張義強 何小飛

1.中鐵建設(shè)集團有限公司 100040;2. 北京市機械施工有限公司 100045

雙排樁支護設(shè)計

張義強1何小飛2

1.中鐵建設(shè)集團有限公司 100040;2. 北京市機械施工有限公司 100045

本論文以某一具體工程局部支護設(shè)計為例，使用同濟啟明星計算軟件計算不同模式下雙排樁支護結(jié)構(gòu)，并對計算結(jié)果進行比較分析，確定某一比較合理的計算模型或是得到某一范圍內(nèi)的經(jīng)驗系數(shù)，同時驗證了施工方案的合理性。為今后類似工程的設(shè)計和施工，提供一定的參考。

支護結(jié)構(gòu); 計算模型; 雙排樁; 經(jīng)驗數(shù)據(jù)

1.地理位置

北京奧林匹克公園中心區(qū)地下空間（商業(yè)）Ⅱ標段位于北京市朝陽區(qū)奧林匹克公園中心區(qū)內(nèi)。其總占地面積約8.45公頃，建筑面積16.06萬平方米。場區(qū)自然地面絕對標高為44.00m，±0的絕對標高為41.70m。基坑開挖深度主要有三種，分別為16.98m、18.64m和18.98m。場區(qū)東側(cè)為地下聯(lián)系通道Ⅱ標段，開挖深度約為16.00m，其正在進行結(jié)構(gòu)施工；西側(cè)為同期施工的下沉花園，開挖深度為12.68m；北側(cè)距大屯路約30m，南側(cè)距中一路約20m。

2.工程地質(zhì)條件

根據(jù)巖土工程勘察報告，場區(qū)內(nèi)土層按其成因年代劃分為人工堆積層、新近沉積層及第四紀沉積層共3大類。涉及基坑邊坡支護的土層參數(shù)見表1。

3.水文地質(zhì)條件

場區(qū)內(nèi)分布的第1層地下水（臺地潛水）為天然動態(tài)類型，屬滲入－蒸發(fā)、徑流型。其水位年動態(tài)變化規(guī)律一般為：6月份～9月份水位較高，其它月份相對較低，年變化幅度一般為3～4m。第2層、第3層地下水（層間水）為天然動態(tài)類型屬滲入－徑流型；其水位年變化幅度一般為2m左右。第4層地下水（潛水）為天然動態(tài)類型屬于滲入－徑流型；其水位變化規(guī)律一般為：11月份～來年3月份水位較高，其它月份水位相對較低，其水位年變化幅度一般為5～6m。地下水位情況見表2。

表1 土層參數(shù)

表2 地下水水位量測情況一覽表

4.東南角支護結(jié)構(gòu)

根據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計，基坑南側(cè)設(shè)置一東西貫通的管廊（其寬度為3.70m），其標高為-7.10（該管廊上部需預(yù)留30mm的土層采用人工清除）。

在施工基坑?xùn)|南角處時發(fā)現(xiàn)上部約3.5m范圍內(nèi)存在大量破碎殘余管道及其原狀結(jié)構(gòu)。原設(shè)計中，該處采用上部土釘墻，下部護坡樁＋預(yù)應(yīng)力錨桿進行支護（土釘墻支護高度為11.80m，樁錨支護高度為5.20m）。根據(jù)現(xiàn)場的實際情況，該處土釘成孔長度達不到設(shè)計要求，原方案無法進行施工。對該處需重新進行設(shè)計，具體支護結(jié)構(gòu)如下，管廊的上部3.5m內(nèi)采用坡度為1：0.3的土釘墻進行支護，3.5m以下采用護坡樁＋一道預(yù)應(yīng)力錨桿支護結(jié)構(gòu)，護坡樁樁頂標高為-0.80。管廊下部采用護坡樁＋兩道預(yù)應(yīng)力錨桿支護結(jié)構(gòu)，護坡樁樁頂標高為-7.17（見圖1和圖2）。管廊上下兩排樁預(yù)留施工工作面均為1000mm，護坡樁樁徑均為600mm，樁間距均為1.20m。

圖1 東南角支護結(jié)構(gòu)平面圖

圖2 東南角支護結(jié)構(gòu)剖面圖

圖3 東南角支護結(jié)構(gòu)效果圖

5.東南角支護結(jié)構(gòu)設(shè)計

施工中該區(qū)域采用啟明星計算軟件進行支護結(jié)構(gòu)的設(shè)計。將開挖深度分為兩部分進行支護結(jié)構(gòu)的計算。第一部分管廊上部基坑開挖深度為9.8m，采用Φ600@1200灌注樁圍護結(jié)構(gòu)，樁長為12.8m，樁頂標高為0m。計算時考慮地面超載20kPa，詳見圖4。

圖4 管廊上部支護結(jié)構(gòu)設(shè)計模式

第二部分管廊下部7.88米圍護結(jié)構(gòu)計算書管廊上部按挖土模式（在計算模式中將管廊上部垂直土層去掉，使得在計算中更接近現(xiàn)實情況）考慮，挖土高度h=9.8m-0.3m(人工清漕)。管廊下部7.88m采用Φ600@1200灌注樁圍護結(jié)構(gòu)，樁長為11.88m，樁頂標高為-9.5m。計算時考慮地面超載20kPa，詳見圖5。基坑附近有附加荷載如圖6和表3所示。

圖5 管廊下部支護結(jié)構(gòu)設(shè)計模式

圖6 附加荷載

根據(jù)以上計算模式，設(shè)置在4m、10m和14m處預(yù)應(yīng)力錨桿水平受力依次為：

管廊下部第一道預(yù)應(yīng)力錨桿為兩樁一錨，間距為2.4m，傾角為15°，錨桿的安全系數(shù)取1.1。因此得出管廊下部第一道錨桿水平受力為T=89.1×2.4×1.1=235.22KN。根據(jù)以往施工經(jīng)驗，在利用同濟啟明星計算軟件計算時因按挖土模式考慮，與實際受力比較偏小。該處水平受力取值為450KN，則所取經(jīng)驗系數(shù)為450/235.22＝1.91。

該區(qū)域根據(jù)以上設(shè)計進行施工，效果良好，未出現(xiàn)任何不良現(xiàn)象。

為了確定與工程情況最貼近的計算模型，并驗證以上設(shè)計的合理性。在查閱同濟啟明星說明書、相關(guān)計算理論工具書下，結(jié)合工程實際情況，利用同濟啟明星軟件建立下面所述的4種模式，并利用二分之一分擔(dān)法進行手工計算加以核算。

5.1 計算模式一

將上部臺階土層按照附加荷載進行折算。附加荷載包含兩部分：第一部分：來往人群及車輛等的作用，取荷載P為30kPa；第二部分：臺階上部層厚共計9.5m的土層荷載，該荷載作用寬度b取20米。基坑開挖深度為7.88m，采用Φ600@1200灌注樁圍護結(jié)構(gòu)，樁長為11.88m，樁頂標高為0m，詳見圖7?；痈浇郊雍奢d情況見圖8和表4。

圖7 設(shè)計模式一

圖8 附加荷載

5.2 計算模式二

將開挖深度分成兩段，分段上部附加荷載值同計算模式一，但寬度即管廊寬度趨近于零（取0.01m），逼近于同管廊上口護坡樁一體。分段下部7.88m采用Φ600@1200灌注樁圍護結(jié)構(gòu)，樁長為11.88m，樁頂標高為0m，詳見圖9?；痈浇郊雍奢d情況見圖10和表6。

表3 附加荷載相關(guān)參數(shù)

表4 附加荷載相關(guān)參數(shù)

圖9 設(shè)計模式二

圖10 附加荷載

5.3 計算模式三

考慮在上部管廊寬度趨近于零的這種極限狀態(tài)下的情況進行設(shè)計計算。假想分段下部7.88m采用Φ600@1200灌注樁圍護結(jié)構(gòu)，樁長為11.88m，樁頂標高為-9.5m。計算時考慮地面超載20kPa，詳見圖11?；痈浇郊雍奢d情況見圖12和表6。

5.4 計算模式四

假想管廊寬度為零，雙排樁趨近于一排樁?；娱_挖深度為17.38m，采用Φ600@1200灌注樁圍護結(jié)構(gòu)，樁長為21.38m，樁頂標高為0m。計算時考慮地面超載20kPa，詳見圖13。

圖11 設(shè)計模式三

圖12 附加荷載

表5 附加荷載相關(guān)參數(shù)

表6 附加荷載相關(guān)參數(shù)

6.結(jié)果分析及安全系數(shù)的確定

圖13 設(shè)計模式四

表7 各種計算模式下管廊下部預(yù)應(yīng)力錨桿受力情況

這里僅考慮管廊下部兩道預(yù)應(yīng)力錨桿的受力大小（上部的那道預(yù)應(yīng)力錨桿的算法不在本文考慮之內(nèi)）。將施工方案和以上幾種計算模式的結(jié)果比較如下，見表7。

從以上結(jié)果進行比較我們可以發(fā)現(xiàn)：施工方案在計算管廊下部樁錨支護時將管廊上部按挖土模式考慮，較之將管廊上部土體按附加荷載考慮所得的結(jié)果有差異。

根據(jù)以上內(nèi)容并結(jié)合以往的施工經(jīng)驗，我們認為采用施工方案和計算模式一兩種模型對于上部土體的整體側(cè)向壓力和上覆土厚度考慮均不充分，導(dǎo)致計算下部土體第一道錨桿時受力偏小，需相應(yīng)的乘以一個安全系數(shù)。

因而，在我們分析模式三和模式四可以看出，計算模式三（挖土0.01m，極限逼近于一排樁）實際上相當于計算模式四中按一排樁考慮的受力狀態(tài)。在我們改變管廊的寬度，并相應(yīng)的采用模式三和模式四進行試算，從相對應(yīng)的結(jié)果可以看出，管廊下口第一道預(yù)應(yīng)力錨桿的受力存在著比例關(guān)系，該比例系數(shù)基本在1.7～2.0范圍內(nèi)（計算模式四/計算模式三）。

結(jié)合以上內(nèi)容，本工程設(shè)計方案中所取安全系數(shù)是合理的。不過，在以后的工程設(shè)計中，遇到類似的情況，我們可以按計算模式三進行計算，再乘以一個安全系數(shù)即可。此安全系數(shù)可取1.7～2.0之間。

為了進一步確定這一安全系數(shù)，近似模擬該工程東南角管廊上下口樁錨支護結(jié)構(gòu)受力，在此利用二分之一分擔(dān)法來計算支撐軸力。將管廊上下排樁錨支護結(jié)構(gòu)按一個整體考慮，即既考慮管廊上部部分主動土壓力下傳，也考慮其上覆土壓力下傳。此外應(yīng)考慮管廊上部土體應(yīng)力至管廊基底部分應(yīng)力按（45°+φ/2）下傳。計算得到錨桿所受水平支撐軸力為：

7.結(jié)論

本文通過采用同濟啟明星軟件組合成不同的模式計算雙排樁問題。通過比較，得到一種較為合理的計算模型，并按照該模型進行設(shè)計，并運用至現(xiàn)場施工。根據(jù)現(xiàn)場完成后的情況，其滿足安全要求，未出現(xiàn)任何安全隱患。因而該種計算模型對于雙排樁的設(shè)計是能起到一定的效果的。

[1] 深基坑支擋結(jié)構(gòu)分析計算軟件FRWS v4.0用戶手冊[M].上海:上海同濟啟明星科技發(fā)展有限公司.2004

[2] 建筑基坑支護技術(shù)規(guī)程 (JGJ120-99) [S]. 北京:中國建筑工業(yè)出版社

[3] 建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范(GB50330-2002) [S]. 北京:中國建筑工業(yè)出版社

[4] 建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范(GB50007-2002) [S]. 北京:中國建筑工業(yè)出版社

[5] 雍景榮,朱凡,胡岱文.土力學(xué)與基礎(chǔ)工程[M].成都科技大學(xué)出版社.1995