雙排樁與止水帷幕復合支護的基坑圍護設計研究

張亞為

(上海林同炎李國豪土建工程咨詢有限公司，上海 200092)

0 引言

隨著國民經濟的快速發展，大量的基礎建設項目在有限土地資源的城市中密集并大量的開展［1-3］。城市建設中必然會遇到大量的基坑支護設計難題，在基坑圍護設計時，一方面要保證基坑自身的變形以及由基坑變形引起的臨近建筑物變形需滿足設計要求，另一方面還需確保基坑開挖過程中降水對周邊建筑物的影響［4，5］。雙排樁與止水帷幕復合支護可以很好的滿足基坑穩定性以及止水防滲的要求［6-8］。

本文結合臺州市某實際基坑為例，針對雙排樁與止水帷幕復合支護的基坑圍護設計方案，分別對基坑開挖過程中以及開挖完成后各排樁體的荷載分擔，樁體的內力和位移，以及基坑開挖所引起的周邊建筑物沉降影響進行了系統的研究。

1 工程概況

擬建場地位于椒江區與路橋區交匯部，地塊交通便利，環境較好。場地原始地貌以耕地為主，其東北角為未拆遷的民宅，場地局部地塊已用碎塊石填筑了施工道路。

擬建場地地貌屬溫黃海積平原，場地的現狀黃海高程在2．76 m～4．30 m之間。根據地下水的賦存條件、水理性質、水力特征、含水介質、地層時代及成因等因素，區域勘探深度內地下水可分為上層滯水和下部孔隙承壓水。

勘察期間測得各鉆孔的地表水、上層滯水等的混合水位埋深為0．20 m ～1．30 m 之間(高程約在1．89 m～3．30 m)。上層滯水水位年變幅度1．50 m左右，水位動態與大氣降水、農田灌溉、河床水位關系密切。基坑所處場地的工程地質及水文地質參數如表1所示。

表1 工程地質和水文地質參數

2 基坑圍護設計

2．1 設計方案的選擇

結合基坑的所處場地的工程地質及水文地質條件推薦主要采用雙排鉆孔樁與坑外止水帷幕的復合支護方案。雙排樁與止水帷幕復合支護的原理是利用鉆孔灌注樁的剛性與止水帷幕的柔和相結合來形成基坑的支護結構。主要由兩排樁之間被加固的原生土體和作為主要組成部分的雙排樁以及用來連接樁與樁的帽量和連梁，再加上止水帷幕所構成。

2．2 典型剖面計算

基坑支護典型剖面如圖1所示，結合該工程的設計需要，基坑的開挖深度為12．4 m，鉆孔灌注樁的入土深度為36．8 m，穿越4個不同土層(如表1所示)。兩排鉆孔灌注樁間的距離為2．4 m。

圖1 典型剖面計算示意圖（單位：m）

將兩排鉆孔灌注樁及樁土間的作用簡化成圖2的計算模型，由于后排樁體并不像前排樁體具有等同開挖深度的臨空面，但基坑開挖后又會切實影響到后排樁體，所以在具體的計算過程中可以根據土體的內摩擦角、樁間距以及基坑開挖深度設置等效開挖深度。

圖2 雙排樁計算模型

雙排樁支護過程中主要需考慮各排樁在圍護基坑穩定性的分擔量，樁體自身的內力位移，以及基坑開挖所引起的地面沉降。

2．3 計算結果分析

擬將基坑開挖分4個工況逐步開挖完成，通過計算分析兩排樁在開挖過程中以及開挖完成后的分擔系數如表2所示。在基坑開挖至5 m深度時基坑側壁土體的荷載主要由第一排樁體承擔，但隨著開挖深度的逐步進行，第一排樁體的荷載分擔系數逐漸減小。第二排樁體開始承受荷載，最大的分擔系數為0．254。

表2 開挖不同深度兩樁體的分擔系數

圖3 內力位移包絡圖

圖4 地表沉降圖

分別采用彈性法土壓力模型和經典法土壓力模型計算基坑開挖完成后樁體上的內力和位移［9，10］，如圖3所示。其中彈性法土壓力模型算得前排樁基坑內側最大彎矩為1 061．25 kN·m，基坑外側的最大彎矩為689．35 kN·m。而基于經典法土壓力模型算得前排樁基坑內側最大彎矩為205．23 kN·m，計算結果明顯偏于保守。后排樁基于彈性法土壓力模型算得基坑內側最大彎矩為722．67 kN·m，基坑外側的最大彎矩為475．55 kN·m，同樣采用經典法土力學模型會得到較為保守的彎矩值。為了基坑開挖能夠安全順利的進行，在具體的設計過程中需采用彈性法土力學模型所算取的設計值，并參考經典法土力學模型的計算結果。

圖4為基坑開挖后基坑周邊地面沉降的預測，同樣采用了三角形法、指數法和拋物線法［9，10］等多種方法對其進行綜合評定。地表沉降量與沉降點距基坑邊距離呈反比關系。三種方法所得出的沉降范圍均為距基坑邊約30 m的范圍內。其中指數法所預測的基坑周邊最大沉降值最大，約為55 mm。拋物線預測的基坑周邊最大沉降量最小，約為30 mm。

3 結語

本文結合臺州市某基坑實例，以雙排樁與止水帷幕復合支護的基坑圍護設計方法，分析了兩排樁體在基坑開挖過程中以及開挖后的荷載分擔系數，并基于彈性法土壓力模型和經典法土壓力模型，算得兩排樁體的最大彎矩、位移以及剪力。最后采用了三角形法、指數法和拋物線法等多種計算方法綜合分析了基坑開挖對周邊建筑物的影響，其影響半徑約為30 m。研究成果對該基坑工程的安全開展有著重要的指導意義，同時可為類似工程建設提供一定的參考依據。

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