長短組合雙排樁基坑支護體系構建與應用

王 帥 于 洋 王緒勇 岳智強

1.青島地質工程勘察院（青島地質勘查開發局） 山東 青島 266000

2.青島地礦巖土工程有限公司 山東 青島 266000

在城市化進程中，在修建高層建筑、地鐵、隧道等工程時需要開挖深度較大的基坑。在這些工程中，基坑支護始終是一個關鍵的工序。長期以來，基坑支護技術在不斷地改進和完善，但仍然面臨很多挑戰。傳統的基坑支護方法已經難以滿足復雜工程的施工要求[1]。因此，新型的基坑支護技術不斷涌現。長短組合雙排樁基坑支護體系是一種新興的基坑支護技術，該體系遵循“支撐階段-封閉階段-拆除階段”的施工順序，將兩種長度不同的鋼筋混凝土雙排樁進行交錯排列，采用支撐和封閉系統，可有效地控制土體變形及結構沉降。同時，該體系施工速度快、安全性高，可以大大提高施工效率。在履行其基本功能的同時，該體系還大大降低了施工成本，具有顯著的經濟效益。本文將具體介紹長短組合雙排樁基坑支護體系的構建與應用，包括其原理、施工方法、監測以及相關工程案例。該文旨在為讀者深入了解基坑支護技術提供參考，為工程實踐提供有益借鑒。

1 長短組合雙排樁基坑支護技術應用案例

1.1 長短組合雙排樁基坑支護技術介紹

長短組合雙排樁基坑支護體系是一種常用于深基坑施工中的支護體系，該體系主要采用長樁與短樁雙排樁組合的方式，形成一個穩定的樁墻支護系統，長樁和短樁可以根據不同的地質條件和工程要求進行組合布置。具體來說，長短組合雙排樁基坑支護技術包括以下幾個步驟：第一、確定樁的位置和數量。在施工前，需要對基坑的地形、土層、水位等進行勘測和分析，確定樁的位置和數量。第二、鉆掘樁孔。鉆機依次在樁的位置上鉆掘長樁孔和短樁孔。第三、安裝樁筋。在樁孔內安裝鋼筋，并將其固定在樁孔底部的鋼筋架上。第四、澆注混凝土。分別在長樁孔和短樁孔內澆注混凝土，并按照要求進行振搗和養護。總的來說，長短組合雙排樁基坑支護技術具有施工簡便、支護效果好、抗震性能強等優點，因此在建筑施工中得到了廣泛應用。但是，該技術也需要考慮土壤條件、樁的材質和數量等因素，以確保基坑支撐結構的穩定和安全。

在現代城市建設中，建筑物的高度和規模不斷提高，為了滿足這些大型建筑的需要，建筑深基坑的施工需要越來越深。深基坑的施工需要采用高強度樁墻等穩定的支護措施來保證施工安全和工程質量。長短組合雙排樁基坑支護體系由于其支撐力強、施工效率高、適應性強和經濟性好等特點，成為了現代建筑深基坑支護施工中常用的一種重要技術。總之，長短組合雙排樁基坑支護體系是一種高效、經濟、穩定的基坑支護技術，其應用廣泛，適用于各種不同的地質條件和工程要求。

1.2 工程背景及要求

某工程需要建設一座地下停車場，基坑周長約620m，面積約20530m2，車庫地下三層,局部地下四層。工程±0.00的絕對標高為54.30m，現自然地坪絕對標高53.80m左右，車庫筏板頂標高39.60m，主樓筏板頂標高35.60m，筏板厚700mm，基坑開挖深度北區約為15.10m，南區為19.10m。由于場地較為狹窄，且周圍有較多已有建筑物，按照傳統的樁錨和鋼支撐方式較難實現。因此，需要采用更加適用的支護方式，以確保施工質量與周圍環境的安全。

1.3 技術方案設計

經過多次設計優化，選擇了長短組合雙排樁基坑支護技術。具體方案包括以下幾個步驟：

1.3.1 長短組合雙排樁施工

長短組合雙排樁的應用原理基于雙排樁的基礎上，通過在長樁和短樁之間設置連接件，將兩組樁連接在一起形成一個整體，以達到增強樁的整體剛度和抗拔能力的目的。通過長短組合的方式，能夠充分發揮兩種樁的優點，提高整體支撐的穩定性和承載能力，適用于較大深度和較大荷載的基坑支護。同時，連接件的設置也起到了減小樁周土體變形的作用，保證了基坑支護結構的穩定性和安全性。

1.3.2 樁頂連梁施工

單獨施工頂梁，與樁頂連接固定。當長短組合雙排樁施工完成后，需要進行樁頂連梁施工[2]。用鋼筋和混凝土澆筑樁頂連梁，連接所有的樁，使成為一個整體結構，確保支撐性能。

1.4 長短組合雙排樁對比及優化

1.4.1 不同構型支護體系對比分析

通過對原始設計的審查，發現主要問題是支護樁嵌固埋深不足和樁身強度不足。如果是在傳統情況下，最好的解決方案是重建支撐樁。然而，基坑的開挖已經很深了，而且原有Φ800mm間距1400mm的支撐樁，樁間間隙為600mm。因此，在樁間增加新樁的可能性幾乎為零，這給設計和施工帶來了困難。通過工程實例分析，確定在現有支護樁外側增設一排支護樁，形成雙排樁支護結構。

首先，采用傳統的雙排樁體系，在滿足規范要求的條件下，通過實驗計算確定埋深至少應為11.5m，即施工樁長不應小于28.5m。嘗試增加一排與現有規格相同的Φ800mm長22m支撐樁，形成雙排樁支撐結構。計算結果表明，整體穩定性和抗傾覆穩定性滿足要求，樁頂水平位移滿足要求。然而，埋置深度不夠，無法保證內部土體穩定。當基坑深度接近19.1m時，并沒有貿然采用。

在此基礎上，建議增加一排長樁，形成長短組合雙排樁的結構形式。為了確保安全，對新增樁在單獨作用下的工作條件進行了審查。試驗結果表明，埋深14.9m，可以滿足整體穩定性和抗傾覆穩定性的要求，但變形較大。這種情況下的試算是為了確保雙排樁不會發揮其最大作用，并在不失去控制的情況下保持外排樁的基本安全。

在設計過程中，對樁身上的應力進行了分析，發現增加埋深對調整樁身應力沒有顯著影響。通過計算分析，證實了雙排樁剛架結構中的樁與單排樁在應力特性上存在顯著差異：錨式單排樁僅在水平荷載作用下產生彎矩和剪力，而雙排樁剛架結構在水平荷載作用下產生彎矩和剪力，剪力遠低于單排樁。

1.4.2 長短組合雙排樁定型及優化

從前一部分的計算結果來看，由于雙排樁基的嵌固檢驗與單排懸臂樁基的嵌固檢驗是類似的，與單排樁相比，雙排樁的抗傾穩定性計算中，考慮了土體及樁身重量的影響，提出了雙排樁的抗傾穩定性計算公式。研究表明，利用長、短雙排雙排樁結構，在雙排樁頂設置聯接梁，使內、外雙排樁形成一個整體，實現對支護結構的整體穩定與變形控制。

在優化設計中，主要集中在樁體，特別是后排樁的加強上。總剪力矩和總剪力矩都很小，且集中在中部。由于上、下兩個部位的受力比較小，所以在樁體中采用了上、中、下三個部位不同配筋，上段(0.0 ～ -6.0m)和下段(-21.0 ～ -32.0m) 經計算后，可將鋼筋減至一半。對已建的前排樁基，在通過附加錨索進行彎矩調節后，仍可保證原有鋼筋的受力，并設置混凝土腰梁，提高支撐結構的整體變形協調能力。

最后的方案是：前排樁22.0m，樁徑0.8m，樁間距1.4m+后排樁32.0m，樁直徑0.8m，間距1.4m長短復合雙排樁支撐結構。對改變的設計方案作了具體的論證。經認真研究后，一致認為應采取此項技術方法，并同時強化變形監控和堅持信息化施工的前提下，予以推廣應用。

2 長短組合雙排樁基坑支護技術施工監測與控制

長短組合雙排樁基坑支護技術是一種在基坑周圍設置長度不同的樁，以形成雙排樁墻的支護技術。施工監測與控制是確保該技術施工安全的重要手段，在此介紹其基本監測參數、監測儀器與設備以及監測與控制方法[3]。

2.1 基本監測參數

基坑變形監測：基坑變形是一種基本的監測參數。變形監測旨在監測基坑周圍地面、建筑物和樁體的變形情況，通過變形量的量化分析，評估基坑開挖對周圍結構的影響。

基坑土壓力監測：基坑土壓力監測主要是針對樁周土壓力以及基坑外土壓力的監測，各種土壓力的變化情況可以幫助工程師及時發現存在的問題。

樁身變形監測：長短組合雙排樁在支護時會存在一定的受力情況，因此需要對樁身變形進行監測，以確保樁的安全和可靠性。

2.2 監測儀器與設備

變形監測儀器：變形監測儀器分為傳統儀器和電子儀器，傳統儀器包括水準儀、經緯儀等，電子儀器包括全站儀、激光測距儀、位移計等。

土壓力監測儀器：土壓力監測儀器主要包括土壓計、壓力傳感器等，用于監測挖掘機的壓力、樁周土壓力、基坑外土壓力等信息。

樁身變形監測儀器：樁身變形監測儀器包括測斜儀、激光測量儀等。

2.3 監測與控制方法

實時監測：監測數據可以通過網絡實時傳輸到監測中心，以便工程師及時發現問題并作出調整。

系統控制：根據監測數據分析結果，工程師可以在一定程度上控制挖掘機的施工速度和幅度，減少基坑變形和土體位移。

緊急處置措施：當發現基坑變形超出警戒線，需要立即采取緊急處置措施，以確保工人的人身安全和土體穩定性。

2.4 實際施工與效果監測

經過數月的施工，最終在質量驗收合格后整個建筑工程完工。在使用一段時間后，效果明顯：基坑內土方穩固，墻體平整，無任何傾斜、開裂和坍塌等現象；建筑結構穩定，在負載條件下保持良好的整體性和穩定性；停車場使用期間，經過相應的監測，未出現任何危險情況，施工質量得到充分的保證。

3 長短組合雙排樁基坑支護技術發展

3.1 優勢分析

長短組合雙排樁基坑支護技術是一種先進的基坑支護技術，長短組合雙排樁基坑支護具有承載力高、穩定性好、施工效率高、成本低廉等優勢，適合用于需要較深基坑支護的場合。具有以下優點：

應力分布均勻：長短組合雙排樁的間隔互相交錯，使得整個基坑內的應力分布均勻，從而降低了單排樁的荷載集中率。

支護性能穩定：長樁能夠確保整個樁身深入地下，增大支護距離；短樁能夠適應土體的變形及地下水的滲流。這種長短組合相結合的設計，讓整個基坑支護性能更加穩定可靠。

施工周期短：基坑支護施工周期短，不易受土層變化的影響，能夠滿足高強度迫切施工需求。

3.2 劣勢分析

然而，長短組合雙排樁基坑支護技術并不是完美的，它也存在以下缺點：

樁身縱向連接固定困難：長、短樁組合的支護方式，必須通過頂梁連接起來。連接方法決定其受力性能的優劣，連接不到位，則可能影響整體支護效果。

施工中樁機能力要求高：長短組合雙排樁基坑支護技術需要經過高效的施工方式，要求施工單位具備高品質的施工水平、先進的挖掘機械和完善的的施工管理體系。

因此，在實際的基坑支護施工中，必須全面評估工程的實際需求、現場特點和技術水平，選擇最優的基坑支護方案。

3.3 未來發展方向

長短組合雙排樁基坑支護技術是一種先進的地下工程支護技術，在未來的發展中，主要有以下方向。

提高支護效能：隨著科技的發展和人們的需求增長，長短組合雙排樁基坑支護技術需要提高其支護效能，包括提高樁的承載力和剛度等方面。

生態環保：環保已成為各行各業的重要發展方向，長短組合雙排樁基坑支護技術也不例外。在未來發展中，需要更加注重環保指標，減少廢棄物的排放，提高工程建設的可持續性。

智能化：智能化技術是未來工程建設的趨勢，長短組合雙排樁基坑支護技術也需要借鑒這些技術。例如，通過傳感器實時監控混凝土的強度和樁的變形情況等，可以優化支護方案，提高施工效率和質量。

風險因素控制：在長短組合雙排樁基坑支護技術的未來發展中，風險因素的控制是非常重要的。例如，在施工過程中，可能會遇到地下水、軟土、斷層等問題，需要通過適當的措施控制風險，保證工程的穩定性和安全性。

長短組合雙排樁基坑支護技術在未來的發展中，需要繼續注重提高技術水平、開發新的材料和技術、增強支護效能、促進智能化與環保等方面的綜合發展，以滿足不斷變化的市場需求和應對未來面臨的挑戰。

4 結束語

綜上所述，長短組合雙排樁基坑支護體系的構建和應用，是在長期工程實踐中形成的經驗總結和技術創新。該技術具有支撐能力強、施工難度小、工期短、適用范圍廣等優點。在建筑、交通、水利等領域得到廣泛應用，并在未來的發展中，在支護效能、環保、智能化以及風險因素控制等方面面臨著更大的挑戰和需求。因此，繼續發揮該技術的優勢和特點，注重技術創新和提高應用水平，將有助于推動工程建設的發展和進步。