雙排懸臂樁在深基坑支護中的應(yīng)用

張勇，胥慧

（中建材西南勘測設(shè)計有限公司，成都 610051）

關(guān)鍵字：深基坑；雙排懸臂樁；基坑支護

隨著城市經(jīng)濟的發(fā)展，帶地下室的高程建筑大量出現(xiàn)。基坑支護工作為整個建設(shè)項目中重要的組成部分，但基坑工程具有風(fēng)險大、投資高的特點。為了滿足基坑變形的需要，在不適用錨索支護的膨脹地區(qū)且內(nèi)支撐嚴(yán)重影響后續(xù)施工的情況下，單排懸臂樁已經(jīng)不適宜滿足基坑支護要求的情況下，雙排懸臂樁能有效的克服單懸臂排樁的不足條件。該支護結(jié)構(gòu)我們可以理解為單排懸臂樁向基坑外平移，并且在樁頂采用連系梁把前后兩排連接起來，形成門架式結(jié)構(gòu)（韓雪松等，2010；杜秀忠等，2012；徐凱等，2013；衛(wèi)建軍和孫利亞，2011）。雙排懸臂樁充分發(fā)揮了整體的剛度與空間效應(yīng)，具有較大的側(cè)向剛度，對側(cè)壁變形不敏感，能有效的控制基坑變形（陳九鴻，2012；朱彥鵬和魏升華，2010）。因此，當(dāng)施工空間、地質(zhì)條件有較強限制時，可以取得明顯效果。

1 工程概況

香榭蘭庭項目位于成都市成華區(qū)新客站片區(qū)，場地為膨脹土地區(qū)，場區(qū)地質(zhì)較差。表1 為具有代表性的巖土體參數(shù)統(tǒng)計值。

表1 巖土體參數(shù)統(tǒng)計值

項目二期地上包括4 棟高層（26-37F）住宅及1 棟4 層商業(yè)建筑，均帶兩層地下室。基坑占地面積約1.4 萬m2，開挖深度為7.5～10.7 m，地下室平面圖見圖1。西側(cè)為青城山路，東側(cè)為龍泉山路，南側(cè)為大渡河路，北側(cè)為岷江路。基坑北側(cè)有沙河堡成都新客站片區(qū)高架橋南匝道，匝道S25 墩、S26 墩、S27 墩、S28 墩、S29 墩、S30 墩基礎(chǔ)距基坑邊緣較近，各承臺基礎(chǔ)下為兩根直徑為1.5 m 的基礎(chǔ)樁，其基礎(chǔ)承臺邊緣距最近樁邊距約為2.2 m，場地四周有市政道路，公路中心線距離該擬建場地規(guī)劃紅線均為8.0 m，且地鐵將從基坑?xùn)|側(cè)地下室下穿過。

圖1 地下室平面圖

2 基坑護壁支護設(shè)計

2.1 雙排樁的計算模型

雙排樁的計算模型如圖2、3。

圖2 圓形截面排樁計算寬度

圖3 雙排樁結(jié)構(gòu)計算模型

前、后排樁的樁間土體對樁側(cè)的壓力可按下列公式計算：

式中：pc為前、后排樁間土體對樁側(cè)的壓力；可按作用在前、后排樁上的壓力相等考慮；kc為樁間土的水平剛度系數(shù)；△vc為前、后排樁水平位移的差值：當(dāng)其相對位移減小時為正值；當(dāng)其相對位移增加時，取△vc=0；pco為前、后排樁間土體對樁側(cè)的初始壓力（kPa）。

前、后排樁間土體對樁側(cè)的初始壓力可按下列公式計算：

式中：pak支護結(jié)構(gòu)外側(cè)，第i 層土中計算點的主動土壓力強度標(biāo)準(zhǔn)值（kPa）；h為基坑深度（m）；φm基坑底面以上各土層按土層厚度加權(quán)的等效內(nèi)摩擦角平均值(°)；α為計算系數(shù)，當(dāng)計算的大于1 時，取=1。

2.2 護壁方案的確定

從基坑周邊環(huán)境、地質(zhì)分析，該基坑北側(cè)有高架橋匝道，墩基礎(chǔ)距基坑邊緣較近，對高架橋沉降、變形有嚴(yán)格控制，西側(cè)地質(zhì)條件較差，預(yù)防基坑變形引起市政道路的沉降、裂縫，南側(cè)有地鐵下穿支護結(jié)構(gòu)。以上幾點就是在基坑設(shè)計中重點考慮的方面。

本基坑設(shè)計的思路就是通過降低支護系統(tǒng)水平位移，進而控制周邊市政道路和高架橋的水平位移和沉降變形。11 m 左右的深基坑一般采用單排樁加錨索或加內(nèi)支撐的方案。但是該項目處于膨脹土地區(qū)，不準(zhǔn)采用錨索支護（中國建筑科學(xué)研究院，2012；伊超，2010），加內(nèi)支撐對后續(xù)施工工序影響大，施工進度慢。通過多次現(xiàn)場踏勘，結(jié)合巖土工程勘察報告，認(rèn)真分析，提出了雙排懸臂樁支護方案。該支護結(jié)構(gòu)我們可以理解為單排懸臂樁向基坑外平移，并且在樁頂采用連系梁把前后兩排連接起來，形成門架式結(jié)構(gòu)，達到良好的支護效果。圖4 為支護結(jié)構(gòu)平面圖，圖5、圖6 分別為雙排樁剖面圖及大樣圖，圖7為工程地質(zhì)剖面圖。本工程采用的是樁徑1.2 m 混凝土灌注樁，樁間距2.0 m，排間距2.4 m，開挖后樁間土采用掛網(wǎng)噴漿支護。

圖4 基坑支護平面圖

圖5 雙排樁剖面圖

圖6 雙排樁大樣圖

圖7 工程地質(zhì)剖面圖

2.3 方案的分析與計算

目前雙排樁的分析與計算，存在多種理論方法，主要有二維、三維有限元模擬及根據(jù)實測數(shù)據(jù)結(jié)果反分析等方法，雙排樁整體穩(wěn)定性等效為重力式擋土墻進行計算。基坑外側(cè)土體載荷采用主動土壓力，內(nèi)側(cè)土體采用被動土壓力。由于基坑周圍土層具有微透水性，故采用水土分算算法（畢俊翔等，2022）。若采用只單排樁的基坑會出現(xiàn)嚴(yán)重變形，超過規(guī)定允許值，圖8 為理正計算所得單排樁位移圖，可知最大水平位移為111.3 mm。圖9、圖10 為理正計算所得雙排樁彎矩圖和位移圖，從圖中我們知道，最大彎矩為1 077 kN·m，最大水平位移為23.2 mm。因此在不能采用支錨等其他形式的時候，雙排樁可以有效的解決單排樁變形過大的問題，保證了基坑的安全，有效運行。

圖8 單排樁計算位移（mm）

圖9 雙排樁計算彎矩（kN·m）

圖10 雙排樁計算位移（mm）

3 基坑變形監(jiān)測

基坑支護結(jié)構(gòu)完成后，在開挖工程中及開挖完畢后，支護結(jié)構(gòu)的變形監(jiān)測是基坑工程重要的組成部分，可以通過監(jiān)測結(jié)果了解基坑所處的安全程度，并為后序施工提供動態(tài)信息，及時調(diào)整施工方案。該基坑變形監(jiān)測點設(shè)置在樁頂冠梁上，共布置35 個監(jiān)測點，監(jiān)測點平面布置見圖11，在基坑開挖階段進行實時監(jiān)測。

圖11 監(jiān)測點平面布置圖

本文僅選取基坑北側(cè)部分靠近高架橋匝道和西側(cè)地質(zhì)條件較差的樁頂位移變化的監(jiān)測數(shù)據(jù)進行介紹分析。基坑北側(cè)于2013 年12 月26 日開挖，采取分層開挖每層開挖深度不超過3m，每層開挖后變形量會增加，北側(cè)3～6 號監(jiān)測點在2014 年1 月21 日趨于穩(wěn)定。基坑西側(cè)于2013 年12 月30 日開挖，監(jiān)測點29～32 號在2014 年1 月22 日趨于穩(wěn)定。圖12、圖13 分別為3～6 號監(jiān)測點位移變化圖與29～32 號監(jiān)測點位移變化圖。

圖12 3～6 號監(jiān)測點位移圖

圖13 29～32 號監(jiān)測點位移圖

從監(jiān)測點變形結(jié)果可以看出最大變形不超過12 mm，理論計算出來的變形超過了23 mm，說明實際變形是多種結(jié)果組合在一起的。導(dǎo)致這種原因有可能是計算模型有誤差，或者計算參數(shù)與實際有差距等。

整個工程結(jié)束后我們從監(jiān)測結(jié)果分析與周邊實際調(diào)查情況得出，該工程雙排樁支護結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，樁頂位移變形小，設(shè)計方案滿足要求，不過方案有待優(yōu)化的可能。

4 結(jié)論

（1）本項目基坑跨度大、開挖深度深，所在地層地質(zhì)條件較差，采用懸臂雙排樁支護結(jié)構(gòu)經(jīng)濟基本合理，不僅解決了基坑變形影響，而且為后序施工帶來了便利，能為相近的工程提供一定的參考價值。

（2）懸臂雙排樁支護結(jié)構(gòu)樁頂位移變形位移一般較大，在基坑開挖的工程中要充分利用原有效空間結(jié)構(gòu)，采用分層開挖，開挖一層支護一層樁間土，并及時加強坑底支頂作用。

（3）從監(jiān)測結(jié)果來看，位移變形成臺階式，在每次開挖的時候變形突然加劇，然后趨于穩(wěn)定，開挖下一層是再變形，再趨于穩(wěn)定。分層開挖是很有必要的，有助于減小基坑的整體位移量。

（4）從監(jiān)測數(shù)據(jù)來看，監(jiān)測位移與計算位移有一定差距，同時在開挖工程中支護樁、冠梁、連梁未有裂縫出現(xiàn)，說明懸臂雙排樁方案位移與彎矩理論計算是有待優(yōu)化的可能的，需要不斷進行實踐檢驗的。

（5）理論計算與實際監(jiān)測位移有差異，這可能是由于計算模型不夠完善或參數(shù)不完全符合實際，還需要進一步對計算模型研究與參數(shù)進行研究。