雙排樁在永久護岸工程中的應用

常根朋，李連成

(鹽城市水利勘測設計研究院，江蘇 鹽城 224002)

近些年來由于經濟的快速發展，城市建設發展不斷加速，隨著城市居民遷入數量的不斷增加，需開發新建大量商品樓，在高層建筑施工中深基坑支護技術廣泛使用。基坑支護方式有很多種，如采用單排灌注樁或預應力管樁，配合內支撐、錨桿等即可滿足工程需要。雙排樁作為今年來新出現的一種支護手段，通過頂部的聯系梁、冠梁將雙排樁形成一個整體，抵抗墻后土壓力。雙排樁的使用在解決邊坡穩定問題中具有施工方便、節約投資、節省土地、適用性強等優點。

本次鹽城市防洪工程三英閘站站身上下游河道兩岸均有居民住房，且河底高程為-3.5m，河頂高程為2.5m，河道深6.0m，根據其他防洪工程河坡放坡1∶3.0，則每側放坡水平距離長為18m，無空間布置河道邊坡，鑒于排樁護岸在深基坑支護方面的應用，采用雙排樁對6.0m高邊坡進行防護，作為永久工程使用。

1 工程實例

1.1 工程概況

鹽城市第Ⅰ防洪區(城北新區)面積117.8km2，為鹽城市亭湖區新洋街道、新興鎮所在地，區內現有車站、鐵路交通干線、重要輸變電樞紐、蘇北最大的商貿城等。現狀第Ⅰ防洪區排澇標準偏低，2003、2006、2007及2015年4次大水均給該區域造成了巨大損失。為了提高區域防洪排澇標準，保障經濟社會建設安全，市區第Ⅰ防洪區初步形成防洪包圍圈，實施了串場河三英閘站工程。

串場河三英閘站位于與皮岔河交匯處的串場河上，閘站中心距離皮岔河中心約800m。閘站為防洪、排澇、引水和通航結合的工程，工程等別為Ⅲ等，主要建筑物級別為2級。

閘站正向設計排澇流量為30m3/s，反向設計引水流量為10m3/s，布至于通航孔兩側，閘室垂直水流向總寬46.40m，順水流向長26.0m。站身上下游接清污機橋，外因土地空間限制采用排樁護岸與現狀河坡銜接。

1.2 地質條件

本次勘探揭露，勘區內地層為第四紀濱海—河流相沉積所形成。具體土層分述如下：

本次工程第(2)層粉質黏土：飽和，可塑～軟塑，自上而下漸變軟，夾少量壤土團塊，欠均勻。層底標高0.74m，壓縮模量Es=3.6MPa，承載力特征值fak=90kPa。

第(3- 2)層輕粉質砂壤土：灰色，濕，稍密，含云母碎屑，無光澤反應，低干強度，低韌性，搖震反應迅速，不均勻。層底標高-2.38m。壓縮模量Es=7.41MPa，承載力特征值fak=85kPa。

第(3- 3)層淤泥質粉質黏土：灰色，飽和，流塑，稍有光澤，中等干強度，中等韌性，無搖震反應，較均勻。層底標高-7.34m，壓縮模量Es=2.39MPa，承載力特征值fak=65kPa。

第(4)層粉質黏土：上部灰黑色，向下漸變為黃褐色，飽和，可塑，偶夾壤土團塊，含鐵錳結核，稍有光澤，中等干強度，中等韌性，無搖震反應，欠均勻。層底標高-11.36m。壓縮模量Es=7.56MPa，承載力特征值fak=195kPa。

第(5)層粉質黏土夾輕粉質壤土：灰黃～褐黃色，其中粉質黏土，飽和，軟塑，含鐵錳質浸染斑點及少量礓石，切面稍有光澤；輕粉質壤土，很濕，稍密，無光澤反應，欠均勻。層底標高-14.07m。壓縮模量Es=3.82MPa，承載力特征值fak=100kPa。

第(6- 1)層粉砂：褐黃～灰黃色，飽和，中密，局部稍密，礦物組成以石英為主，含云母碎片，偶夾輕粉質砂壤土，層底標高-15.67m。壓縮模量Es=7.95MPa，承載力特征值fak=170kPa。

第(6- 2)層輕粉質壤土夾砂壤土：灰色，濕～很濕，稍密，含云母碎屑，無光澤反應，低干強度，低韌性，搖震反應中等，不均勻。層底標高-16.41m。壓縮模量Es=5.37MPa，承載力特征值fak=100kPa。

第(6- 3)層粉砂：灰黃色，飽和，中密，局部密實，礦物組成以石英為主，含云母碎片，偶夾壤土條帶，欠均勻。層底標高-21.09m。壓縮模量Es=8.01MPa，承載力特征值fak=160kPa。

河底高程為-3.5m，位于第(3- 3)層淤泥質粉質黏土，壓縮模量Es=2.39MPa，承載力特征值fak=65kPa，均較小。

1.3 地下水

勘區勘探深度范圍內地下水主要為賦存于松散沉積物中的孔隙水，第(3- 5)、(4)層以淺地下水具潛水性質，與地表水連通較好，其補給來源為大氣降水和地表水，主要排泄方式為蒸發和徑流。勘察時測得鉆孔內地下水(潛水)初見水位標高在0.79～0.82m之間，平均在0.81m左右；2017年5月9日測的標高在1.05m左右。本次排樁護岸設計取地下水位1.0m。

2 雙排樁護岸設計

2.1 方案設計

考慮河坡高6.0m，初選單排樁加錨桿、雙排樁兩種方案對比。由于現狀兩岸房屋及給排水管道、堤線電纜等設備，施打錨桿不具備安全可操作性，最終確定采用雙排樁支護。閘站內外河側均采用排樁護岸與現狀河坡銜接，因外河側擋墻較高，故本次取外河側為例闡述說明。

參照基坑支護工程，閘站外河側采用C30鋼筋砼鉆孔灌注樁排樁與外河側清污機橋以及外河側原駁岸連接。樁徑均為60cm、前排樁樁中心距為0.95m，后排樁樁中心距為1.9m，兩排樁排距為2.38m。前后排樁樁頂均設蓋梁和連梁，梁頂高程1.00m，前排樁樁底高程為-18.0m，后排樁樁底高程為-15.0m。在前排樁樁頂設鋼筋砼墻，墻頂設花壇兼作擋浪墻；墻身頂高程2.90m，花壇頂高程3.90m，墻后填土面高程2.90m。前排樁河底以上臨水側采用現澆12cm厚鋼筋砼掛板防護。

考慮施工過程中基坑滲水作用，在前后排灌注樁間，施打水泥土攪拌樁兩排，可起到凝固土體、護岸止水等作用。

具體如圖1—2所示。

2.2 結構計算

根據本次工程中排樁護岸的作用，排樁結構失效后、土體過大變形對主體工程的影響程度，本次參照基坑支護規范，確定安全等級為二級，控制最大水平位移允許值為0.005h，外河側河坡高6.4m，位移允許值為32mm。

本次雙排樁在水利護岸工程中的應用與深基坑支護工程對比，最大不同之處在于，建筑深基坑的支護一般在基坑四周均采用了支護，支護結構之間形成了支撐，局部為了控制樁體位移，施加了內撐，而本次護岸單側長度約為30m，30m長護岸兩端均無支撐，可作為純懸臂結構考慮[2]，前后排樁頂部冠梁剛度較小，位移較大。根據多次計算，在土層、擋土高度、計算方法均相同的情況下，發現前后排樁冠梁剛度對位移影響較大，參閱相關資料，對于這樣的情況，有學者認為，剛度可在2～5MN/m之間取值。本工程結合不同剛度值進行了試算，計算采用理正深基坑軟件計算。計算結果見表1。

表1 不同剛度下樁頂位移值

通過試算發現不同剛度情況下，位移不同、位移圖形也不同，如圖3所示的分析圖像我們可以確定的得出，對于懸臂結構，在受到單側推力時，最大位移應該發生在頂部，且計算點埋深與位移變形值近似于正比例關系，類似于圖1中剛度0.01MN/m的情況，而不是像剛度為5.0MN/m時，樁頂位移受到限制，樁頂下端某一深度位移值最大。

通過以上研究，本次計算忽略樁頂冠梁橫向剛

圖1 外河側護岸排樁結構圖

圖2 A-A剖面圖

圖3 不同剛度計算下位移圖形

度，僅考慮樁體自身作用，但軟件默認最小剛度值為0.001MN/m進行計算。

水利工程不同于建筑工程，本次對施工及運行期雙排樁護岸進行計算，計算結果如圖4所示。

圖4 計算位移曲線圖

由計算結果可以看出，施工期及運行期位移值均較大，其中施工期已非常接近限制值，分析其原因，主要為排樁護岸臨水側河底往下至-7.34m均為第(3- 3)層淤泥質粉質黏土，厚3.84m，該層土壓縮模量Es僅為2.39MPa，土體狀態飽和，流塑，由此得出樁前土質較軟，抵抗變形能力差，在排樁后土壓力的作用下，壓縮變形大，導致樁體位移大[3]。

2.3 加固設計

考慮樁前第(3- 3)層河底往下厚3.84m，厚度較大，為保證工程安全性，并結合建設單位意見，對排樁護岸進行加固處理。經院內討論，并咨詢相關專家，提出兩種處理方案。

方案一：樁前河底處采用水泥土攪拌樁加固如圖5所示，加固范圍寬3.18m，呈“山”字型，樁底高程為-8.0m，該方案增加總投資約為40萬元。

方案二：在排樁護岸后采用2根同直徑鉆孔灌注樁做為后支撐加固如圖6所示，加固冠梁長3m，樁底高程為-15.0m，該方案增加總投資約為75萬。

對比以上兩方案，并考慮施工單位施工技術質量，經專家組、建設單位等參建單位討論，確定采用方案二對本次排樁護岸進行加固。加固后排樁護岸不在為懸臂結構，冠梁剛度經計算為45.8MN/m，計算結果河底以上施工期樁體最大位移為3.41，運行期為2.07mm，位移圖形如上圖3中剛度為5.0MN/m時。

3 排樁施工及效果

先期實施水泥土攪拌樁之后實施灌注樁，再以土模作為底模澆筑蓋梁、連梁，形成排樁護整體；待樁前底格埂完成后再實施樁前護板，擋墻后土方待閘站放水前回填至設計高程。

施工完成后如圖7所示，經第三方檢測單位檢測，河底以上樁體位移平均值為3.2mm，小于設計計算值，現場查看樁前防護掛板，無開裂、無變形、無漏水，效果良好。

圖5 加固方案一剖面及平面圖

圖6 加固方案二剖面及平面圖

圖7 施工后現場圖片

4 結論及建議

雙排樁做為一種新型的支護形式，在土木工程中已廣泛施工，本次結合三英閘站在水利工程中的使用尚屬少數，本文的介紹證明了雙排樁作為永久工程在水利護岸中的應用是安全可靠的。從后期的檢測資料、查看結果以及對施工單位的回訪，普遍認為雙排樁支護具有施工影響小、占地少、施工快等優點。

文章討論了無支撐情況下冠梁剛度的取值，通過定性的判斷、定量的計算，得出樁體位移，具有可靠性，經得起推導。

與建筑深基坑設計的最大不同是雙排樁在建筑基坑的應用，一般作為臨時工程，按照JGJ 120-2012《建筑基坑支護技術規程》執行，而本工程是作為永久工程使用，無對應的技術標準，本文只能參照基坑支護規程設計。

本次雙排樁在水利工程中作為永久護岸的使用，為以后水利工程中類似問題的解決提供了參考依據，文獻支持。

通過本次對雙排樁的設計計算，深感缺少相應的技術標準、設計理論及計算軟件，建議在以后的科研中加強雙排樁在水利工程中的應用研究，編制技術標準、提出設計理論、開發計算軟件，填補行業空缺。