施工安全，并有效地保護(hù)基坑周邊環(huán)境。同時(shí)，基坑監(jiān)測數(shù)據(jù)為科研和設(shè)計(jì)人員提供原始資料，有助于更加深入地認(rèn)識支護(hù)結(jié)構(gòu)的變形與受力特性，從而提高基坑工程的理論水平，改進(jìn)設(shè)計(jì)理論和規(guī)范，推動基坑工程施工技術(shù)的發(fā)展。

本次基坑監(jiān)測共布置3個(gè)變形觀測點(diǎn)、1個(gè)地下水位監(jiān)測孔和1個(gè)地表沉降監(jiān)測點(diǎn)，在基坑開挖期間1～2天測一次，水閘主體工程施工階段3～5天測一次。觀測結(jié)果顯示，樁頂最大位移為31 mm，地下水位穩(wěn)定，基坑外地表無明顯裂縫，表明支護(hù)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。

3 結(jié)語

本工程位于珠江三角洲軟土地區(qū)的河道，地下水豐富，水位變動頻繁，本次基坑支護(hù)采用雙排灌注樁和懸臂灌注樁相結(jié)合的支護(hù)形式，代替較常用的樁錨結(jié)構(gòu)，取得了很好的效果。

通過施工期基坑變形監(jiān)測結(jié)果可以看到，基坑是安全的，主體工程的施工安全得到了有力保障。另外，由于沒有錨索施工，樁施工完畢即可進(jìn)行基坑開挖，大大地縮短了工期，保障了工程在汛期前順利通水驗(yàn)收，由于工期的加快也間接地降低了工程造價(jià)。

通過本工程實(shí)踐證明，雙排樁結(jié)構(gòu)在深基坑工程中具有剛度大、位移小、工期短、施工方便的特點(diǎn)，具有很好的推廣價(jià)值。

[1] 龔曉南.深基坑工程設(shè)計(jì)施工手冊[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，1998.

[2] 劉 釗.雙排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)的分析及試驗(yàn)研究[J].巖土工程學(xué)報(bào)，1992，14（5）：76-80.

[3] 何頤華，楊 斌，金寶森.雙排護(hù)坡樁試驗(yàn)與計(jì)算的研究[J].建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報(bào)，1996，17（2）：58-66.

[4] 蔡袁強(qiáng)，趙永倩，吳世明，等.軟土地基深基坑中雙排樁式圍護(hù)結(jié)構(gòu)有限元分析[J].浙江大學(xué)學(xué)報(bào)（工學(xué)版），1997，31（4）：442-448.

[5]JGJ120-2012，建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程[S].

（責(zé)任編輯：周 群）

Application of double-row piles in deep sluice foundation pit engineering

HUANG Xian
（Guangzhou Water Planning&Design Institute，Guangzhou 510640，China）

Support structures with double-row piles had been adopted in a deep sluice foundation pit located in soft soil area of the pearl river delta.An introduction was made on the calculation model of double-row piles and the key points of design.This application proved that double-row piles is worthy of popularization for deep foundation pit engineering with its high stiffness，small displacement，short duration and the convenience in construction.

Double-row piles；deep foundation pit；sluice；application

TV223.22

B

1003-1510（2016）03-0042-04

2016-04-12

黃 顯（1986-），男，湖北秭歸人，廣州市水務(wù)規(guī)劃勘測設(shè)計(jì)研究院工程師，碩士，主要從事水利工程設(shè)計(jì)工作。