雙排樁結(jié)合CSM支護(hù)在圓礫-卵石地區(qū)的應(yīng)用研究

季家俊

上?？辈煸O(shè)計(jì)研究院有限（集團(tuán)）公司 上海 200093

雙排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)由前排樁、后排樁、連梁與圈梁組成，具有剛度大、側(cè)向變形小、施工速度快、挖土便利等優(yōu)點(diǎn)，在全國(guó)大范圍內(nèi)得到了廣泛應(yīng)用。受制于理論研究與計(jì)算軟件，雙排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)在工程設(shè)計(jì)中多按前后排樁同樁型、等間距、等長(zhǎng)度的基本構(gòu)型用理正軟件計(jì)算。但雙排樁體系中前排樁對(duì)控制支護(hù)結(jié)構(gòu)變形、保持基坑穩(wěn)定性的作用遠(yuǎn)大于后排樁，基本構(gòu)型易造成資源浪費(fèi)，存在優(yōu)化空間。

湖北荊州地區(qū)比鄰荊江，除淺部土層為黏土層外，下部土層均為深厚圓礫-卵石層。圓礫-卵石層透水性極強(qiáng)，且賦存承壓水、水位高，深基坑開挖時(shí)地下水控制難度高。CSM，即雙輪銑深層攪拌水泥土地下連續(xù)墻，是通過對(duì)原地層進(jìn)行銑、削，并摻入水泥漿固化液充分?jǐn)嚢瓒纬傻闹顾Y(jié)構(gòu)，具有切削性能高、止水效果好、施工速度快、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)[1-2]，目前已得到廣泛應(yīng)用。

本文以湖北荊州某大型商業(yè)綜合體為例，分析改進(jìn)型雙排樁結(jié)合CSM止水支護(hù)結(jié)構(gòu)在基坑工程中的應(yīng)用。

1 工程實(shí)例

1.1 工程概況

背景工程位于湖北省荊州市，項(xiàng)目分為南、北2個(gè)地塊，地庫(kù)地下1～2層，基坑面積總計(jì)107 000 m2，基坑挖深5.0～10.3 m?；臃謪^(qū)及周邊環(huán)境如圖1所示。依據(jù)湖北省基坑設(shè)計(jì)規(guī)范，地下2層從嚴(yán)按一級(jí)基坑、地下1層按二級(jí)基坑進(jìn)行設(shè)計(jì)。

1.2 工程地質(zhì)條件

基坑開挖范圍內(nèi)主要土層依次為：①層填土、②層粉質(zhì)黏土、③層粉砂夾粉土、④層細(xì)砂（局部分布）、⑤1層卵礫石、⑤2層圓礫、⑤3層卵石。其中⑤1層與⑤2層礫石粒徑大部分為2～10 mm，充填物主要為粉土及粉砂，級(jí)配較差；⑤3層卵石粒徑一般為2～5 cm，個(gè)別可達(dá)10 cm以上，顆粒較大。

擬建場(chǎng)地地下水由上層滯水、孔隙承壓水組成，承壓水水位埋深2.0 m。

圖1 基坑分區(qū)及周邊環(huán)境示意

1.3 基坑支護(hù)設(shè)計(jì)

本工程為大型深基坑工程，存在形狀不規(guī)則、挖深關(guān)系復(fù)雜、分期先后施工等問題。本文著重介紹地下2層一般區(qū)域支護(hù)設(shè)計(jì)，基坑挖深10.3 m。

1.3.1 基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

擬建場(chǎng)地分布有深厚圓礫-卵石層，承壓水水位高，常規(guī)“單排樁＋多道錨桿支護(hù)”存在錨桿施工前側(cè)壁承壓水突涌的問題，故支護(hù)結(jié)構(gòu)采取了可靠性高、安全性好的雙排樁支護(hù)。

雙排樁的前排樁采用φ900 mm@1 200 mm灌注樁，樁長(zhǎng)19.2 m，插入比1∶1.1。后排樁采用φ900 mm@ 3 600 mm灌注樁，樁長(zhǎng)15.7 m，插入比1∶0.7。前后排樁間距4.5 m。

前后排冠梁尺寸為1 200 mm×800 mm，連梁尺寸為900 mm×800 mm，間距3.6 m，混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C30。

1.3.2 基坑止水設(shè)計(jì)

擬建場(chǎng)地底部為深厚圓礫-卵石層，土層粒徑隨深度增加而不斷加大，由礫石到圓礫再到卵石，基坑止水樁深部施工難度大，且無法隔斷承壓含水層。

擬建場(chǎng)地鄰近荊江，地下水與荊江有密切的水力聯(lián)系，地下水量豐富；深厚圓礫-卵石層滲透系數(shù)大，水力補(bǔ)給作用顯著，且承壓含水層穩(wěn)定水位較高，基坑降水量大、難度高。有鑒于此，為可靠有效地止、降水，本工程采用厚700 mm的CSM止水，成槽深度27.2 m，深入坑底以下19 m，通過繞流作用隔水?；咏邓捎脴蚴戒摴芫?1 m，并配以大功率水泵，疏干水位至坑底下1.0 m，以滿足施工要求。

基坑支護(hù)剖面圖2所示。

2 雙排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)分析

圖2 基坑剖面示意

本工程基坑設(shè)計(jì)計(jì)算采用啟明星軟件，該軟件能考慮雙排樁前后排不同樁長(zhǎng)、樁間距的情形。相應(yīng)計(jì)算結(jié)果如圖3所示。啟明星軟件計(jì)算結(jié)果與湖北省天漢軟件計(jì)算結(jié)果相近，并與基坑監(jiān)測(cè)相符（支護(hù)結(jié)構(gòu)最大測(cè)斜位移3.5 cm）。

圖3 基坑剖面計(jì)算結(jié)果

由圖3可見，雙排樁受力變形具有如下特點(diǎn)：

1）雙排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)作為懸臂支護(hù)體系，且由于基坑底部圓礫-卵石層土質(zhì)較好，故基坑變形表現(xiàn)出典型的上大下小特征，最大變形點(diǎn)位于基坑開挖深度的一半附近。

2）前后排樁變形與受力特征基本一致，前排樁受力大于后排樁。

以本工程為例，分別保持其他設(shè)計(jì)參數(shù)不變，分析雙排樁排距、前排樁樁長(zhǎng)、后排樁樁長(zhǎng)、前后排樁樁間距變化對(duì)雙排樁變形與穩(wěn)定性的影響。

2.1 雙排樁排距

依據(jù)湖北省基坑設(shè)計(jì)規(guī)范，雙排樁排距宜為2.5d～5.0d（d為樁徑）；依據(jù)國(guó)標(biāo)，雙排樁排距宜為2.0d～5.0d。在基坑設(shè)計(jì)中，支護(hù)樁采用灌注樁時(shí)，樁徑通常為1/12h～1/10h（h為基坑挖深）。因此，雙排樁排距依據(jù)基坑挖深確定更能反映實(shí)質(zhì)影響，即為0.3h～0.5h。

排距對(duì)基坑變形與穩(wěn)定性的影響如圖4所示。

由圖4可見，雙排樁排距對(duì)基坑穩(wěn)定性影響較小，對(duì)基坑變形影響較大。

2.2 前排樁樁長(zhǎng)

本工程深部土層為圓礫-卵石層，土質(zhì)較好，基坑穩(wěn)定性主要由抗傾覆穩(wěn)定性決定。不同前排樁樁長(zhǎng)對(duì)基坑變形與穩(wěn)定性的影響如圖5所示。

圖4 排距對(duì)雙排樁的影響

圖5 前排樁樁長(zhǎng)對(duì)雙排樁的影響

由圖5可見，當(dāng)基坑深部為硬土、底部無顯著硬土層時(shí)，前排樁樁長(zhǎng)對(duì)基坑變形影響較小，對(duì)基坑穩(wěn)定性影響較大。通過增加前排樁插入比，可提高基坑穩(wěn)定性系數(shù)。

2.3 后排樁樁長(zhǎng)

依據(jù)湖北省基坑設(shè)計(jì)規(guī)范，懸臂雙排樁的嵌固深度對(duì)于一般黏性土與砂性土，不宜小于0.5h（h為基坑挖深）；依據(jù)國(guó)標(biāo)，相應(yīng)嵌固深度不宜小于0.6h。不同后排樁樁長(zhǎng)對(duì)基坑變形與穩(wěn)定性的影響如圖6所示。

圖6 后排樁樁長(zhǎng)對(duì)雙排樁的影響

由圖6可見，當(dāng)基坑深部為硬土、底部無顯著硬土層時(shí)，后排樁樁長(zhǎng)對(duì)基坑變形與穩(wěn)定性影響較小。因此，可通過前后排長(zhǎng)短樁的組合方式來優(yōu)化雙排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)。

2.4 前后排樁樁間距

分別按以下3種前后排樁樁間距進(jìn)行分析：

1）模式1：前排φ900 mm@1 800 mm，后排φ900 mm@1 800 mm。

2）模式2：前排φ900 mm@1 200 mm，后排φ900 mm@3 600 mm。

3）模式3：前排φ900 mm@1 200 mm，后排φ900 mm@2 400 mm。

不同模式下支護(hù)結(jié)構(gòu)受力與變形計(jì)算結(jié)果如表1所示。

表1 不同樁間距條件下基坑內(nèi)力變形計(jì)算結(jié)果

對(duì)比模式1與模式2，二者支護(hù)樁樁數(shù)相同，但由計(jì)算結(jié)果可見，采用雙排樁前排密樁、后排疏樁分布形式的基坑變形相對(duì)更小，雙排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)中前排樁對(duì)支護(hù)體系的貢獻(xiàn)更大。

對(duì)比模式2與模式3，在前排樁間距不變的前提下，后排樁間距對(duì)基坑變形基本無影響，主要影響的是后排樁的彎矩。

3 CSM的施工控制

本工程地下2層一般區(qū)域CSM成槽深度約27 m，施工需穿越圓礫、卵石層厚約15 m，確保CSM的成墻質(zhì)量與垂直度控制是難點(diǎn)。設(shè)計(jì)與施工中主要采取如下措施：

1）采用往復(fù)式雙孔全套打復(fù)攪式成槽，施工過程中應(yīng)保證施工機(jī)械的平整度和機(jī)架的垂直度，墻體的垂直度偏差不得超過0.5%。

2）水泥摻量20%，水灰比1.0～1.2，并摻入5%膨潤(rùn)土以保持槽孔壁的穩(wěn)定，防止坍孔。

3）雙輪銑下沉速度50～80 cm/min，提升速度80～ 100 cm/min，嚴(yán)格控制施工速度。

4 結(jié)語

以某大型基坑支護(hù)設(shè)計(jì)項(xiàng)目為例，介紹了圓礫-卵石地區(qū)改進(jìn)型雙排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)的應(yīng)用，得到以下結(jié)論和經(jīng)驗(yàn)：

1）雙排樁排距宜取0.3h～0.5h（h為基坑挖深），排距主要影響基坑變形，對(duì)穩(wěn)定性影響較小。

2）雙排樁宜采取前排密樁、長(zhǎng)樁，后排短樁、疏樁的改進(jìn)形式，前排樁對(duì)支護(hù)體系的貢獻(xiàn)更大；宜通過前排樁插入比控制基坑穩(wěn)定性，通過前排樁樁間距來控制基坑變形。

3）CSM切削性能高、止水效果好，適用于地下水位高、地下水量豐富、水力補(bǔ)給作用顯著的圓礫-卵石地區(qū)的深基坑工程。