雙排樁支護結構在深基坑中的應用

申小金

（山西省電力公司送變電工程公司，山西 太原 030006）

雙排樁支護結構體系作為一種空間組合類支護結構，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構，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構體系。它是在沒有錨桿（或內支撐）的情況下，發揮空間組合樁的整體剛度和空間效應，并與樁間土協同工作，使支擋因開挖引起的不平衡力達到保持坑壁或坡體穩定、控制變形、滿足施工和相鄰環境安全的目的，具有側向剛度大、減少水平位移、不設支撐、占用空間小等優點。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,從而導致土壓力分布形態的改變,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，在此基礎上計算樁的內力和變形。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 雙排樁支護結構計算理論與方法[5]

排樁支護結構內力的計算方法主要是經典法、彈性地基梁法和有限元法。彈性支點法，也叫彈性地基梁法，該法把支護結構看做一豎放的彈性地基梁，受側向土壓力的作用，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。基坑規程中的彈性支點法把支撐作為一個彈性支點，側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生擾動，此時可以將基底以上的土體視為受側向約束的半無限土體，根據平面應變問題的物理方程，并近似地認為樁間土的橫向應變為0，于是樁間土的側壓力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向抗力，采用文克爾假定，即土對樁的側向抗力P0等于樁的計算寬度b0，地基系數cy和側向位移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，周邊情況復雜，基坑開挖邊線距周圍建筑物很近。經論證雙排樁支護結構體系見圖2、圖3，場地土性質見表1。對該雙排樁采用彈性計算法計算內力，計算模型見圖4。雙排樁、連梁、冠梁的幾何參數見表2，內力計算結果見圖5。

圖2 雙排樁平面布置圖

圖3 雙排樁示意圖

圖4 內力計算模型

圖5 雙排樁位移及彎矩圖

表1 土體參數表

表2 維護結構的有關參數

從圖5可以看出，在開挖過程中，樁體呈現較大的向基坑內的水平位移，在支護結構頂部由于冠梁的約束作用，限制了位移的發展，最大位移為4.25 mm，位移相對較小，能滿足規范要求。

本工程采用沖擊鉆機成孔灌注樁，并用后壓漿技術進行樁身、樁底的加固，一方面提高灌注樁身的質量；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測，監測內容包括雙排樁頂部側向位移、基坑土體水平位移，周圍建筑物及周邊地面沉降觀測。監測結果顯示如下。

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，達到預期的目標，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）周邊環境：周圍建筑物的沉降僅為0.3 mm，周圍的地下設施無一受到損壞，說明基坑開挖對周邊環境影響甚微。

3 結論

通過本工程雙排樁的理論計算、設計與施工、現場實測等工作，有以下幾點體會：

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

（2）現階段采用彈性法進行雙排樁的內力分析與計算是可行的，實測結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）后壓漿技術在雙排樁中的應用是非常成功的，它大幅度提高了雙排樁的質量性能，有效地控制了雙排樁的豎向位移，實現樁-土變形的協調一致。

（4）優質的施工是保證雙排樁支護體系成功的關鍵。

[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，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].建筑結構學報，2004，25（1）：99-106.

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