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向土壓力。門式剛架為三次超靜定結構，具有隨著支撐、荷載條件的變化自動調整結構內力分布的功能，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，施工方便等多種優點。與常用的懸臂樁和錨拉樁相比，雙排樁具有下列優點:1)變形控制能力強:雙排樁具有較大的側向剛度，雙排樁的頂部為剛性節點，樁梁之間不能相互轉動，可以抵抗彎矩，可以有效限制支護結構的側向變形，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條件下用雙排樁替代錨拉樁更顯示其獨特的優越性;3)節約:有研究表明，在一定范圍內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整其上下端的彎矩，同時可以自動調整結構各部分內力，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。根據擬建工程總平面圖，以設計院提供的基坑開挖線為依據，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 場地及環境概況

擬建場地環境及建筑情況如下:1)擬建區場地東側為城市干道，距離20 m;西側為城市干道，距離為 10 m;北側為觀山路，距離為5 m;南側比較空曠，但是有規劃道路以及規劃與地下商務街區連接。2)在觀山路和立德大道均有規劃軌道交通線路，其中1號線已經開工，兩條道路交匯位置設有地鐵站點，擬采用地下連續墻明挖施工。場地有如下特點:1)總體場地條件稍好，無重要建(構)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，以節約造價;2)基坑周邊后期規劃地下工程較多，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 地質情況

①表土:耕土為主，雜色，含少量植物根莖，結構松散。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，顆粒稍粗，含少量灰色泥質斑塊，切面有光澤，無搖振反應，韌性中等，干強度中等。場區普遍分布，厚度0.40 m～3.00 m，平均1.99 m;②-2粉質黏土:黃色～灰黃色，可塑狀態，顆粒稍粗，含少量鐵錳質成分和灰色條紋，切面有光澤，無搖振反應，韌性高，干強度高。場區普遍分布，厚度 0.90 m～3.20 m，平均1.99 m;③粉土夾粉質黏土:灰黃色，濕～很濕，松散～稍密狀態，切面無光澤，搖振反應迅速，韌性較低，干強度較低。場區普遍分布，厚度0.90 m～5.90 m，平均 2.52 m;④-1粉質黏土:灰色，流塑狀態，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，含云母碎屑，顆粒稍粗。廠區普遍分布，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粉質黏土:綠灰～灰黃色，可硬塑狀態，顆粒較細，含少量鐵錳結核，切面有光澤，無搖振反應，韌性高，干強度高。場區普遍分布，厚度2.00 m～4.50 m，平均3.29 m。

3 雙排樁設計計算方法

由于規范缺乏明確規定，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0.57，后排樁土壓力分配系數0.43;2)壓頂梁與圍護樁為剛性節點;3)雙排圍護樁變形時，坑底以下1/5～1/3為嵌固段，從土質情況分析，此時圍護樁進入⑤-1可塑硬塑粉質黏土約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實際計算。根據建立的計算模型(見圖1)，施加土壓力后進行計算。

4 雙排樁設計參數

根據上述設計思路，經反復驗算，確定雙排樁設計參數如下: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。與常規單排樁方案相比，總圍護樁數保持不變;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，監測數據表明圍護結構運行良好，無重大險情發生，北側邊坡最大位移僅為5 cm左右，經受了本地漫長梅雨期的考驗。

5 結論與建議

1)雙排樁作為一種新型的基坑圍護結構，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常可行的方案，尤其是擬建場地已緊貼紅線或者受規劃制約無法錨拉;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構，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測，也未能對圍護樁的彎矩分布進行測試，需在后續工程中予以改進。

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