長短組合雙排樁基坑支護體系構(gòu)建與應(yīng)用

王 帥 于 洋 王緒勇 岳智強

1.青島地質(zhì)工程勘察院（青島地質(zhì)勘查開發(fā)局） 山東 青島 266000

2.青島地礦巖土工程有限公司 山東 青島 266000

在城市化進程中，在修建高層建筑、地鐵、隧道等工程時需要開挖深度較大的基坑。在這些工程中，基坑支護始終是一個關(guān)鍵的工序。長期以來，基坑支護技術(shù)在不斷地改進和完善，但仍然面臨很多挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)的基坑支護方法已經(jīng)難以滿足復(fù)雜工程的施工要求[1]。因此，新型的基坑支護技術(shù)不斷涌現(xiàn)。長短組合雙排樁基坑支護體系是一種新興的基坑支護技術(shù)，該體系遵循“支撐階段-封閉階段-拆除階段”的施工順序，將兩種長度不同的鋼筋混凝土雙排樁進行交錯排列，采用支撐和封閉系統(tǒng)，可有效地控制土體變形及結(jié)構(gòu)沉降。同時，該體系施工速度快、安全性高，可以大大提高施工效率。在履行其基本功能的同時，該體系還大大降低了施工成本，具有顯著的經(jīng)濟效益。本文將具體介紹長短組合雙排樁基坑支護體系的構(gòu)建與應(yīng)用，包括其原理、施工方法、監(jiān)測以及相關(guān)工程案例。該文旨在為讀者深入了解基坑支護技術(shù)提供參考，為工程實踐提供有益借鑒。

1 長短組合雙排樁基坑支護技術(shù)應(yīng)用案例

1.1 長短組合雙排樁基坑支護技術(shù)介紹

長短組合雙排樁基坑支護體系是一種常用于深基坑施工中的支護體系，該體系主要采用長樁與短樁雙排樁組合的方式，形成一個穩(wěn)定的樁墻支護系統(tǒng)，長樁和短樁可以根據(jù)不同的地質(zhì)條件和工程要求進行組合布置。具體來說，長短組合雙排樁基坑支護技術(shù)包括以下幾個步驟：第一、確定樁的位置和數(shù)量。在施工前，需要對基坑的地形、土層、水位等進行勘測和分析，確定樁的位置和數(shù)量。第二、鉆掘樁孔。鉆機依次在樁的位置上鉆掘長樁孔和短樁孔。第三、安裝樁筋。在樁孔內(nèi)安裝鋼筋，并將其固定在樁孔底部的鋼筋架上。第四、澆注混凝土。分別在長樁孔和短樁孔內(nèi)澆注混凝土，并按照要求進行振搗和養(yǎng)護。總的來說，長短組合雙排樁基坑支護技術(shù)具有施工簡便、支護效果好、抗震性能強等優(yōu)點，因此在建筑施工中得到了廣泛應(yīng)用。但是，該技術(shù)也需要考慮土壤條件、樁的材質(zhì)和數(shù)量等因素，以確?；又谓Y(jié)構(gòu)的穩(wěn)定和安全。

在現(xiàn)代城市建設(shè)中，建筑物的高度和規(guī)模不斷提高，為了滿足這些大型建筑的需要，建筑深基坑的施工需要越來越深。深基坑的施工需要采用高強度樁墻等穩(wěn)定的支護措施來保證施工安全和工程質(zhì)量。長短組合雙排樁基坑支護體系由于其支撐力強、施工效率高、適應(yīng)性強和經(jīng)濟性好等特點，成為了現(xiàn)代建筑深基坑支護施工中常用的一種重要技術(shù)?？傊L短組合雙排樁基坑支護體系是一種高效、經(jīng)濟、穩(wěn)定的基坑支護技術(shù)，其應(yīng)用廣泛，適用于各種不同的地質(zhì)條件和工程要求。

1.2 工程背景及要求

某工程需要建設(shè)一座地下停車場，基坑周長約620m，面積約20530m2，車庫地下三層,局部地下四層。工程±0.00的絕對標(biāo)高為54.30m，現(xiàn)自然地坪絕對標(biāo)高53.80m左右，車庫筏板頂標(biāo)高39.60m，主樓筏板頂標(biāo)高35.60m，筏板厚700mm，基坑開挖深度北區(qū)約為15.10m，南區(qū)為19.10m。由于場地較為狹窄，且周圍有較多已有建筑物，按照傳統(tǒng)的樁錨和鋼支撐方式較難實現(xiàn)。因此，需要采用更加適用的支護方式，以確保施工質(zhì)量與周圍環(huán)境的安全。

1.3 技術(shù)方案設(shè)計

經(jīng)過多次設(shè)計優(yōu)化，選擇了長短組合雙排樁基坑支護技術(shù)。具體方案包括以下幾個步驟：

1.3.1 長短組合雙排樁施工

長短組合雙排樁的應(yīng)用原理基于雙排樁的基礎(chǔ)上，通過在長樁和短樁之間設(shè)置連接件，將兩組樁連接在一起形成一個整體，以達到增強樁的整體剛度和抗拔能力的目的。通過長短組合的方式，能夠充分發(fā)揮兩種樁的優(yōu)點，提高整體支撐的穩(wěn)定性和承載能力，適用于較大深度和較大荷載的基坑支護。同時，連接件的設(shè)置也起到了減小樁周土體變形的作用，保證了基坑支護結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全性。

1.3.2 樁頂連梁施工

單獨施工頂梁，與樁頂連接固定。當(dāng)長短組合雙排樁施工完成后，需要進行樁頂連梁施工[2]。用鋼筋和混凝土澆筑樁頂連梁，連接所有的樁，使成為一個整體結(jié)構(gòu)，確保支撐性能。

1.4 長短組合雙排樁對比及優(yōu)化

1.4.1 不同構(gòu)型支護體系對比分析

通過對原始設(shè)計的審查，發(fā)現(xiàn)主要問題是支護樁嵌固埋深不足和樁身強度不足。如果是在傳統(tǒng)情況下，最好的解決方案是重建支撐樁。然而，基坑的開挖已經(jīng)很深了，而且原有Φ800mm間距1400mm的支撐樁，樁間間隙為600mm。因此，在樁間增加新樁的可能性幾乎為零，這給設(shè)計和施工帶來了困難。通過工程實例分析，確定在現(xiàn)有支護樁外側(cè)增設(shè)一排支護樁，形成雙排樁支護結(jié)構(gòu)。

首先，采用傳統(tǒng)的雙排樁體系，在滿足規(guī)范要求的條件下，通過實驗計算確定埋深至少應(yīng)為11.5m，即施工樁長不應(yīng)小于28.5m。嘗試增加一排與現(xiàn)有規(guī)格相同的Φ800mm長22m支撐樁，形成雙排樁支撐結(jié)構(gòu)。計算結(jié)果表明，整體穩(wěn)定性和抗傾覆穩(wěn)定性滿足要求，樁頂水平位移滿足要求。然而，埋置深度不夠，無法保證內(nèi)部土體穩(wěn)定。當(dāng)基坑深度接近19.1m時，并沒有貿(mào)然采用。

在此基礎(chǔ)上，建議增加一排長樁，形成長短組合雙排樁的結(jié)構(gòu)形式。為了確保安全，對新增樁在單獨作用下的工作條件進行了審查。試驗結(jié)果表明，埋深14.9m，可以滿足整體穩(wěn)定性和抗傾覆穩(wěn)定性的要求，但變形較大。這種情況下的試算是為了確保雙排樁不會發(fā)揮其最大作用，并在不失去控制的情況下保持外排樁的基本安全。

在設(shè)計過程中，對樁身上的應(yīng)力進行了分析，發(fā)現(xiàn)增加埋深對調(diào)整樁身應(yīng)力沒有顯著影響。通過計算分析，證實了雙排樁剛架結(jié)構(gòu)中的樁與單排樁在應(yīng)力特性上存在顯著差異：錨式單排樁僅在水平荷載作用下產(chǎn)生彎矩和剪力，而雙排樁剛架結(jié)構(gòu)在水平荷載作用下產(chǎn)生彎矩和剪力，剪力遠低于單排樁。

1.4.2 長短組合雙排樁定型及優(yōu)化

從前一部分的計算結(jié)果來看，由于雙排樁基的嵌固檢驗與單排懸臂樁基的嵌固檢驗是類似的，與單排樁相比，雙排樁的抗傾穩(wěn)定性計算中，考慮了土體及樁身重量的影響，提出了雙排樁的抗傾穩(wěn)定性計算公式。研究表明，利用長、短雙排雙排樁結(jié)構(gòu)，在雙排樁頂設(shè)置聯(lián)接梁，使內(nèi)、外雙排樁形成一個整體，實現(xiàn)對支護結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定與變形控制。

在優(yōu)化設(shè)計中，主要集中在樁體，特別是后排樁的加強上。總剪力矩和總剪力矩都很小，且集中在中部。由于上、下兩個部位的受力比較小，所以在樁體中采用了上、中、下三個部位不同配筋，上段(0.0 ～ -6.0m)和下段(-21.0 ～ -32.0m) 經(jīng)計算后，可將鋼筋減至一半。對已建的前排樁基，在通過附加錨索進行彎矩調(diào)節(jié)后，仍可保證原有鋼筋的受力，并設(shè)置混凝土腰梁，提高支撐結(jié)構(gòu)的整體變形協(xié)調(diào)能力。

最后的方案是：前排樁22.0m，樁徑0.8m，樁間距1.4m+后排樁32.0m，樁直徑0.8m，間距1.4m長短復(fù)合雙排樁支撐結(jié)構(gòu)。對改變的設(shè)計方案作了具體的論證。經(jīng)認真研究后，一致認為應(yīng)采取此項技術(shù)方法，并同時強化變形監(jiān)控和堅持信息化施工的前提下，予以推廣應(yīng)用。

2 長短組合雙排樁基坑支護技術(shù)施工監(jiān)測與控制

長短組合雙排樁基坑支護技術(shù)是一種在基坑周圍設(shè)置長度不同的樁，以形成雙排樁墻的支護技術(shù)。施工監(jiān)測與控制是確保該技術(shù)施工安全的重要手段，在此介紹其基本監(jiān)測參數(shù)、監(jiān)測儀器與設(shè)備以及監(jiān)測與控制方法[3]。

2.1 基本監(jiān)測參數(shù)

基坑變形監(jiān)測：基坑變形是一種基本的監(jiān)測參數(shù)。變形監(jiān)測旨在監(jiān)測基坑周圍地面、建筑物和樁體的變形情況，通過變形量的量化分析，評估基坑開挖對周圍結(jié)構(gòu)的影響。

基坑土壓力監(jiān)測：基坑土壓力監(jiān)測主要是針對樁周土壓力以及基坑外土壓力的監(jiān)測，各種土壓力的變化情況可以幫助工程師及時發(fā)現(xiàn)存在的問題。

樁身變形監(jiān)測：長短組合雙排樁在支護時會存在一定的受力情況，因此需要對樁身變形進行監(jiān)測，以確保樁的安全和可靠性。

2.2 監(jiān)測儀器與設(shè)備

變形監(jiān)測儀器：變形監(jiān)測儀器分為傳統(tǒng)儀器和電子儀器，傳統(tǒng)儀器包括水準(zhǔn)儀、經(jīng)緯儀等，電子儀器包括全站儀、激光測距儀、位移計等。

土壓力監(jiān)測儀器：土壓力監(jiān)測儀器主要包括土壓計、壓力傳感器等，用于監(jiān)測挖掘機的壓力、樁周土壓力、基坑外土壓力等信息。

樁身變形監(jiān)測儀器：樁身變形監(jiān)測儀器包括測斜儀、激光測量儀等。

2.3 監(jiān)測與控制方法

實時監(jiān)測：監(jiān)測數(shù)據(jù)可以通過網(wǎng)絡(luò)實時傳輸?shù)奖O(jiān)測中心，以便工程師及時發(fā)現(xiàn)問題并作出調(diào)整。

系統(tǒng)控制：根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)分析結(jié)果，工程師可以在一定程度上控制挖掘機的施工速度和幅度，減少基坑變形和土體位移。

緊急處置措施：當(dāng)發(fā)現(xiàn)基坑變形超出警戒線，需要立即采取緊急處置措施，以確保工人的人身安全和土體穩(wěn)定性。

2.4 實際施工與效果監(jiān)測

經(jīng)過數(shù)月的施工，最終在質(zhì)量驗收合格后整個建筑工程完工。在使用一段時間后，效果明顯：基坑內(nèi)土方穩(wěn)固，墻體平整，無任何傾斜、開裂和坍塌等現(xiàn)象；建筑結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，在負載條件下保持良好的整體性和穩(wěn)定性；停車場使用期間，經(jīng)過相應(yīng)的監(jiān)測，未出現(xiàn)任何危險情況，施工質(zhì)量得到充分的保證。

3 長短組合雙排樁基坑支護技術(shù)發(fā)展

3.1 優(yōu)勢分析

長短組合雙排樁基坑支護技術(shù)是一種先進的基坑支護技術(shù)，長短組合雙排樁基坑支護具有承載力高、穩(wěn)定性好、施工效率高、成本低廉等優(yōu)勢，適合用于需要較深基坑支護的場合。具有以下優(yōu)點：

應(yīng)力分布均勻：長短組合雙排樁的間隔互相交錯，使得整個基坑內(nèi)的應(yīng)力分布均勻，從而降低了單排樁的荷載集中率。

支護性能穩(wěn)定：長樁能夠確保整個樁身深入地下，增大支護距離；短樁能夠適應(yīng)土體的變形及地下水的滲流。這種長短組合相結(jié)合的設(shè)計，讓整個基坑支護性能更加穩(wěn)定可靠。

施工周期短：基坑支護施工周期短，不易受土層變化的影響，能夠滿足高強度迫切施工需求。

3.2 劣勢分析

然而，長短組合雙排樁基坑支護技術(shù)并不是完美的，它也存在以下缺點：

樁身縱向連接固定困難：長、短樁組合的支護方式，必須通過頂梁連接起來。連接方法決定其受力性能的優(yōu)劣，連接不到位，則可能影響整體支護效果。

施工中樁機能力要求高：長短組合雙排樁基坑支護技術(shù)需要經(jīng)過高效的施工方式，要求施工單位具備高品質(zhì)的施工水平、先進的挖掘機械和完善的的施工管理體系。

因此，在實際的基坑支護施工中，必須全面評估工程的實際需求、現(xiàn)場特點和技術(shù)水平，選擇最優(yōu)的基坑支護方案。

3.3 未來發(fā)展方向

長短組合雙排樁基坑支護技術(shù)是一種先進的地下工程支護技術(shù)，在未來的發(fā)展中，主要有以下方向。

提高支護效能：隨著科技的發(fā)展和人們的需求增長，長短組合雙排樁基坑支護技術(shù)需要提高其支護效能，包括提高樁的承載力和剛度等方面。

生態(tài)環(huán)保：環(huán)保已成為各行各業(yè)的重要發(fā)展方向，長短組合雙排樁基坑支護技術(shù)也不例外。在未來發(fā)展中，需要更加注重環(huán)保指標(biāo)，減少廢棄物的排放，提高工程建設(shè)的可持續(xù)性。

智能化：智能化技術(shù)是未來工程建設(shè)的趨勢，長短組合雙排樁基坑支護技術(shù)也需要借鑒這些技術(shù)。例如，通過傳感器實時監(jiān)控混凝土的強度和樁的變形情況等，可以優(yōu)化支護方案，提高施工效率和質(zhì)量。

風(fēng)險因素控制：在長短組合雙排樁基坑支護技術(shù)的未來發(fā)展中，風(fēng)險因素的控制是非常重要的。例如，在施工過程中，可能會遇到地下水、軟土、斷層等問題，需要通過適當(dāng)?shù)拇胧┛刂骑L(fēng)險，保證工程的穩(wěn)定性和安全性。

長短組合雙排樁基坑支護技術(shù)在未來的發(fā)展中，需要繼續(xù)注重提高技術(shù)水平、開發(fā)新的材料和技術(shù)、增強支護效能、促進智能化與環(huán)保等方面的綜合發(fā)展，以滿足不斷變化的市場需求和應(yīng)對未來面臨的挑戰(zhàn)。

4 結(jié)束語

綜上所述，長短組合雙排樁基坑支護體系的構(gòu)建和應(yīng)用，是在長期工程實踐中形成的經(jīng)驗總結(jié)和技術(shù)創(chuàng)新。該技術(shù)具有支撐能力強、施工難度小、工期短、適用范圍廣等優(yōu)點。在建筑、交通、水利等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，并在未來的發(fā)展中，在支護效能、環(huán)保、智能化以及風(fēng)險因素控制等方面面臨著更大的挑戰(zhàn)和需求。因此，繼續(xù)發(fā)揮該技術(shù)的優(yōu)勢和特點，注重技術(shù)創(chuàng)新和提高應(yīng)用水平，將有助于推動工程建設(shè)的發(fā)展和進步。