雙排樁支護結構在某基坑工程中的應用

姚晶

(杭州市勘測設計研究院，浙江杭州 310012)

1 引言

隨著我國房地產業的飛速發展，開發項目的規模快速擴大，建筑基坑工程的規模也變得越來越大，并呈現以下特征:①大底盤基礎，縱、橫向規模都比較大，基坑面積大。②開挖深度較大，設一層地下室的，往往能達到6 m及以上。③建筑單體施工順序有先后，基坑開挖、基礎施工等一般分區進行。④土地利用率高，建筑結構邊線距離用地紅線很近，施工場地十分狹小。⑤基坑周邊一般都有道路或建筑物，環境保護要求較為嚴格。在場地土質軟弱地區的此類基坑，采用復合土釘或水泥土重力式墻支護因為要超出用地紅線而受到限制，采用懸臂單排樁支護則不能滿足變形控制要求，采用單排樁加水平內支撐既無顯著的經濟性又影響分區施工，采用單排樁加斜支撐會有施工周期長、出土困難等不利因素等等。而適當地采用雙排樁支護結構，則能較好地解決這些問題，滿足工程各方面的要求。所謂雙排樁支護結構是指沿基坑側壁前后平行設置兩排支護樁，呈矩形或梅花形布置，并且用剛度很大的梁或板將兩排樁頂連接起來，形成門字形空間的支護結構［1］。該結構具有側向剛度大、位移小、穩定性強、占地少、布置靈活、施工便捷等優點。本文具體介紹一個應用雙排樁支護結構的基坑工程實例。

2 工程概況

某商品住宅工程位于杭州市拱墅區，包括7幢13層～15層高層住宅和地下車庫以及若干多層商業建筑，地上建筑面積 54 609 m2，地下建筑面積19 718 m2。住宅地下室與地下車庫共同組成一層大底盤地下室。建筑結構采用框架—抗震墻結構體系，預應力鋼筋砼管樁作基樁，由承臺、底板和地梁等構成基礎。地下室基坑長×寬大約為170 m×130 m，沿長570 m，面積19 124 m2。根據建筑結構設計以及場地高程，基坑計算開挖深度主要為6.45 m。

圖1 某商品住宅工程周邊環境示意

本工程南起后橫港，北至文嵐街，東靠小河路，西與杭州市拱墅區老年公寓及殘疾人康復就業培訓中心相鄰，基坑周邊環境如圖1所示。基坑距用地紅線情況:北側約4.9 m～7.9 m，西側約 3.0 m～3.6 m，南側約2.5 m～7.6 m，東側約2.1 m～7.2 m。工程場地在小河路一側2#與4#樓之間設置一大門。基坑周邊道路下分布有電力、污水、雨水、給水、燃氣、弱電等各類管線。基坑西側距離建筑物最近約為18.0 m，南側距離后橫港最近約為17.7 m。總體上，周邊環境較為復雜，基坑距離城市主干道及地下管網很近，環境保護要求較高。

3 工程和水文地質條件

工程場地地勢起伏小，地表較為平整，屬錢塘江三角洲湖沼積平原地貌。場地淺部主要土層分布及物理力學指標見表1。第四系覆蓋層上部全新統土層性質軟弱，尤其是場地約20 m深度范圍內厚薄不均地分布著淤泥質黏土，該層飽和軟土具高壓縮性、高含水量、高靈敏度、低強度、易流變等特性，容易使基坑發生隆起、整體滑動、位移過大等事故。

主要土層分布及物理力學指標 表1

場地淺層地下水類型主要為雜填土層中的孔隙潛水及黏性土層中的上層滯水。豐水期潛水位埋深一般在地表下0.1 m～2.3 m。該層潛水主要受大氣降水和地表水補給，地下水位隨季節性有所變化。場地水文地質條件較為穩定，為黏性土分布區域，滲透系數小。場地深層地下水類型為基巖裂隙水，主要處于基巖裂隙帶內，水量較小，對本工程影響較小。場地南側后橫港河道深約4.0 m，常水位深約1.5 m，水流平緩。

4 基坑工程支護設計

4.1 基坑支護方案選型

根據工程地質、開挖深度、周邊環境、用地紅線等條件，可以判斷復合土釘或水泥土重力式墻、懸臂單排樁等支護方案不適用于本基坑工程，一般可以考慮采用單排樁加水平內支撐的支護方案，如圖2所示。但本工程建設方要求在樁基工程全部完成后，先行并且按順序7#、6#、5#、3#樓安排工程進度，時間節點上，當施工其±0.00層時，其他住宅樓和地下車庫的底板尚未澆筑。而為了施工該±0.00層，又必須拆除支撐，如此，就必然與其他施工區域的基坑支護產生矛盾。采用如圖2所示以及類似支撐布置方案都會不同程度地遇到這一問題。

圖2 支撐平面布置方案示意圖

如果分區采用單排樁加斜支撐的支護方案，則不具備可行性，主要有兩點:①基坑周邊用地紅線以內沒有可供挖土機械和運輸車輛操作、行走的空間，當斜支撐布置以后，坑邊土堤的挖除和土方的運出等工作只能在基坑內進行，土方需要多次轉運，施工速度慢。②基坑開挖面下是淤泥質黏土，作為地基土質很差，而且基坑不能實現對稱開挖，故利用建筑基礎底板結構作為斜支撐基礎［2］。因本工程主樓緊靠坑邊，為了避免影響其基礎結構，而用地下車庫的底板作斜支撐基礎。但是，地下車庫底板施工完成以后，基坑開挖和出土將變得很困難。因此采用單排樁加斜支撐的支護方案，是無法滿足建設方對工程進度和成本的要求的。

在一定條件下，采用雙排樁支護結構的支護方案，不設支撐，基坑開挖方便、快速，很適用于分區施工。經過權衡和計算，從確保基坑和周邊環境安全穩定以及如期完成工程節點等出發，基坑支護方案最終采用了雙排樁支護結構。

4.2 基坑支護結構設計

(1)支護結構參數

支護結構典型剖面如圖3所示。

圖3 支護結構典型剖面

①支護樁長度如圖3，鋼筋砼鉆孔灌注樁，樁徑700 mm，砼強度等級C30，縱筋采用HRB400級鋼筋。樁間距1 m，前、后排支護樁中心距1.8 m，呈矩形布置。前排支護樁縱筋為6φ22，后排支護樁縱筋為12φ22。

②帷幕樁長度如圖，單排水泥土攪拌樁，樁徑600 mm，樁間距450 mm，水泥摻量15%。

③在確保土體穩定和場地空間允許的條件下，盡可能放坡，以減小支護結構位移，如圖3所示。

④頂板尺寸如圖，現澆鋼筋砼結構，砼強度等級C30。達到設計強度后，往下開挖土方。

(2)支護結構計算

使用商業軟件計算內力與位移，其計算原理采用的是“彈性支點法”理論，計算模式為:作用在前(后)排支護樁上的土壓力作為水平荷載，前(后)排支護樁由開挖面(等效開挖面)下的土體彈性作用作為支承，由此求得支護結構的位移和內力。計算模型簡圖如圖4所示，圖中H表示開挖面深度，H1表示等效開挖面深度。前排支護樁按開挖面深度計算土壓力并乘以其分擔系數，后排支護樁按等效開挖面深度計算土壓力并乘以其分擔系數。

支護結構典型剖面計算結果如圖5所示。圖中，實曲線和虛曲線分別代表前排和后排支護樁的計算結果。

圖4 計算模型簡圖

圖5 支護樁位移內力圖

5 基坑工程實施和監測

從2010年10月26日開始，最先從7#樓西部開挖基坑，至2011年5月8日完成全部地下室頂板澆筑、土方回填等工作，施工按既定方案進行，完全滿足了建設方的要求。監測結果表明:基坑工程實施過程平穩順利，基坑安全，周邊環境所受影響微小，均處于安全可控的狀態。

圖6所示為支護結構典型剖面的土體深層位移監測結果，均為施工至開挖面深度(H)時的深度－位移曲線。施工場地十分狹窄，測斜管就設置在前排與后排支護樁之間，所測結果為前排支護樁后土體的位移。測斜管口深度為0，管口距離頂板0.5 m。從圖中可以看出:①土體位移實測值20.84 mm～29.40 mm，樁后土體實測位移曲線與樁體計算位移曲線形態接近;②土體位移大小在基坑開挖面深度的0.5%以內。

圖6 土體深層位移監測結果

6 結語

(1)杭州市拱墅區某商品住宅工程場地土質軟弱，基坑開挖比較深，面積比較大，周邊環境較復雜，施工工作面狹小，并且分區開挖基坑和施工地下室。

(2)根據工程具體實施要求，通過基坑支護方案選型，具體分析了單排樁加水平內支撐或者斜支撐的支護方案在本工程中的應用問題，考慮到雙排樁支護結構的特點和運用于本工程所能發揮的優勢，確定基坑支護采用雙排樁支護結構的設計方案。

(3)本工程施工按照時間節點，安全、順利地實施了，并且結合基坑工程監測結果，驗證了雙排樁支護結構設計的合理性和可行性。

(4)通過本工程實例可以看到雙排樁支護結構在基坑工程中的廣闊應用前景。雙排樁支護結構利用前后兩排支護樁對土壓力的有效分擔，使支護結構的內力分布趨于合理，抗傾覆和抗滑移穩定性得到增強，位移得到有效控制。根據工程具體情況和要求，采用雙排樁支護結構的方案，可不設置支撐或減少支撐設置層數，從而方便地下室結構施工，縮短工期，節約成本。

［1］劉國彬，王衛東.基坑工程手冊(第二版)［M］.北京:中國建筑工業出版社，2009.

［2］聶慶科，梁金國，韓立君等.深基坑雙排樁支護結構設計理論與應用［M］.北京:中國建筑工業出版社，2008.

［3］DG/TJ08－61－2010.基坑工程技術規范［S］.

［4］JGJ120－99.建筑基坑支護技術規程［S］.

［5］林鵬，王艷峰，范志雄等.雙排樁支護結構在軟土基坑工程中的應用分析［J］.巖土工程學報，2010(8).