淺談深厚軟土地區雙排樁支護結構設計與加固

黃文敏，陳玉新

（1.廣東省水利電力勘測設計研究院有限公司，廣東 廣州 510635；2.廣東博意建筑設計院有限公司，廣東 佛山 528312）

0 前言

在沿河或沿海地區的水利、建筑工程，如水閘、海堤加固、河道整治等項目，通常會遇到深厚的淤泥或淤泥質土地層。而這類軟土地層具有高含水率、抗剪強度低、壓縮性大、承載能力低、高流變性等特點，對主體結構的基坑開挖與支護提出較大的挑戰。另外，受場地范圍、基坑內無法設置對撐等因素的限制，在該類地質條件下通常選取雙排樁支護方式。因此，為了進一步認識雙排樁支護結構的工作機理并采用針對性的措施以保證基坑安全具有重要意義。本文根據雙排樁支護結構特點并結合實際工程案例，總結和探討了深厚軟土地區雙排樁支護結構的加固處理措施。

1 增加被動土壓力

根據《建筑基坑支護技術規程》（JGJ 120-2012）［1]第4.12.5條關于雙排樁抗傾覆穩定驗算公式，隨著被動土壓力的增加，基坑的嵌固穩定性將逐漸提高。相關研究結果也表明，增加被動土壓力可提高基坑穩定性，減小雙排樁支護結構的變形及內力［2]。工程中常采用基坑內反壓土臺、加固基坑內被動土體等方式增加被動土壓力。

1.1 基坑內反壓土臺

基坑內反壓土臺加固措施是深基坑搶險中最常用、最有效的措施之一。反壓土臺相當于減小基坑開挖深度，既增加了基坑被動土壓力，同時也提高了基坑穩定性。當險情較嚴重時，也可在基坑內側回填素混凝土。基坑內反壓土臺也常用于深厚軟土地區雙排樁支護結構的加固處理，基坑內反壓土臺示意圖見圖1。

圖1 基坑內反壓土臺示意圖

1.2 加固基坑內被動土體

被動土體加固方式有水泥攪拌加固、旋噴注漿加固、鋼花管注漿加固等，不管采用何種加固方式，需綜合考慮施工條件、場地地質情況、周邊環境、基坑開挖深度等因素。目前加固材料主要以水泥漿為主，通過水泥漿改善土體彈性模量、黏聚力、內摩擦角等力學指標，提高基坑被動土壓力。實踐證明，被動土體加固可顯著提高深厚軟土基坑中雙排樁支護結構的穩定性。

如中山某項目基坑位于深厚淤泥地層，基坑采用雙排樁支護結構，該基坑開挖至坑底時最大位移為17.56 mm，變形未超設計控制值。開挖至坑底后的第二天，由于基坑內出土車道出現滑坡，導致基坑內工程樁出現不同程度偏移，引起基坑內淤泥土層擾動。基坑內被動土受到擾動導致抗剪強度指標急劇降低，出現滑坡第二天，監測位移變化最大點一天增量為36.19 mm，遠超每天變形發展速率不超過3 mm 的設計要求。出現險情后立即在基坑內進行反壓土回填，隨后基坑變形趨于穩定。后期再對靠近基坑邊的淤泥采用旋噴樁加固（見圖2），加固后開挖反壓土臺，基坑變形仍保持穩定，該加固措施有效控制了基坑的變形，防止了支護結構失穩，險情得到控制。

圖2 基坑內被動土體加固示意圖

2 減小主動土壓力

根據《建筑基坑支護技術規程》（JGJ 120-2012）［1]第4.12.5條關于雙排樁抗傾覆穩定驗算公式，基坑外側主動土壓力位于分母，隨著主動土壓力的減小，基坑的嵌固穩定性相應提高。因此減少主動區土壓力同樣能提高基坑穩定性。常用的減少主動土壓力方式有卸載坑頂土方、加固基坑外側主動土體等。

2.1 卸載坑頂土方

卸載坑頂土方同樣為深基坑搶險過程中最常用最有效的措施之一，見圖3，坑頂卸載相當于減少基坑開挖深度，從而達到減小主動土壓力，提高基坑穩定性的目的。但坑頂卸載對基坑周邊環境有一定要求，只有當基坑頂部比較空曠，無重要建（構）筑物、管線等情況才能實施，且在實施過程中一般需先對基坑內部進行反壓土臺，以確保施工機械在坑頂施工的安全。

圖3 坑頂卸載土方示意圖

2.2 加固基坑外側主動土體

在深厚軟土雙排樁支護結構設計時一般很少會考慮基坑外側主動區加固，當基坑支護出現險情后，最開始的處理方案一般為基坑內進行反壓回填，但反壓土臺只能作為臨時搶險措施，后期需要挖除。見圖4，待完成反壓土臺回填且基坑變形趨于穩定后，可對主動土體進行加固，主動土加固后再開挖反壓土臺。主動土加固范圍可根據軟土厚度、基坑開挖深度、周邊環境等確定。常用的主動土體加固方法與被動區加固方法一致，通過土體加固，改善土體力學指標，減少基坑主動土壓力，有效限制基坑變形，提高支護結構穩定性。相關研究成果也表明，位于深厚軟土區域的雙排樁支護結構，在一定深度范圍內加固主動土可以減少雙排樁的位移和彎矩［2]。

圖4 主動土加固示意圖

3 增設支點

雙排樁支護結構通過前后排樁協同工作，利用自身的剛度抵抗側向土體壓力，目前常用的支護方式為懸臂雙排樁。在實踐中，為了滿足不同條件下的支護要求，越來越多的組合式雙排樁出現，也有部分設計人員將雙排樁支護結構結合內支撐［3]及錨索［4]進行應用，當雙排樁支護結構結合支撐或錨索時，在控制基坑側向變形方面優于懸臂雙排樁。在建筑基坑支護技術規程（JGJ 120-2012）［1]中規定，擋土構件的嵌固深度對多支點支護結構不應小于0.2H（H為基坑開挖深度），對單支點支護結構不應小于0.3H，對懸臂式支護結構不應小于0.8H。可見，增加支點對限制基坑變形、提高基坑穩定起到重要作用。在深厚軟土雙排樁支護結構中，常采用的增設支點的方式有增設錨索、增設支撐等。

3.1 增設錨索

增設錨索可以提高支護結構抗力，增加基坑支護結構穩定性，但在深厚軟土中因土層的黏結強度較低，普通錨索很難提供較大的錨固力，從而達不到設計所需的錨索抗拔力，進而達不到加固效果。在深厚軟土中雙排樁支護結構常用的處理方案是增設擴大頭錨索（如旋噴錨索），通過高壓旋噴擴大錨固體直徑，從而達到設計所需拉力。如武漢某基坑同樣位于深厚軟土地區，采用雙排樁支護方式，當開挖到基坑底時，累計變形為10 mm～15 mm，但在主體結構施工期間，基坑的變形隨時間逐漸增加，路面出現5 mm～20 mm 裂縫，基坑頂累計變形超過50 mm，日均變化速率已達5 mm～10 mm。在基坑監測出現報警后，增設旋噴擴大頭錨索，進行動態設計及信息化施工，錨索張拉后基坑變形趨于穩定，有效阻止了雙排樁支護結構的進一步變形，見圖5。

圖5 增設錨索支點示意圖

3.2 增設支撐

增設支撐與增設錨索的原理相同，也可提高雙排樁支護結構的抗力，深厚軟土中增設支撐可不受軟土黏結強度較低的限制。因此，在深厚軟土雙排樁支護結構的破壞處理措施中，增設支撐較增設錨索更可靠。常用的支撐形式有斜撐、拋撐等，還可以采用局部逆作法，采用主體結構樓板作為支點。但支撐的設置會影響后期土方的開挖及主體結構施工，還需考慮拆撐對雙排樁支護結構的影響等，因此，增設支撐時需綜合考慮多方面原因選擇合理的支撐布置形式。實踐中應用較多的為拋撐方式，因為拋撐的影響范圍較小，一般不需要增加立柱，見圖6。

圖6 增設支撐支點示意圖

4 加強支護結構

由于地層條件、基坑開挖深度、周邊荷載的變化等原因，在原雙排樁支護結構因外界條件變化產生風險時，加固方式也可以從加強支護結構本身入手。林鵬［5]在汕頭某深厚軟土基坑失穩補強中，采用增加一排支護樁來加強支護結構剛度，懸臂單排樁支護結構加強為雙排樁支護結構，取得了較好的效果。同理，若雙排樁支護結構需要補強時也可增加一排支護樁以提高支護結構剛度。田忠青等［6]以航道整治工程中采用的新型三排樁圍護結構為例，研究了三排樁結構的受力變形規律。三排樁較雙排樁更能提升支護結構的抗傾覆性能及變形控制能力，可采用增加支護樁強度的措施來防止深厚軟土中雙排樁支護結構的破壞。

5 其它加固措施

在實際工程應用中，對于深厚軟土地區的雙排樁支護結構需綜合考慮各種因素，采用動態化設計及信息化施工，以防止基坑支護結構失穩與破壞。其它一些加固方式如下：

（1）合理的土方開挖方案在深厚軟土雙排樁支護結構中至關重要，精細化的土方開挖會大大提高基坑的安全性，深厚軟土中需分層分段均衡開挖，建議分段長度不超過20 m，分層開挖高度控制在1.5 m 以內，嚴格控制開挖標高，避免超挖。

（2）避免因基坑內出現較大高差導致坑內滑動而影響基坑內已施工工程樁及擾動被動土體，必要時需對軟土地區基坑出土口進行加固。

（3）嚴格控制基坑頂堆載，基坑超載應嚴格控制在設計超載范圍內。

（4）因軟土具有蠕變特性，變形隨時間的增加而增加，基坑開挖到底后，需盡快封底并進行下一步工序，減小基坑的暴露時間，降低基坑風險。

（5）應嚴格根據基坑監測規范［7]的要求進行監測及現場巡查，動態施工，發現異常及時上報處理，當監測數據達到報警值時，立即停止施工啟動應急預案。

（6）加強排水，及時封閉基坑頂和坑底土體，按設計要求施工基坑頂和基坑底排水溝及集水井，確保排水通暢，嚴禁基坑內及基坑頂長時間積水。

6 結語

本文闡述了深厚軟土地區雙排樁支護結構的影響因素，并結合軟土基坑工程案例，總結了深厚軟土地區雙排樁支護結構的常見加固處理措施。從增加被動土壓力、減小主動土壓力、增設支點、加強支護結構等角度出發并采取針對性的措施，對提高雙排樁支護結構的安全具有良好效果。本文研究成果可為深厚軟土地區雙排樁支護結構設計與加固提供參考。