雙排樁支護結(jié)構(gòu)在深基坑中的應(yīng)用

申小金

（山西省電力公司送變電工程公司，山西 太原 030006）

雙排樁支護結(jié)構(gòu)體系作為一種空間組合類支護結(jié)構(gòu)，在國外起源于20世紀50年代，主要用于公路、鐵路的邊坡支護。20世紀90年代初期，被引入我國并在深基坑支護工程中得到廣泛運用。它是一種空間組合類懸臂支護結(jié)構(gòu)，將密集的單排懸臂樁中的部分樁向后移，并在樁頂用剛性聯(lián)系梁——冠梁把前后排連接起來，沿基坑長度方向形成雙排支護的空間結(jié)構(gòu)體系。它是在沒有錨桿（或內(nèi)支撐）的情況下，發(fā)揮空間組合樁的整體剛度和空間效應(yīng)，并與樁間土協(xié)同工作，使支擋因開挖引起的不平衡力達到保持坑壁或坡體穩(wěn)定、控制變形、滿足施工和相鄰環(huán)境安全的目的，具有側(cè)向剛度大、減少水平位移、不設(shè)支撐、占用空間小等優(yōu)點。已有許多學者對雙排樁進行了大量研究：何頤華、楊斌[1]等利用前、后排樁之間的滑動土體占整個滑動土體的體積比例，來確定所受土壓力的大小。黃強[2]認為，后排樁的存在改變了土體滑動面的形態(tài),從而導(dǎo)致土壓力分布形態(tài)的改變,并提出一種簡化的計算方法。平揚、曹俊堅等[3]考慮了冠梁的空間效應(yīng)，在此基礎(chǔ)上計算樁的內(nèi)力和變形。鄭剛[4]將雙排樁之間的土視為薄壓縮層，并以水平向彈簧來模擬，提出一種考慮樁-土相互作用的平面桿系有限元分析模型。同時，在大量的工程實踐中廣泛采用，其支護效果和造價投資均切實可行。

1 雙排樁支護結(jié)構(gòu)計算理論與方法[5]

排樁支護結(jié)構(gòu)內(nèi)力的計算方法主要是經(jīng)典法、彈性地基梁法和有限元法。彈性支點法，也叫彈性地基梁法，該法把支護結(jié)構(gòu)看做一豎放的彈性地基梁，受側(cè)向土壓力的作用，基坑開挖面以上的支撐可看做一個彈性支點，基坑開挖面以下的土體用一系列的土彈簧來代替，計算法簡圖見圖1。土壓力一般采用朗肯土壓力或庫倫土壓力。基坑規(guī)程中的彈性支點法把支撐作為一個彈性支點，側(cè)向土壓力開挖面以上按三角形分布，開挖面以下按矩形分布，地基土抗力按“m”法計算，該模型的基本思路如下：基坑開挖后的樁側(cè)土壓力分3部分分析，基坑開挖面以上后排樁的樁背土壓力假定為主動土壓力；基底以上部分前后排樁之間的土體將隨樁身的移動而發(fā)生擾動，此時可以將基底以上的土體視為受側(cè)向約束的半無限土體，根據(jù)平面應(yīng)變問題的物理方程，并近似地認為樁間土的橫向應(yīng)變?yōu)?，于是樁間土的側(cè)壓力σ可按式（1）計算：

式中：μ：土的泊松比；

γ：土的天然容重；

Z：地表至計算點的距離。

基坑地面線以下部分土對樁的側(cè)向抗力，采用文克爾假定，即土對樁的側(cè)向抗力P0等于樁的計算寬度b0，地基系數(shù)cy和側(cè)向位移x三者之間的乘積。

圖1 彈性支點法計算簡圖

2 工程實例

太原市某高層建筑物，地上24層，高度98.24 m，地下兩層，基坑深度10.2 m，周邊情況復(fù)雜，基坑開挖邊線距周圍建筑物很近。經(jīng)論證雙排樁支護結(jié)構(gòu)體系見圖2、圖3，場地土性質(zhì)見表1。對該雙排樁采用彈性計算法計算內(nèi)力，計算模型見圖4。雙排樁、連梁、冠梁的幾何參數(shù)見表2，內(nèi)力計算結(jié)果見圖5。

圖2 雙排樁平面布置圖

圖3 雙排樁示意圖

圖4 內(nèi)力計算模型

圖5 雙排樁位移及彎矩圖

表1 土體參數(shù)表

表2 維護結(jié)構(gòu)的有關(guān)參數(shù)

從圖5可以看出，在開挖過程中，樁體呈現(xiàn)較大的向基坑內(nèi)的水平位移，在支護結(jié)構(gòu)頂部由于冠梁的約束作用，限制了位移的發(fā)展，最大位移為4.25 mm，位移相對較小，能滿足規(guī)范要求。

本工程采用沖擊鉆機成孔灌注樁，并用后壓漿技術(shù)進行樁身、樁底的加固，一方面提高灌注樁身的質(zhì)量；另一方面去除虛土與沉渣的不利影響，詳細的施工流程見圖6。

本工程基坑在開挖全過程進行了基坑監(jiān)測，監(jiān)測內(nèi)容包括雙排樁頂部側(cè)向位移、基坑土體水平位移，周圍建筑物及周邊地面沉降觀測。監(jiān)測結(jié)果顯示如下。

圖6 成孔灌注樁施工工藝流程

（1）樁頂位移：除東南側(cè)由于堆土的影響前排樁最大位移為6.28 mm外，其余樁頂位移均在4 mm以內(nèi)，達到預(yù)期的目標，滿足了雙排樁的變性要求，而且實測值與計算值基本吻合。

（2）周邊環(huán)境：周圍建筑物的沉降僅為0.3 mm，周圍的地下設(shè)施無一受到損壞，說明基坑開挖對周邊環(huán)境影響甚微。

3 結(jié)論

通過本工程雙排樁的理論計算、設(shè)計與施工、現(xiàn)場實測等工作，有以下幾點體會：

（1）在同一深度，后排樁側(cè)向變形比前排樁小，與單排樁比較，雙排樁支護結(jié)構(gòu)抗側(cè)向變形能力明顯加強。

（2）現(xiàn)階段采用彈性法進行雙排樁的內(nèi)力分析與計算是可行的，實測結(jié)果與理論計算值基本一致。當然，此方法過于保守，一定程度上造成投資浪費。

（3）后壓漿技術(shù)在雙排樁中的應(yīng)用是非常成功的，它大幅度提高了雙排樁的質(zhì)量性能，有效地控制了雙排樁的豎向位移，實現(xiàn)樁-土變形的協(xié)調(diào)一致。

（4）優(yōu)質(zhì)的施工是保證雙排樁支護體系成功的關(guān)鍵。

[1]何頤華，楊斌深.基坑護坡樁土壓力的工程測試及研究[J].土木工程學報，1997，23（1）：16-24.

[2]黃強.護坡樁空間受力簡化計算方法[J].建筑技術(shù)，1989，（6）：43-45.

[3]平揚，曹俊堅.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.

[4]鄭剛，李欣等.考慮樁土相互作用的雙排樁分析[J].建筑結(jié)構(gòu)學報，2004，25（1）：99-106.

[5]王建軍.基坑支護現(xiàn)場試驗研究與數(shù)值分析.博士學位論文，2006，5-6.