江太春

摘要：雙排樁支護結構是一種空間組合類懸臂支護結構。具有側向剛度大、樁身水平位移量小，施工方便、穩(wěn)定性較好等優(yōu)點，對于深基坑比較適用，且不需設置內支撐。加之節(jié)約工期、造價，在近些年的深基坑支擋結構中得到了廣泛的應用。本文結合某些深基坑工程實例，對雙排樁在軟土地區(qū)深基坑支護工程中的應用前景進行分析。并對其具體的設計、施工到監(jiān)測以及數值分析進行了探討，希望對工程應用具有一定的指導意義。

關鍵詞：軟土地基；深基坑；雙排樁；變形控制；施工監(jiān)測；數值分析

1 引言

深基坑雙排樁支護是近幾年來新發(fā)展的一種深基坑支護形式，在深基坑、道路邊坡工程中得到了廣泛運用。雙排樁支護結構是一種空間組合類懸臂支護結構，具有側向剛度大、施工方便、穩(wěn)定性較好等優(yōu)點，但雙排樁受力機理復雜，尚缺乏較為成熟的計算方法和設計理論。具體做法是：在基坑周邊施工兩排平行的樁，樁頂設置縱橫兩道雙向大剛度連梁，內排樁距可至1.5倍的樁徑，外排樁可取3倍的樁徑，排距一般為樁徑的1.5～4倍。這種支護形式與單排樁相比，具有剛度大、樁身水平位移小，對于深基坑比較適用，且不需設置內支撐，而且施工方便，節(jié)約工期、造價，在軟土地區(qū)深基坑支護工程中具有廣泛的應用前景。

2 軟土地基支護工程特性

軟土地基主要是由細粒土組成，它表明就地基土的總體而言是軟弱的?！稁r土工程勘察規(guī)范》（GB50021-2001）規(guī)定，孔隙比e≥1.0，且含水量w >液限的細粒土為軟土。以淤泥質土為主的軟土地基，根據其土體強度，工程地質性能極差，多呈流塑狀，部分為軟塑性土，具有高壓縮性、高孔隙比、低強度、高靈敏度的特殊性質。軟土受荷載后變形大，加上蠕變的特性，容易在坑底出現隆起等現象。因此，深基坑在設計與施工中須充分考慮軟土的特性，防止變形現象的產生。確定軟土地基支護結構應考慮一下方面。

3 雙排樁支護工程實例

對于軟土地基中大、深基坑而言，雙排樁式支護結構具有側向剛度大，能有效限制側向變形；不需架設支撐， 挖土方便， 快速施工等優(yōu)點， 受到了建設單位及施工單位的歡迎和廣泛的應用。

3.1雙排樁支護結構在高層建筑深基坑開挖中的應用——以上海之江大廈深基坑開挖為例

（1）.工程概況

上海之江大廈位于上海金橋加工區(qū)， 南與經五支路相距12m；北臨楊高路，中間隔著一個綠化地帶；東西兩側分別與正在建設中的銀橋大廈和新律大廈相連（未施工）。主樓為兩個扇形建筑，層數分別為28層和18層，地下室二層，大面積基坑開挖深度10.5m，局部電梯井深12.5m；基坑東西向長約110m，南北寬近70m，工程樁采用500×500mm的預制樁，混凝土底板厚為1.8m。

（2）.工程地質概況及采用的圍護結構

基坑所在場地工程地質條件較差，主要受力土層為含水量高、壓縮性大的淤泥質粘土。主要地層為：素填土、粉質粘土、淤泥質粘土、粘質粉土和砂紙粘土。各土層的巖土工程性質可簡要描述如下表1。

表1 上海之江大廈土層工程性質

層序 類別 平均層厚（m） 孔隙比 含水量（%）

1 素填土 0.7 - -

2 粉質粘土 2.0 0.884 31.86

3 淤泥質粘土 7.8 1.284 45.33

9.5 1.40 49.59

4 粘質粉土 5.0 1.02 36.0

5 砂質粘土 4.0 0.679 24.0

從該基坑的工程情況來看，周邊環(huán)境對于側向變形要求不是太高；該基坑土方開挖量大，工期緊，同時由于基坑面積大，采用混凝土支撐或鋼管支撐不經濟。經反復方案比較，圍護結構原則上采用雙排中Φ800的混凝土鉆孔樁和多排水泥攪拌樁組成復合式的門框架圍護結構。為減小圍護結構側向變形，增加被動區(qū)土壓力，基坑底部采用格柵狀水泥攪拌樁進行加固，基坑四周局部范圍卸土至圍護結構頂梁，如圖1a所示，前排樁間距1.0m，后排間距2.0m，前后排樁之間用高為1000mm的梁連接，組成剛度較好的門框架結構。

a.圍護結構斷面圖 b.圍護結構平面圖

圖1 上海之江大廈圍護結構示意圖

除圍護結構頂梁在樁施工時進行穿插開槽施工外， 基坑土體開挖分二層進行， 第一層首先大面積開挖6 m 。根據大基坑小開挖原則， 第二層土體根據底板后澆帶情況（東西向分成三塊） 分區(qū)開挖， 待一區(qū)塊混凝土底板澆搗完畢后開挖另一區(qū)塊土體。

3.2雙排樁支護結構在深圳西部通道下穿式道路地下結構中的應用——以深港西部通道深圳側接線工程為例

（1）.工程概況

作為深圳西部通道過境車輛的專用車道，深港西部通道側接線工程主線長約4.48km，起于港灣大道，沿線經過大南山北麓、東濱路和后海路，與科苑大道、后海大道、工業(yè)大道等相交，止于西部通道一線口岸出口。為避免對周邊居民和環(huán)境造成干擾和影響，接線工程經過南山市區(qū)段采用下穿地道形式，在不同的地段，線路采用暗埋式、敞口式和塢式等多種形式。下穿式道路為雙向六車道，地下結構設計寬度31.1m，各種形式的地道均采用明挖法施工，基坑開挖深度9.0～11.0m。

（2）.工程地質概況及圍護結構設計

后海路以東至西部通道場地地段，相當于里程K3+460-K4+476.88段，該地段原始地貌主要是海相淤積潮間帶和淺海，后由填海造陸形成有拋石海堤或填海區(qū)。地質勘探顯示：此處主要地層有人工填土（石）層、淤泥層、粗砂層、沖洪積粘土層和殘積土層，基坑采用雙排樁支護形式。各土層的巖土工程性質可簡要描述如下表2。其中淤泥層為海相沉積形成的超軟弱軟土層，遍布整個場地，根據填海工程的地質資料，深圳后海灣海相沉積的淤泥孔隙比接近20，大然含水量大于80%，不排水抗剪強度小于8kPa，屬于國內沿海地區(qū)罕見的超軟弱土。殘積土層，為混合花崗巖風化殘積而成，主要為砂質粘性土，該土層壓縮性小、強度高、透水性小為良好的持力層。場地地質條件復雜，填筑材料復雜，基坑開挖與支護作業(yè)困難，基坑規(guī)模大，施工周期長，基坑支護的安全問題比較突出。

深港西部通道側接線工程后海路以東至西部通道場地地段采用雙排樁支護體系，前后排樁均采用沖孔樁，直徑1200mm，樁長18m；前排樁間距1.6m，后排樁間距3.2m；前后樁間距14m，前后樁剛性連接采用600×600rnm的梁，在雙排樁上部澆注鋼筋混凝土排水箱涵，基坑深度11m。

4 雙排樁支護的變形監(jiān)測及控制

軟土深基坑工程的施工過程對鄰近建筑物及地下管線造成的影響，會引起安全問題。因此深基坑工程施工安全，將直接影響到整個基坑體系的安全。深基坑工程施工成功與否，取決于其能否適應場地的工程地質條件、水文地質條件及周邊環(huán)境等方面的因素，因此根據現場條件，對深基坑工程進行經濟合理的設計，是非常必要的。其中最常用的是側向變形監(jiān)測，本文就側向變形監(jiān)測進行探討。

4.1雙排樁支護施工中的變形監(jiān)測和有限元分析

4.1.1深基坑變形機理分析

基坑開挖過程的變形，可以簡單地定義為由于基坑開挖，側土卸荷而產生的側向變形。支護結構的水平位移，也是由于坑內水平向卸荷引起了坑內外土體原始應力狀態(tài)改變，使得支護結構發(fā)生向基坑內側的水平移動，與此同時，坑外土體又產生水平滑移，導致地表開裂及垂直沉降?？拥茁∑饎t是由于坑內土體豎向卸荷，同時支護結構向坑內擠壓，坑底土體只有向上變形一個方向，因此產生了底部隆起。因此除基坑本身特點之外，坑底隆起還和基坑內支護樁的設置與否、基坑底部是否有加固、坑底土體的殘余應力等因素密切相關。

4.1.2深基坑支護變形計算和數值分析

隨著計算機時代的到來，采用數值分析的手段對工程施工過程進行預測成為一種熱門的手段。對于深基坑雙排樁支護結構的內力和變形，都可以用平面應變的彈性有限元法來得到，并可以用計算的方法，對不同的樁長、樁距等進行對比，采用更加經濟有效的方案，為方案優(yōu)化提供有效可靠的依據。

如今使用比較廣泛的軟件如FLAC3D，采用有限差分的方法，在巖土力學計算中，它是最重要的數值方法之一。在模擬地質材料達到極限強度或屈服強度時發(fā)生破壞或塑性流動具有很大的優(yōu)勢，特別是達到塑性流變特性具有極高的意義。

在選定方案以后，可以針對該方案進行更深入的計算，通過對模型進行單元劃分，計算最后可以得到所需要的任何數據，本文以基坑水平位移變化和沉降量變化曲線為例。如果計算得到的模型瀕臨破壞，就可以在此基礎上選定更大的安全系數再重新計算直到安全為止，既保證安全又節(jié)約成本。并得到實時的基坑水平位移變化和沉降量變化曲線留以備用。具體的做法在如圖2所示。

圖2 監(jiān)測、施工系統圖

4.2雙排樁支護結構的變形控制

信息化施工就是對施工過程中的信息進行實時監(jiān)測，信息化施工可以確保圍護結構安全，獲得動態(tài)信息。通過對前期開挖監(jiān)測得到的各種數據進行分析，對后續(xù)開挖方案、開挖順序和開挖速度提出建議，對施工過程中可能出現的險情進行及時的預報，保證基坑支護結構的穩(wěn)定性及周圍環(huán)境的安全。

對深基坑開挖過程中，圍護結構的位移進行實時監(jiān)測，可以得到水平位移與沉降量實測值曲線，然后與數值分析結果所得到的曲線進行對比。隨著開挖的進行，如果對比發(fā)現模擬計算值與實測值差別并不大，可以說明整個體系是安全的；如果差別很大，就應該對發(fā)現差別的部位進行更加具體的監(jiān)控和關注，然后集中精力發(fā)現問題所在。

5 結 語

（1） 雙排樁支護結構由于由剛性冠梁與前后排樁組成一個空間的超靜定結構，整體剛度很大，支護的深度更大，其所選用的支護樁直徑更小，可以選用較小樁徑的雙排樁代替單排樁中大直徑樁，成本也會有所降低，因此應該在軟土深基坑中得到更廣泛的應用。

（2） 雙排樁支護結構占用的空間較小，并且對環(huán)境破壞程度比較低，在建筑較為密集的區(qū)域，特別是城市更具優(yōu)勢。

（3） 可以采用FLAC3D數值分析方法，確定合適的排樁間距、樁身長度等施工信息，用以指導現場施工；并得到相應的位移和變形信息，與施工過程實時監(jiān)測數據進行對比，對施工過程進行信息化控制。

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