既有建筑下增層開挖排樁支護體系研究★

程元暉 胡立鋒 謝征兵 劉念武

(1.紹興市柯橋區建設工程安全質量監督站，浙江 紹興 312030； 2.浙江理工大學建工學院，浙江 杭州 310018)

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·巖土工程·地基基礎·

既有建筑下增層開挖排樁支護體系研究★

程元暉1胡立鋒1謝征兵2劉念武2

(1.紹興市柯橋區建設工程安全質量監督站，浙江 紹興 312030； 2.浙江理工大學建工學院，浙江 杭州 310018)

總結分析了既有建筑增層開挖與新建基坑開挖的差異，針對既有支護結構在增層開挖過程中會出現承載力不足的問題，提出通過補入新增支護結構形成雙排樁組合支護體系，并闡述了雙排樁支護體系的施工工序、類型與受力特性，指出在增層開挖工程中應當保留既有支護結構，合理利用既有基礎結構作為支撐，并根據開挖深度和現場環境選取合適的排樁分布類型。

既有建筑，增層改造，雙排樁，受荷性狀

0 引言

隨著國家城鎮化水平的不斷提高，人口膨脹、生存空間擁擠、生態失衡等因素已嚴重制約城市的健康發展。城市空間在向平面擴展受限的條件下，開發地下空間具有明顯的資源優勢，對既有地下空間進行二次開發利用是城市健康發展的需要，也是城市進步的必然選擇[1]。

對既有建筑進行下挖改造涉及到基坑的維護，在增層過程中既有的支護結構難以滿足設計要求，通過對既有支護結構進行補強加固來提高整體穩定性。當既有支護結構與新建支護結構都為排樁支護時，兩者形成雙排樁組合支護結構。雙排樁支護結構的優點明顯：

1)結構整體側向剛度大，對基坑周圍環境影響小。

2)可適用于深基坑。

3)組合類型多，前后排樁可以根據實際工程需要組合成不同的支護形式。

當前對雙排樁的研究主要集中于樁排間距、樁長、樁頂約束狀況等因素對支護結構的影響。其中，王星華等[2]基于有限元研究分析，得出雙排樁最優樁排間距為3d～4d。李立軍[3]通過有限元分析樁長對雙排樁支護結構的影響，得出改變前排樁樁長對支護結構的影響顯著。高印立[4]，曾慶義等[5]從理論上分析圈梁對支護結構的影響，結果表明，圈梁可明顯增大支護結構的側向剛度，起到協調分配樁頂的受力作用。

具體到實際的改造工程，吳銘炳等[6,7]通過對已建基坑支護樁進行補強加固來提高基坑的穩定性，完成增層改造工作。Fang等[8]通過有限元研究了增層開挖中的雙排支護墻工作性狀。現有的增層案例和理論分析較少，導致增層工程的基坑維護技術亟待突破。本文通過分析增層開挖與新建基坑開挖的差異性，總結了雙排樁組合支護體系的工作特性。

1 增層開挖與新建基坑開挖的差異

新建基坑開挖與增層開挖的示意圖如圖1，圖2所示，兩者的差異主要有：

1)增層開挖的對象為既有服役狀態下的樁基，樁周土體的移除會導致樁基承載性狀發生改變；

2)服役狀態下的樁基對基坑產生加固作用，可以提高基坑的穩定性；

3)新支護結構與既有支護結構之間形成雙排樁組合支護結構，兩者協調工作；

4)既有建筑底板作為圍護結構的支撐，可以有效地減小基坑變形。當既有建筑處于建筑密集區域時，不僅要考慮到基坑內部建筑的穩定性還應當考慮基坑周圍建筑的穩定性。因此既有支護結構的補強加固措施對基坑安全和穩定起到至關重要的作用。

2 增層開挖施工流程

增層開挖技術涉及到巖土工程、結構工程、環境工程等領域，對既有建筑進行增層改造時，主要步驟為：

1)對既有建筑質量進行檢測和評估；2)既有上部結構的補強加固；3)既有基礎結構的加固(補樁)；4)增層開挖；5)新建基礎底板和梁柱；6)對基礎結構進行托換；7)新建建筑外墻。

3 既有基礎結構的二次利用

盡管支護結構屬于臨時建筑，設計年限較短，當基坑底板和建筑外墻建好時就已退出工作狀態。由于地下混凝土結構的耐久性較好，既有支護結構超過設計使用年限后，仍具有一定的承載能力[9,10]。因此考慮既有支護結構的有利作用可以在一定程度上提高基坑的整體安全性并降低工程造價。

在既有建筑下增層開挖可以利用既有建筑基礎的底板作為支護結構的水平支撐，既有建筑底板的剛度大，整體穩定性好，支撐在基坑四周既避免了新建支撐又可以有效地約束支護結構的側向位移，節省地下作業空間。此外，通過在支護結構樁頂增設圈梁能夠增加結構的側向剛度，從而提升組合支護結構的承載性能。

對既有建筑進行增層開挖，坑內工程樁處于服役狀態，工程樁與坑內既有基礎的作用效應主要體現在服役狀態下樁基對坑底土體的反壓作用，坑底工程樁的存在對基坑的變形有明顯的抑制作用[11]。在基坑支護結構的設計過程中往往沒有考慮坑內工程樁對圍護結構和坑底土體回彈的影響，從而導致在基坑設計過程中造成一定的浪費。基坑在開挖過程中工程樁的存在有效地減小了坑底土體的回彈，對基坑的穩定性起有利作用。當工程樁鄰近支護結構時，被動區土體得到加固，支護結構變形減小[12]。

4 雙排樁支護體系類型

增層開挖所形成的雙排樁組合支護結構在分布形式上較多。當增層開挖深度較淺時通過在既有支護結構外側補入等長支護樁兩者形成門架式雙排樁，如圖3a)所示。當既有建筑外墻距離既有支護結構較遠(兩者間距滿足施工要求)時，可以在既有支護結構內側補入新支護樁，如圖3c)所示。當既有支護結構距離建筑外墻較近時，在既有支護結構外側補入新增支護結構，形成h型雙排樁，如圖3b)所示。新增支護結構的補入應當依據工程環境而定，選擇相應的排樁布置類型。雙排樁支護結構布置類型不僅受到空間環境的影響，還要受到開挖深度的影響。當開挖面位于既有支護結構底部以下時，采用h型雙排樁支護結構，能夠合理的分配開挖面上部和下部的土壓力，既有支護結構也不會因為完全暴露出來而導致失效。因此在選擇雙排樁布置類型時應當綜合考慮空間環境和開挖深度的影響。

5 雙排樁支護結構受力特性

普通雙排樁支護結構在基坑開挖時前后排樁同時受樁背土壓力的作用，前排樁樁長對支護結構影響顯著。在雙排樁組合支護結構中，既有支護樁在增層開挖前就處于受荷狀態，新增支護樁在增層開挖過程中才會受到由樁間土傳遞過來的土壓力。兩者在服役順序和受荷大小上有明顯差異。當開挖面位于既有支護結構底部以上時，樁間土(被動區反壓土)可顯著改善前排支護結構的受力狀況[13]。既有支護結構在整個增層開挖過程中都不會發生傾覆破壞。當開挖面位于既有支護結構底部以下時，開挖至既有支護結構底端時，嵌固深度為零，既有支護結構退出工作，樁背土壓力會全部轉移至新增支護結構上。因此建議選擇合理的增層開挖深度，且在設計新增支護結構時考慮受荷時間的影響。

6 結語

本文以既有建筑下增層開挖為工程背景，分析總結了現有增層技術經驗，以增層開挖過程中支護結構體系為分析對象，分析了新舊支護結構施工流程、分布類型以及受荷特性，得出在選擇排樁支護體系分布類型時應當充分考慮基坑周圍環境以及開挖深度的影響，并應當綜合考慮既有基礎結構的有利作用。

[1] 馬景月.城市地下空間與開發利用規劃[J].地下空間,2002,22(3):200-208.

[2] 王星華,謝李釗,章 敏.深基坑開挖中雙排樁支護的數值模擬及性狀[J].中南大學學報,2014,45(2):596-602.

[3] 李立軍.雙排樁支護結構的數值分析與現場試驗研究[D].太原：太原理工大學博士學位論文,2013.

[4] 高印立.考慮圈梁空間效應支護樁的簡化計算[J].建筑結構,1998,11(1):36-39.

[5] 曾慶義,楊光華,鐘志輝,等.支護樁圈梁的作用機理與計算分析[J].巖土力學,1995,16(2):74-82.

[6] 吳銘炳,戴一鳴,林穎孜,等.基坑加深的加固措施及其效果[J].巖土工程學報,2010,32(S2):459-462.

[7] 吳銘炳,林穎孜,戴一鳴,等.軟土地基地下室加層的基坑支護[J].巖土工程學報,2010,32(S1):210-214.

[8] Fang Kai,Zhang Zhong-miao,Liu Xing-wang,et al.Numerical analysis of the behavior of special double-row support structure[J]. Journal of Civil Engineering and Management,2013,19(2):169-176.

[9] 蔡海波,吳順川,周 喻.既有基坑延深開挖穩定性評價與支護方案確定[J].巖土力學,2011,32(11):3306-3311.

[10] 陳亞軍,郭力群,徐芳超.基坑延深開挖復合支護結構有限元模擬[J].華僑大學學報(自然科學版),2013,34(3):316-319.

[11] 曹力橋.軟土地區深基坑開挖坑底隆起的有限元分析[J].巖土工程學報,2013,35(S2):819-824.

[12] 魯 宏,李小芳.考慮工程樁存在對深基坑變形性狀影響的有限元分析[J].昆明理工大學學報,2006,31(5):56-31.

[13] 鄭 剛,陳紅慶,雷 揚,等.基坑開挖反壓土作用機制及其簡化分析方法研究[J].巖土力學,2007,28(6):1161-1166.

Study on the pile supported system of supplementary excavation beneath constructed buildings★

Cheng Yuanhui1Hu Lifeng1Xie Zhengbing2Liu Nianwu2

(1.KeqiaoDistrictConstructionQualityandSafetySupervisionCenter,Shaoxing312030,China;2.SchoolofCivilEngineeringandArchitecture,ZhejiangSci-TechUniversity,Hangzhou310018,China)

Analysis of the differences between the new pit excavation and the existing pit excavation, the existing supporting structure will occur the problem of insufficient bearing capacity. By adding a new supporting structure compose a double-row piles system. This paper mainly analyzes the construction process, types and characteristics of the double row pile supporting system, point out that the existing retaining structure should be kept and the existing structure can be used as the support, and according to the excavation depth and site environment selected appropriate pile arrangement type

existing buildings, underground storey supplement, double-row piles, bearing capacity

1009-6825(2017)13-0049-03

2017-02-25★：浙江省科技廳公益技術研究項目(2014C31G2060052)

程元暉(1983- )，男，工程師

TU473.1

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