局部雙排樁在成都膨脹土地區深基坑支護中的應用

賈欣媛，岳大昌，李　明

(成都四海巖土工程有限公司，成都 610041)

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局部雙排樁在成都膨脹土地區深基坑支護中的應用

賈欣媛，岳大昌，李明

(成都四海巖土工程有限公司，成都 610041)

摘要：近年來，成都東郊膨脹土地基基坑工程事故頻發，多種支護結構均出現不同程度的失穩現象。局部雙排樁是在充分發揮雙排樁優勢基礎上的一種適用于膨脹土地區的具有經濟、快速、節能、節材、安全等特點的支護方法，從施工效果來看，基坑的變形均在規定范圍內，證明了該支護型式切實可行。

關鍵詞：局部雙排樁；基坑支護；膨脹土

0引言

膨脹土及其工程病害問題一直是當今國內外工程地質領域始終沒能妥善解決的世界性技術難題，有巖土工程界的“癌癥”之稱[1]。我國是膨脹土分布最廣的國家之一，膨脹土分布面積約占陸地總面積的1/3[2]，其中廣西、云南、四川等地最為突出。成都東郊岷江水系I～III階地膨脹土廣泛發育，在城市化進程迅速發展的今天，為了充分利用有限的土地資源，城市地下空間的開發利用顯得尤為重要，與此同時，基坑工程也向著超大、超深的方向發展，不可避免地將會遇到膨脹土中深基坑支護問題。

膨脹土是一種具有超固結性、多裂隙性和顯著脹縮特性的高塑性黏土，其吸水膨脹軟化、失水收縮開裂的特性導致了工程建筑問題或地質災害的頻繁發生[3]。研發一種適用于成都膨脹土地區超深、超大基坑，同時又具有經濟、快速、節能、節材、安全等特性的支護方法是目前市場發展的迫切需求。鑒于此，本文以成都東郊膨脹土地區一基坑工程為依托，介紹一種局部雙排樁的支護專利技術。

1工程概況

1.1工程簡介

擬建項目位于成都市成華區物流大道以南，蜀龍路以東，主要由3棟31～41F高層住宅、3層商業及-2F純地下室組成,主樓采用剪力墻結構，基礎形式為旋挖灌注樁基礎；裙樓及純地下室采用框架結構，基礎為柱下獨立基礎及墻下條形基礎。基坑開挖深度7.8～9.0 m，開挖線周長563.0 m，基坑安全等級為一級。

1.2周邊環境條件

基坑北側和東側為待建空地，北側有原河道通過；西南側為下澗漕(水渠)，距離基坑開挖線約13.4～16.3 m，河道底標高高于基坑底標高約6.0 m，下澗漕外側已形成市政道路。

1.3工程地質條件

場地地貌單元屬岷江水系Ⅲ級階地，分布地層主要為雜填土、黏性土及泥巖，其中雜填土主要由黏性土組成，含建筑垃圾、生活垃圾及泥巖碎塊，局部地段含少量淤泥質土，厚度2.8～8.5 m；黏土主要由黏粒組成，含較多鐵錳質結核和鈣質結核，裂隙較發育，裂隙間充填灰白色高嶺土條斑、氧化物紅色條斑，厚達8.8～18.4 m，具有脹縮性。

2工程特點

根據場地工程地質條件及周邊環境，本工程具有如下特點：

1)場地內雜填土厚達2.8～8.5 m，主要由黏性土組成，且含建筑垃圾、生活垃圾及泥巖碎塊，局部地段含少量淤泥質土。經調查，本場地原為窯廠，在生產過程中取土形成許多坑洞，積水形成水塘，后成為棄渣場。場地內回填土許多地段經過浸泡，土體較軟，但分布不均，位置不確定。

2)場地主要地層為弱膨脹性黏土，厚達8.8～18.4 m，黏土層裂隙較發育，裂隙分布無規律，裂隙間充填灰白色高嶺土條帶、紅色氧化物條帶，在非雨季，膨脹土基坑按照傳統設計方法進行施工，一般都能較好地起到支護作用，但雨季時，膨脹土中蒙托石和伊利石礦物成分吸水膨脹，產生對支護結構不利的膨脹力，并且土體自身也逐漸變為可塑—流塑狀，水平側壓力顯著增大，對支護結構安全極為不利。

3)基坑西南側市政管道已形成，雨水井、污水井、消防井等密布，滲水可能性大，且該側鄰近下澗漕，基坑底標高低于溝槽底標高6 m左右，若基坑變形后，有滲漏風險。

4)基坑深度范圍內主要地層雜填土和黏土，基底標高位置及樁嵌固段地層均為黏土。

5)場地北側有原河道，河道兩側為條石擋土墻，河內有較多淤泥。

6)場地內主樓均為旋挖樁基礎，施工周期較長，施工過程中，基底容易泡水。

3支護方案的選擇

本工程位于東郊膨脹土地區，對基坑變形要求敏感，因此，如何控制支護結構變形，將基坑開挖對周邊環境的影響降至最低是本工程主要的技術難題。

近年來，成都東郊膨脹土基坑工程事故頻發，多種支護結構均出現不同程度的失穩現象，鑒于此，成都市要求處于膨脹土分布區域的基坑，場地屬Ⅲ級階地的，不得使用錨索(桿)作為基坑支護體系受力構件，另，傳統的雙排樁和內支撐型式也存在造價高、占用空間大、工期長等不利因素，而單一的懸臂式單排樁由于受其自身剛度影響，開挖后其頂部位移較大，對基坑安全產生不同程度的影響，因此，常規的支護形式受到了一定的限制，選擇一種適宜的支護結構型式，對本工程顯得尤為重要。

為了有效控制變形，綜合考慮安全、工期、成本等因素，最終選擇“排樁+局部雙排樁支護結構”作為本工程的主要支護型式?；又ёo平面布置圖如圖1所示。

本工程共劃分了5個剖面，其中：1-1剖面(ABC段)：基坑深8.0 m，采用懸臂樁支護，設1組后排樁，樁徑1.2 m，樁長14.5 m，前排樁樁距2.0 m，后排樁樁距4.0 m，排距4.5 m。

圖1　基坑周邊支護形式布置圖

2-2剖面(CD、EF、GH段)，基坑開挖深度9.0 m，針對三棟主樓位置分別設3組后排樁，樁徑為1.2 m，樁長17.0 m，前排樁樁距2.0 m，后排樁樁距4.0 m，排距4.5 m。由于地下室外墻線距基坑開挖線有3.3 m的空間，考慮樁前預留土臺，按1︰1.5放坡后噴射混凝土封閉表面，這樣既可減少土方挖方量，又在一定程度上增大了被動土壓力，有利于基坑的穩定。

3-3剖面(DE、FG、HIJKL1、M1M段)，基坑開挖深度8.8 m，采用懸臂樁支護，局部如陽角等位置設后排樁加強，樁徑1.2 m，樁長16.0 m，前排樁水平間距為2.0 m，后排樁水平間距為4.0 m，排距2.5～4.5 m。

4-4剖面(MNA支段)，基坑開挖深度7.8 m，采用懸臂樁支護，圓弧段設1組后排樁，樁徑1.2 m，樁長14.5 m，前排樁距2.0 m，后排樁距為4.0 m，排距4.5 m。

5-5剖面(L1M1段)，基坑開挖深度8.8 m，該段臨近溝渠側，易發生變形，采用間隔雙排樁支護，樁徑1.2 m，樁長16.0 m，前排樁水平間距為2.0 m，后排樁水平間距為4.0 m，排距2.5～4.5 m。

支護樁樁身配筋采用非均勻配筋，根據受力特點，后排樁配筋量可少于前排樁；樁頂設冠梁，冠梁寬1.2 m，高0.8 m，前后排樁采用連梁進行連接，連梁寬1.0 m，高度0.8 m；支護樁及冠梁混凝土強度等級為C30。

所謂局部雙排樁適用于開挖深度范圍在8.0～12.0 m的基坑工程，是由前排樁、前排樁樁頂冠梁、局部后排樁、局部后排樁樁頂冠梁、排間連梁(直連梁和斜連梁)共同組成的空間剛架結構。前排樁沿基坑開挖線布設，后排樁為與前排樁一對一設置，也可間隔設置，布置形式視擬建場地地質條件、周邊環境等調整，重點控制區域需加強。后排樁以組為單位，每組不少于2根，雙排樁前后排間存在一定的間距，在使用這種支護結構時，要求基坑周邊有一定的空間，才能很好地發揮作用，故排距宜取2～5倍樁徑。樁頂冠梁將所有的支護樁連接起來，連梁將局部后排樁與對應前排樁連為整體，形成空間排架結構，有效限制了支護樁水平位移的發展。該支護結構具有較大的側向剛度，水平位移小、受力合理，可以有效地限制支護結構變形，施工技術成熟，不需要設置支撐擋土結構，也不需要太多的場地，施工方便，布置靈活，具體形式如圖2所示。

4支護方案分析

區別于傳統意義上的雙排樁，本工程中設計的雙排樁僅布置于需要特殊加強的區域(如3棟主樓段、基坑陽角位置、臨近下澗漕段等)；同時，布置形式也非常規的一對一布置，而是均勻間隔成組布置，每組后排樁的樁數根據需特別加強段的特點而靈活設置。局部雙排樁支護段在樁頂采用剛性連梁把前、后排樁連接起來，剛性連梁包括直連梁和斜連梁兩種，直連梁位于相對應的前后排樁間，斜連梁位于每組后排樁兩側，連梁與冠梁共同作用。

(a)剖面圖

(b)局部雙排樁布置平面圖

由于前、后排樁間有剛性連梁連接，前、后排樁的內力分布與單排樁相比發生了很大的變化，在樁的上部，樁體反向彎曲，挖土側變為受拉面；在樁的下部仍為迎土面受拉，因此不能將雙排樁看作組合梁，應將其視為受主動土壓力、被動土壓力及樁間土共同作用的框架。

為充分發揮雙排樁的空間效應，設計前后排樁排間距多為4.5 m(大于3d，d=1.2 m)，此時，本支護結構的受力特點是：樁間土對前排樁的作用較小，土壓力主要作用在后排樁，前排樁上受到的力主要是通過連梁和樁間土傳遞過來的，使前排樁受到后排樁的推力，總的作用體系近似于底端固定的門式框架。

根據本工程支護結構的受力特點及對東郊膨脹土地區的類似工程經驗，在設計中對后排樁的配筋進行了優化，配筋量小于前排樁。工程完工后現場情況如圖3所示。

(a) 基坑東側全景

(b)基坑西南側全景

(c) 樁頂冠梁開挖

(d) 局部雙排樁布置

5支護效果分析

根據現場實施情況及監測資料的反饋，對支護效果進行如下分析：

1)在可以滿足基坑安全及變形要求的前提下，設計方案以單排懸臂樁支護為主要支護措施，支護形式簡單，施工工藝成熟，施工質量易于保證。

2)在基坑開挖深度較深、支護難度較大段(本工程主要針對3棟主樓位置、基坑陽角位置、臨近下澗漕位置等)采用局部后排樁進行加強。局部后排樁的設置，使支護體系具有較大的側向剛度，前、后排樁與剛性梁(冠梁、直連梁和斜連梁)組成了一個超靜定結構，整體剛度較單排樁有很大的提高。

3)局部雙排樁加強支護段前、后排樁、冠梁、直連梁和斜連梁間的接點為剛性節點，樁梁之間不能相互轉動，可以有效抵抗彎矩。

4)局部雙排樁加強支護段前、后排樁樁身入土部分的摩阻力形成與側壓力反向的力偶，不但使雙排樁樁頂的位移明顯減少，而且使樁的最大內力也大幅度下降，并形成交變內力。

5)局部雙排樁加強支護段形成的組合支護體系可以隨下端支承情況的變化自動調整下端的彎矩，同時可以自動調整結構各部分的內力，以適應復雜多變的外部荷載條件。

6)基坑空間效應中一個顯著的效應就是角部拱效應，基坑陰角部位由于土體的拱效應和冠梁支撐作用，該位置附近基坑變形一般都非常小，通常將該點作為基坑相對不動點；基坑長邊的中部一般變形都大于陰角部位，基于基坑的角部效應影響，設計施工時在保證基坑安全的情況下，對支護方案進行了優化，即基坑陰角附近設置后排樁數量少于基坑中部及陽角位置，以達到降低工程造價的目的。

7)考慮3棟主樓位置基坑開挖較深，且距離基坑開挖線約4.5 m，在保證基坑主樓工作面滿足1.2 m的前提下，在樁前預留一定寬度的土臺，并采用C20混凝土對樁前土臺進行封閉，該支護方式降低了對基坑側壁土的擾動、減少了挖方量且在一定程度上提高了被動土壓力，更加有利于基坑安全。

8)本基坑工程施工正處于雨季，考慮水對脹縮性黏土的影響，設計方案中著重提出防排水措施：基坑開挖到底后，若不能及時澆墊層，則對坑底沿周邊2 m臨時用C20砼封閉，厚10 cm，硬化時，向坑內傾斜1%便于排水；樁頂回填至設計標高，并在前端砌筑500 mm高擋墻擋土，樁頂至紅線范圍內采用C20混凝土進行硬化，厚10 cm。以上措施有效地控制了雨季施工期間地表水對基坑安全的威脅。

9)本工程采用的組合支護型式，在沒有錨桿(或內支撐)的情況下，充分發揮了空間組合樁的整體剛度和空間效應，并與樁間土協調工作，最終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。設計上通過以上措施，成功控制了基坑變形，保證了現場施工的安全，根據變形監測結果，基坑開挖到位后，基坑變形滿足規范要求，支護取得了較理想的效果。

6結語

局部雙排樁支護結構在成都膨脹土地區多次實踐應用，都取得了良好的支護效果：

1)安全性：本項目基坑施工過程中，采用單排樁結合局部雙排樁支護形式，支護結構整體處于穩定狀態，滿足了基礎施工要求。本工程支護形式與單一的懸臂樁相比，它雖屬于懸臂支護型式，但受力機理與單排樁有本質區別。它相當于一個插入土體的空間剛架結構，通過樁頂冠梁與連接梁連接為整體，同時，樁土之間作用不容忽略。這種支護結構在發揚傳統雙排樁優勢的基礎上進行了有益的改良，更加安全可靠，更利于控制基坑的變形，降低施工風險；基坑經歷了雨季，基坑變形未超過規范要求。

2)可靠性：由于本支護結構僅涉及樁施工，構造簡單，工藝單一，施工難度低，且受場地周邊環境影響小，故施工質量更易于保證；同時，基坑內作業空間大，便于快速展開施工，從而使工期得到了有效保證。

3)經濟性：與傳統雙排樁相比，這種支護結構布置靈活，僅針對需加強支護段布設了后排樁，同時對后排樁的配筋量進行了相應的優化，既達到了保證基坑安全的目的，又大大降低了工程造價。

4)環保性：本方案中采用的支護型式，與拉錨結構相比，減少對周圍土體的擾動，降低對周邊管線、地下建筑結構等的危害，有效地保護了周邊環境；與內支撐結構相比，不占用基坑內空間，且不會產生支撐拆除后有大量固體廢棄物排放等問題，符合節能、節材、減排、綠色施工的概念。

5)社會性：本方案中采用的支護型式，多次在成都東郊膨脹土地區基坑支護工程中成功應用，不僅有效地控制了基坑開挖后的變形，而且大大降低了施工成本，縮短了工期，保護了環境，具有良好的社會推廣性。

參考文獻

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[4] 中華人民共和國住房和城鄉建設部.JGJ 120—2012 建筑基坑支護技術規程[S].北京：中國建筑工業出版社,2012.

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The Application of Local Double Row Piles to Deep Foundation Pit in Chengdu Expansive Soil System

JIA Xin-yuan, etc.

(ChengduSihaiGeotechnicalEngineeringCo.,Ltd.，Chengdu610041,China)

Abstract：In recent years, in eastern outskirts of Chengdu, the expansive soil deep foundation pit construction accidents often happen, and different degrees of instability phenomenon happened in multi supporting structures. Local double row pile is a support method in give full play to the double row piles based on a suitable in the expansive soil area with the advantages of high economy, fast, energy-saving material saving and safety. From the point of the effect of construction, the deformations of foundation pit are all within the scope of the provisions. It is proved that the supporting type feasible, and has certain guiding significance to expansive soil area foundation pit branch support construction.

Key words：local double row piles; foundation pit support; expansive soil

文獻標志碼：A

文章編號：1009-8984(2016)01-0040-05

中圖分類號：TU443

作者簡介：賈欣媛(1984-)，女(漢)，山東，碩士

收稿日期：2016-01-11

doi:10.3969/j.issn.1009-8984.2016.01.009

主要研究巖土工程。