雙排樁在軟土地區泵閘工程基坑中的應用

徐量

（淮安市水利勘測設計研究院有限公司南京分公司，江蘇南京210008）

0 引言

泵站、水閘等水工建筑施工中，最常見的基坑開挖方式是放坡大開挖，然而，布置在城市河道中的泵閘工程，受周邊環境的影響，其開挖范圍受到了很大的限制，傳統的大開挖方式不可行，需采取必要的基坑支護。

基坑支護方式常見的有單排樁支護、雙排樁支護、排樁加支撐支護、水泥土重力式擋土墻支護、錨桿支護、土釘墻支護等。沿海城市水利工程地基基本為淤泥質土，該土力學性能差，孔隙比高，內粘聚力和內摩擦角都很小，對開挖深度極其敏感，因此針對該土需要根據周邊環境、開挖深度采取不同的基坑支護型式。

在實際的基坑工程中，有時錨桿、土釘、支撐受到實際條件的限制而無法施工，采用單排懸臂樁又難以滿足變形要求，此時雙排樁鋼架結構是一種可選擇的基坑支護型式。雙排樁支護結構型式是處理深基坑支護的一種極其有效的型式，該結構至今仍采用以經驗為主的半理論、半經驗設計方法[1]。JGJ 120-2012《建筑基坑支護技術規程》[2]給出了雙排樁的設計計算說明，對設計、施工起到指導作用。

1 工程概況

某泵閘工程位于寧波鎮海區甬江隧道東側中大河甬江出口處，由3 孔×4 m 水閘與20 m3/s 泵站組成，工程等別為Ⅲ等，主要建筑物級別為1 級，次要建筑物級別為4 級。

基坑設計等級為2 級，基坑開挖深度為3.5～6.7 m，基坑左岸為軍事管理區，右岸為鎮海船舶修造廠，場地狹窄，可供利用的場地有限。基坑開挖主要以水閘、泵站為主體，上、下游連接段為次。

2 工程地質情況

根據勘察的鉆孔現場編錄資料和土工試驗成果，地層埋藏分布變化不大，淺部以軟土為主，按地基土的土性特征、成因時代、埋藏分布條件及其物理力學性質，將場地勘探深度范圍內的地基土劃分為6 個工程地質層，細分為12 個工程地質亞層，支護位置主要土層參數見表1。

3 設計方案

從地勘資料可見，支護位置處土層主要為軟土，物理力學性能較差，且右岸上游翼墻由于是前池段，基坑底標高為-2.97 m，頂標高為2.50 m，基坑深度約5.50 m，底板開挖較深，緊鄰坑邊為施工道路，且此處距離坑邊9 m處有3層磚砌建筑物，周邊環境條件較差，又由于水利工程的特殊性，基坑開挖面不規則，采用內撐的方式很難實現，根據設計經驗，初步選擇雙排樁作為該部位的支護形式。

雙排樁的結構型式主要受位移、抗傾覆、抗隆起、整體滑動穩定等4 個因素控制，因此，在設計中需針對不同的穩定安全系數，采用對應的措施來保證支護結構的安全。

隨著樁排距的增大，前、后排樁的側向位移逐漸減小，但趨勢逐漸變緩，減小的幅度越來越小，排距為4 倍樁身直徑是比較合理的[3]。該工程排樁采用直徑800 mm 的C25 鉆孔灌注樁，受施工面的限制，取排距為3.0 m。

根據相關資料[4，5]，坑前加固土對減小支護結構水平位移有顯著作用，加固土的寬度不宜小于基坑開挖深度的0.4 倍，加固土底部標高不宜小于基坑底標高以下3.0 m，因此初步擬定加固土體的尺寸為寬3.0 m、深5.0 m。

該工程選用2 種樁頂高程，分別對3 組嵌固深度進行計算，共6 組數據，計算結果如表2 所示。

表1 土層分布及物理力學指標

表2 雙排樁支護穩定計算

注：1）水平位移允許值0.6%h=33 mm，其中h為基坑開挖深度5.5 m；2）抗隆起、抗傾覆、整體滑動穩定安全系數允許值分別為1.60，1.20，1.30

由表2 可知：增加坑前加固土后，樁頂水平位移明顯降低，且位移隨支護高度的降低也有所減小；抗隆起穩定系數與支護高度無關，主要取決于基坑深度和嵌固深度，嵌固深度越深，抗隆起、抗傾覆、整體滑動穩定系數越小，穩定性越好。

因此，為減少樁頂位移同時可減少樁長，選用樁頂高程為1.0 m、嵌固深度為18.0 m 的設計方案，該方案需要從地面往下開挖1.5 m。

根據計算結果，選用樁頂高程為1.0 m、樁長22.0 m（即嵌固深度18.0 m）的方案可滿足要求，此時排樁頂部距離地面尚有1.5 m 的高差，采用松木樁進行小范圍支護。因此，排樁直徑800 mm 的C25 鉆孔灌注樁，前排樁間距1.2 m，后排樁間距2.4 m，排距3.0 m，灌注樁頂部通過冠梁及連梁進行連接，寬1.0 m、高0.8 m。斷面結構見圖1。

圖1 雙排樁支護斷面圖

4 結語

水閘與泵站合建的工程，相較于單個水閘、泵站工程，由于其水閘底板與泵站底板高程不同，上、下游連接段不同，兩岸翼墻銜接不同，造成了基坑開挖面的不規則性，其不具備采用對撐支護的條件，只能分段、分塊，根據不同的深度和周邊環境采用不同的支護型式。寧波市某泵閘工程采用雙排樁支護的設計方案，成功將雙排樁支護應用到水利工程中，解決了在沿海城市中受周邊地塊限制的水利工程軟土基坑開挖問題。

軟土深基坑工程中抗隆起和水平位移是主要控制因數，其中抗隆起主要與嵌固深度有關，嵌固深度越深，抗隆起安全系數越高；而水平位移主要與支護高度及地基土的性質有關，可采取降低樁頂高程、設置坑前加固土或者設置錨桿錨樁等措施來減小位移。

該段翼墻從2017 年1 月施工至2017 年7 月通水，整個施工過程中均未發生任何異常，說明支護結構設計是合理、可行的。