江太春

摘要：雙排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)是一種空間組合類懸臂支護(hù)結(jié)構(gòu)。具有側(cè)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(diǎn)，對(duì)于深基坑比較適用，且不需設(shè)置內(nèi)支撐。加之節(jié)約工期、造價(jià)，在近些年的深基坑支擋結(jié)構(gòu)中得到了廣泛的應(yīng)用。本文結(jié)合某些深基坑工程實(shí)例，對(duì)雙排樁在軟土地區(qū)深基坑支護(hù)工程中的應(yīng)用前景進(jìn)行分析。并對(duì)其具體的設(shè)計(jì)、施工到監(jiān)測(cè)以及數(shù)值分析進(jìn)行了探討，希望對(duì)工程應(yīng)用具有一定的指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：軟土地基；深基坑；雙排樁；變形控制；施工監(jiān)測(cè)；數(shù)值分析

1 引言

深基坑雙排樁支護(hù)是近幾年來(lái)新發(fā)展的一種深基坑支護(hù)形式，在深基坑、道路邊坡工程中得到了廣泛運(yùn)用。雙排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)是一種空間組合類懸臂支護(hù)結(jié)構(gòu)，具有側(cè)向剛度大、施工方便、穩(wěn)定性較好等優(yōu)點(diǎn)，但雙排樁受力機(jī)理復(fù)雜，尚缺乏較為成熟的計(jì)算方法和設(shè)計(jì)理論。具體做法是：在基坑周邊施工兩排平行的樁，樁頂設(shè)置縱橫兩道雙向大剛度連梁，內(nèi)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(hù)形式與單排樁相比，具有剛度大、樁身水平位移小，對(duì)于深基坑比較適用，且不需設(shè)置內(nèi)支撐，而且施工方便，節(jié)約工期、造價(jià)，在軟土地區(qū)深基坑支護(hù)工程中具有廣泛的應(yīng)用前景。

2 軟土地基支護(hù)工程特性

軟土地基主要是由細(xì)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(xì)粒土為軟土。以淤泥質(zhì)土為主的軟土地基，根據(jù)其土體強(qiáng)度，工程地質(zhì)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(qiáng)度、高靈敏度的特殊性質(zhì)。軟土受荷載后變形大，加上蠕變的特性，容易在坑底出現(xiàn)隆起等現(xiàn)象。因此，深基坑在設(shè)計(jì)與施工中須充分考慮軟土的特性，防止變形現(xiàn)象的產(chǎn)生。確定軟土地基支護(hù)結(jié)構(gòu)應(yīng)考慮一下方面。

3 雙排樁支護(hù)工程實(shí)例

對(duì)于軟土地基中大、深基坑而言，雙排樁式支護(hù)結(jié)構(gòu)具有側(cè)向剛度大，能有效限制側(cè)向變形；不需架設(shè)支撐， 挖土方便， 快速施工等優(yōu)點(diǎn)， 受到了建設(shè)單位及施工單位的歡迎和廣泛的應(yīng)用。

3.1雙排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)在高層建筑深基坑開挖中的應(yīng)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(jīng)五支路相距12m；北臨楊高路，中間隔著一個(gè)綠化地帶；東西兩側(cè)分別與正在建設(shè)中的銀橋大廈和新律大廈相連（未施工）。主樓為兩個(gè)扇形建筑，層數(shù)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?xùn)|西向長(zhǎng)約110m，南北寬近70m，工程樁采用500×500mm的預(yù)制樁，混凝土底板厚為1.8m。

（2）.工程地質(zhì)概況及采用的圍護(hù)結(jié)構(gòu)

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

表1 上海之江大廈土層工程性質(zhì)

層序 類別 平均層厚（m） 孔隙比 含水量（%）

1 素填土 0.7 - -

2 粉質(zhì)粘土 2.0 0.884 31.86

3 淤泥質(zhì)粘土 7.8 1.284 45.33

9.5 1.40 49.59

4 粘質(zhì)粉土 5.0 1.02 36.0

5 砂質(zhì)粘土 4.0 0.679 24.0

從該基坑的工程情況來(lái)看，周邊環(huán)境對(duì)于側(cè)向變形要求不是太高；該基坑土方開挖量大，工期緊，同時(shí)由于基坑面積大，采用混凝土支撐或鋼管支撐不經(jīng)濟(jì)。經(jīng)反復(fù)方案比較，圍護(hù)結(jié)構(gòu)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(fù)合式的門框架圍護(hù)結(jié)構(gòu)。為減小圍護(hù)結(jié)構(gòu)側(cè)向變形，增加被動(dòng)區(qū)土壓力，基坑底部采用格柵狀水泥攪拌樁進(jìn)行加固，基坑四周局部范圍卸土至圍護(hù)結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)。

a.圍護(hù)結(jié)構(gòu)斷面圖 b.圍護(hù)結(jié)構(gòu)平面圖

圖1 上海之江大廈圍護(hù)結(jié)構(gòu)示意圖

除圍護(hù)結(jié)構(gòu)頂梁在樁施工時(shí)進(jìn)行穿插開槽施工外， 基坑土體開挖分二層進(jìn)行， 第一層首先大面積開挖6 m 。根據(jù)大基坑小開挖原則， 第二層土體根據(jù)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(hù)結(jié)構(gòu)在深圳西部通道下穿式道路地下結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用——以深港西部通道深圳側(cè)接線工程為例

（1）.工程概況

作為深圳西部通道過(guò)境車輛的專用車道，深港西部通道側(cè)接線工程主線長(zhǎng)約4.48km，起于港灣大道，沿線經(jīng)過(guò)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(duì)周邊居民和環(huán)境造成干擾和影響，接線工程經(jīng)過(guò)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(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(zhì)概況及圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

后海路以東至西部通道場(chǎng)地地段，相當(dāng)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(zhì)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(hù)形式。各土層的巖土工程性質(zhì)可簡(jiǎn)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(gè)場(chǎng)地，根據(jù)填海工程的地質(zhì)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(qiáng)度小于8kPa，屬于國(guó)內(nèi)沿海地區(qū)罕見的超軟弱土。殘積土層，為混合花崗巖風(fēng)化殘積而成，主要為砂質(zhì)粘性土，該土層壓縮性小、強(qiáng)度高、透水性小為良好的持力層。場(chǎng)地地質(zhì)條件復(fù)雜，填筑材料復(fù)雜，基坑開挖與支護(hù)作業(yè)困難，基坑規(guī)模大，施工周期長(zhǎng)，基坑支護(hù)的安全問(wèn)題比較突出。

深港西部通道側(cè)接線工程后海路以東至西部通道場(chǎng)地地段采用雙排樁支護(hù)體系，前后排樁均采用沖孔樁，直徑1200mm，樁長(zhǎng)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(hù)的變形監(jiān)測(cè)及控制

軟土深基坑工程的施工過(guò)程對(duì)鄰近建筑物及地下管線造成的影響，會(huì)引起安全問(wèn)題。因此深基坑工程施工安全，將直接影響到整個(gè)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(yīng)場(chǎng)地的工程地質(zhì)條件、水文地質(zhì)條件及周邊環(huán)境等方面的因素，因此根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件，對(duì)深基坑工程進(jìn)行經(jīng)濟(jì)合理的設(shè)計(jì)，是非常必要的。其中最常用的是側(cè)向變形監(jiān)測(cè)，本文就側(cè)向變形監(jiān)測(cè)進(jìn)行探討。

4.1雙排樁支護(hù)施工中的變形監(jiān)測(cè)和有限元分析

4.1.1深基坑變形機(jī)理分析

基坑開挖過(guò)程的變形，可以簡(jiǎn)單地定義為由于基坑開挖，側(cè)土卸荷而產(chǎn)生的側(cè)向變形。支護(hù)結(jié)構(gòu)的水平位移，也是由于坑內(nèi)水平向卸荷引起了坑內(nèi)外土體原始應(yīng)力狀態(tài)改變，使得支護(hù)結(jié)構(gòu)發(fā)生向基坑內(nèi)側(cè)的水平移動(dòng)，與此同時(shí)，坑外土體又產(chǎn)生水平滑移，導(dǎo)致地表開裂及垂直沉降?？拥茁∑饎t是由于坑內(nèi)土體豎向卸荷，同時(shí)支護(hù)結(jié)構(gòu)向坑內(nèi)擠壓，坑底土體只有向上變形一個(gè)方向，因此產(chǎn)生了底部隆起。因此除基坑本身特點(diǎn)之外，坑底隆起還和基坑內(nèi)支護(hù)樁的設(shè)置與否、基坑底部是否有加固、坑底土體的殘余應(yīng)力等因素密切相關(guān)。

4.1.2深基坑支護(hù)變形計(jì)算和數(shù)值分析

隨著計(jì)算機(jī)時(shí)代的到來(lái)，采用數(shù)值分析的手段對(duì)工程施工過(guò)程進(jìn)行預(yù)測(cè)成為一種熱門的手段。對(duì)于深基坑雙排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和變形，都可以用平面應(yīng)變的彈性有限元法來(lái)得到，并可以用計(jì)算的方法，對(duì)不同的樁長(zhǎng)、樁距等進(jìn)行對(duì)比，采用更加經(jīng)濟(jì)有效的方案，為方案優(yōu)化提供有效可靠的依據(jù)。

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(xué)計(jì)算中，它是最重要的數(shù)值方法之一。在模擬地質(zhì)材料達(dá)到極限強(qiáng)度或屈服強(qiáng)度時(shí)發(fā)生破壞或塑性流動(dòng)具有很大的優(yōu)勢(shì)，特別是達(dá)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(duì)該方案進(jìn)行更深入的計(jì)算，通過(guò)對(duì)模型進(jìn)行單元?jiǎng)澐?，?jì)算最后可以得到所需要的任何數(shù)據(jù)，本文以基坑水平位移變化和沉降量變化曲線為例。如果計(jì)算得到的模型瀕臨破壞，就可以在此基礎(chǔ)上選定更大的安全系數(shù)再重新計(jì)算直到安全為止，既保證安全又節(jié)約成本。并得到實(shí)時(shí)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(cè)、施工系統(tǒng)圖

4.2雙排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)的變形控制

信息化施工就是對(duì)施工過(guò)程中的信息進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，信息化施工可以確保圍護(hù)結(jié)構(gòu)安全，獲得動(dòng)態(tài)信息。通過(guò)對(duì)前期開挖監(jiān)測(cè)得到的各種數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，對(duì)后續(xù)開挖方案、開挖順序和開挖速度提出建議，對(duì)施工過(guò)程中可能出現(xiàn)的險(xiǎn)情進(jìn)行及時(shí)的預(yù)報(bào)，保證基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性及周圍環(huán)境的安全。

對(duì)深基坑開挖過(guò)程中，圍護(hù)結(jié)構(gòu)的位移進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，可以得到水平位移與沉降量實(shí)測(cè)值曲線，然后與數(shù)值分析結(jié)果所得到的曲線進(jìn)行對(duì)比。隨著開挖的進(jìn)行，如果對(duì)比發(fā)現(xiàn)模擬計(jì)算值與實(shí)測(cè)值差別并不大，可以說(shuō)明整個(gè)體系是安全的；如果差別很大，就應(yīng)該對(duì)發(fā)現(xiàn)差別的部位進(jìn)行更加具體的監(jiān)控和關(guān)注，然后集中精力發(fā)現(xiàn)問(wèn)題所在。

5 結(jié) 語(yǔ)

（1） 雙排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)由于由剛性冠梁與前后排樁組成一個(gè)空間的超靜定結(jié)構(gòu)，整體剛度很大，支護(hù)的深度更大，其所選用的支護(hù)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(huì)有所降低，因此應(yīng)該在軟土深基坑中得到更廣泛的應(yīng)用。

（2） 雙排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)占用的空間較小，并且對(duì)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(shì)。

（3） 可以采用FLAC3D數(shù)值分析方法，確定合適的排樁間距、樁身長(zhǎng)度等施工信息，用以指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)施工；并得到相應(yīng)的位移和變形信息，與施工過(guò)程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，對(duì)施工過(guò)程進(jìn)行信息化控制。

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