雙排樁在水閘深基坑工程中的應用

黃 顯

（廣州市水務規劃勘測設計研究院，廣東 廣州 510640）

雙排樁在水閘深基坑工程中的應用

黃 顯

（廣州市水務規劃勘測設計研究院，廣東 廣州 510640）

簡述雙排樁計算模型，通過珠江三角洲軟土地區某水閘深基坑中雙排樁支護結構的應用，介紹其設計要點。應用實踐證明：雙排樁在深基坑工程中具有剛度大、位移小、工期短、施工方便的特點，具有很好的推廣價值。

雙排樁；深基坑；水閘；應用

在基坑工程中，懸臂式灌注樁是一種應用廣泛的支護型式，但對于深度較大的基坑，其樁頂水平位移常常較大，以致于其應用常受到限制。如采用支撐或錨拉支護方法雖然可以減小樁頂的水平位移，但在工期、造價及施工技術或場地條件限制等方面也存在一些不利因素。雙排樁門架式支護結構（簡稱雙排樁支護結構）是由前后兩排灌注樁、冠梁以及前后排樁樁頂之間的連梁形成的空間結構，由于其具有較大的側向剛度，并能明顯減小基坑的側向變形[1]，因此在一些對支護結構水平位移要求嚴格的深基坑工程中，這種支護形式得到廣泛應用。

1 雙排樁計算模型

國內外許多學者對于雙排樁的理論研究，提出過一些不同的計算模型，一般有兩種思路：一種是將這種空間結構簡化為平面模型來計算，如劉釗[2]、何頤華[3]等人的計算模型，差別主要在于土壓力或土彈簧的作用范圍以及約束類型。另一種就是考慮空間效應的有限元方法。如蔡袁強等人[4]的研究，其采用有限元法，對軟土地基深基坑中雙排樁式圍護結構的受力特性進行了分析。

上述雙排樁理論研究促進了對其作用機理的進一步認識與了解，另外一些科研和設計人員也通過一些試驗和工程應用獲得了寶貴的實踐數據來驗證理論的有效性。這一新型支護結構，還需要大量的試驗和應用來完善其理論。而工程設計人員，更多的應該采用規范來指導設計。本文通過廣州市黃埔區某水閘深基坑中雙排樁結構的工程實例，結合2012版建筑基坑支護技術規程中雙排樁結構規范設計方法，來闡述這種新型支護結構的設計和應用。

相比99版規范，新規范中增加了雙排樁這一新型支護結構，新規范中采用簡化的平面剛架結構模型（見圖1）[5]。

圖1 雙排樁計算模型

該模型中，作用在結構兩側的荷載和單排樁相同，前、后排樁的樁間土體對樁側的壓力可按下式計算：

2 工程實例

2.1 工程概況

廣州市黃埔區某水閘工程基坑支護順延河道堤岸線，基坑深度為5.8～12 m左右，其中南岸閘室段基坑沿岸線長約25.2 m，基坑深度7.0～9.6 m，其中約10 m長范圍深度約9.6 m。基坑外側主要為廠房，基坑邊線距離需保護的建筑物邊線的距離較近。根據基坑重要性，本次基坑安全等級按二級考慮。

2.2 場地地質條件

本工程地處珠江三角洲軟土地區，主要為第四紀沉積物，土層多淤泥、淤泥質土及淤泥質粉砂，具有含水量高、抗剪強度低、壓縮性高、承載力低等特性。另外，工程位于感潮河段，地下水豐富，水位變動頻繁，給基坑工程設計帶來了不小的考驗。本次設計應充分重視軟土特性以及地下水的影響。

根據附近鉆孔資料，各巖土層的層厚及物理力學指標計算參數見表1。

表1 各土層物理力學指標及計算參數

2.3 支護型式比選

通過技術上、經濟上以及對工期的影響等方面對常用的幾種基坑支護方案進行分析比較：

（1）采用傳統的懸臂灌注樁支護結構，支護樁直徑采用1 200 mm，經簡單計算，7.0 m深度的基坑樁頂位移為70.31 mm，而9.6 m深度的基坑樁頂位移達到119.61 mm，明顯不合理；

（2）采用樁錨支護形式，樁錨結構雖然能很好的控制樁頂變形，但本工程需在枯水期完成水下工程，工期緊張，由于錨索施工復雜，基坑開挖工序較多，對工期控制不利，故本次不予考慮；

（3）采用雙排灌注樁支護結構，雙排樁具有很大的側向剛度，可以明顯減小基坑的側向變形，而且不影響工期，所以合理可行。

根據工程實際情況，經過方案比較，擬采用懸臂灌注樁和雙排混凝土灌注樁相結合的方案，基坑較淺位置采用單排的懸臂灌注樁結構，較深部位采用雙排灌注樁結構。

2.4 雙排樁支護設計

支護樁樁徑1 200 mm，前排樁間距1 400 mm，前后排樁排距3.5 m，前后排矩形排列布置，前后排樁冠梁采用1 400 mm×1 000 mm，連梁采用800 mm×1 000 mm。基坑支護平面見圖2。

圖2 基坑支護平面及剖面布置圖

2.4.1 嵌固穩定性計算

根據上述典型剖面，本文采用圖解法進行嵌固穩定性的簡要計算。

由于有施工車輛過往，超載取為25 kPa，另外，將樁頂以上0.5 m厚的土層簡化為附加荷載，其粘聚力作用也不考慮。由于閘室底板采用水泥攪拌土格柵結構作為基礎和防滲措施，對被動土壓力區的土體產生了一定的加固效應，所以基坑內側被動土壓力區的土體參數取為γ=19 kN/m2，c=25 kPa，φ=20°。

根據規范3.4節[5]分別計算外側各層土體的主動土壓力標準值，以及基坑內側各層土體的被動土壓力標準值。經計算后，將對應的土壓力標準值分別畫在后排樁后和前排樁前，通過軟件自動計算出土壓力多邊形的面積和形心，即可得到基坑內外側的土壓力合力和力臂（見圖3）。

圖3 雙排樁計算土壓力圖解法

由規范公式4.12.5，可得到嵌固穩定安全系數：

由于雙排樁橫向尺寸較大，所以雙排樁的嵌固穩定性驗算考慮了土體與雙排樁結構的自重作用，這是雙排樁與單排樁嵌固穩定性驗算的區別。

2.4.2 整體穩定性驗算

采用經典的圓弧滑動條分法來驗算雙排樁的整體穩定性，采用理正深基坑軟件進行輔助計算。經過計算，Ks=3.240＞1.3，滿足規范要求。

2.4.3 樁身內力及位移驗算

通過輔助計算軟件同時可以得到樁身的內力及位移包絡圖（見圖4）。由于雙排樁具有較大的側向剛度，樁頂位移得到了很好的控制，從圖中可以看出，最大位移為35.21 mm。

圖4 雙排樁位移與內力包絡圖

2.4.4 配筋計算

根據上述內力計算的結果進行結構配筋，為了施工方便，采用通長配筋。前排樁主筋采用30C22，后排樁主筋采用28C22，前后排樁箍筋均采用B12@150，連梁底筋和面筋均采用10C25，箍筋采用B12@150。

2.5 基坑變形監測

基坑變形監測是保證基坑安全必不可少的環節。隨時根據監測結果優化設計，采取措施，以保障施工安全，并有效地保護基坑周邊環境。同時，基坑監測數據為科研和設計人員提供原始資料，有助于更加深入地認識支護結構的變形與受力特性，從而提高基坑工程的理論水平，改進設計理論和規范，推動基坑工程施工技術的發展。

本次基坑監測共布置3個變形觀測點、1個地下水位監測孔和1個地表沉降監測點，在基坑開挖期間1～2天測一次，水閘主體工程施工階段3～5天測一次。觀測結果顯示，樁頂最大位移為31 mm，地下水位穩定，基坑外地表無明顯裂縫，表明支護結構穩定。

3 結語

本工程位于珠江三角洲軟土地區的河道，地下水豐富，水位變動頻繁，本次基坑支護采用雙排灌注樁和懸臂灌注樁相結合的支護形式，代替較常用的樁錨結構，取得了很好的效果。

通過施工期基坑變形監測結果可以看到，基坑是安全的，主體工程的施工安全得到了有力保障。另外，由于沒有錨索施工，樁施工完畢即可進行基坑開挖，大大地縮短了工期，保障了工程在汛期前順利通水驗收，由于工期的加快也間接地降低了工程造價。

通過本工程實踐證明，雙排樁結構在深基坑工程中具有剛度大、位移小、工期短、施工方便的特點，具有很好的推廣價值。

[1] 龔曉南.深基坑工程設計施工手冊[M].北京：中國建筑工業出版社，1998.

[2] 劉 釗.雙排樁支護結構的分析及試驗研究[J].巖土工程學報，1992，14（5）：76-80.

[3] 何頤華，楊 斌，金寶森.雙排護坡樁試驗與計算的研究[J].建筑結構學報，1996，17（2）：58-66.

[4] 蔡袁強，趙永倩，吳世明，等.軟土地基深基坑中雙排樁式圍護結構有限元分析[J].浙江大學學報（工學版），1997，31（4）：442-448.

[5]JGJ120-2012，建筑基坑支護技術規程[S].

（責任編輯：周 群）

Application of double-row piles in deep sluice foundation pit engineering

HUANG Xian
（Guangzhou Water Planning&Design Institute，Guangzhou 510640，China）

Support structures with double-row piles had been adopted in a deep sluice foundation pit located in soft soil area of the pearl river delta.An introduction was made on the calculation model of double-row piles and the key points of design.This application proved that double-row piles is worthy of popularization for deep foundation pit engineering with its high stiffness，small displacement，short duration and the convenience in construction.

Double-row piles；deep foundation pit；sluice；application

TV223.22

B

1003-1510（2016）03-0042-04

2016-04-12

黃 顯（1986-），男，湖北秭歸人，廣州市水務規劃勘測設計研究院工程師，碩士，主要從事水利工程設計工作。