“樁墻合一”結構樁墻荷載承擔比模型試驗探究

摘要 近年來，為了防止地下擋土墻外的圍護樁的舍棄造成的環境污染及資源浪費等問題，“樁墻合一”技術開始新興起來。該文基于某基坑工程，以相似原理為準則構建模型試驗，結果表明：樁、墻在不同深度其荷載分擔比不同，總體在12.41：1～99.73：1之間變化，平均值約為59.43：1。該文驗證了“樁墻合一”結構中，外墻承擔較少的土水壓力，也為進一步該技術的推廣提供參考。

關鍵詞 樁墻合一；相似理論；模型試驗；荷載分擔比

中圖分類號 TU753 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2025）04-0154-04

0 引言

在軟土地層修筑工程建筑中基坑支護常采用大量的灌注樁、排樁和水平支撐或錨桿等作為臨時結構[1]。在隨后施工中，這些支護結構因為不再發揮作用而廢棄，多數就地填埋，造成了資源的浪費以及環境污染等問題[2]。因此，將圍護樁作為擋墻的一部分即所謂的“樁墻合一”結構應運而生。

陳其志等[3]針對杭州某隧道工程，使用“兩墻合一”的地下連續墻結構對原設計鉆孔咬合樁圍護結構進行了優化。左人宇[4，5]提出了“一樁三用”在沿海軟土地區的可能性，并且詳細分析了“樁墻合一”技術的構造形式。王衛東等[6]考慮了“樁墻合一”技術的防水、傳力構造等，進行了多工況“樁墻合一”的強度與耐久性設計計算。

目前“樁墻合一”結構尚未形成行業標準，設計原理仍需完善，樁墻荷載承擔比的確定仍需進一步確定[7]。該文以某基坑工程為背景，設計相似模型開展試驗研究。

1 試驗方案設計

樁墻之間連接方式影響著所需測得的荷載承擔比，由于樁內預埋連接鋼筋形式（簡稱緊貼式）連接效果更為理想，該試驗將緊貼式樁墻合一結構作為原型。

緊貼式連接是在支護樁與地下室外墻結合部分，預埋U形拉結鋼筋，方向與地下室外墻垂直。在拉結鋼筋范圍內澆筑混凝土，形成具有一定厚度的地下室外墻。

試驗要求考慮有內支撐排樁支護下，樁內有預埋連接鋼筋緊貼型樁墻連接方案的深基坑模型（基坑支護結構如圖1所示。

試驗采用縮尺試驗，近似視為平面應變狀態模型。考慮到至少兩個平行測試斷面的對稱性以及模型邊界的影響，基本結構模型選用5根樁的寬度作為模型寬度。為了方便加載卸荷，用千斤頂等效土壓力。表1為測試工序。

2 試驗模型設計

2.1 幾何比例

結合原型結構尺寸和室內場地條件，綜合考慮設計模型試驗的幾何比例分別為1∶15。各部件尺寸

如表2：

2.2 荷載比例

確定長度相似常數=15，材料彈性模量相似常數CE=10，由相似準則公式：

式中，CσCε、Cδ——應力、應變、位移相似常數，當Cε=1時，計算得到Cσ=10，Cγ=2/3，Cδ=15。

土壓力計算力相似常數：

現場參數γ=19.5 kN/m3，φ=36°。以主動土壓力考慮，支護樁懸臂段后的土壓力為570.38 kN/m，模型樁壓力= Ea /=3.80 kN/m，基坑模型寬0.55 m。

3 試驗模型

根據原型及試驗目的要求，設計的試驗簡化模型如下圖2所示。

其中模擬支護樁懸臂段長1 m，錨固段長0.6 m（錨固段采用0.2 m的混凝土和0.4 m的粉砂錨固）。

4 試驗結果

4.1 應變位移分析

下列數據表中施工步驟工序1表示初始狀態，2表示基坑開挖完成，土壓力作用在樁撐支護結構上的狀態；3表示地下室底板、地下室外墻下部與樁體錨接完成，第5層樓板澆筑完成，第三層內支撐拆除完成時的狀態；4表示地下室外墻中部與樁體錨接完成，第3、4層樓板澆筑完成，第二層內支撐拆除完成時的狀態；5表示地下室外墻上部與樁體錨接完成，第1、2層樓板澆筑完成，第一層內支撐拆除完成時的狀態。監測得到的位移應變圖如圖3～6。

從位移來看，試驗測試數據總體符合理論趨勢，樁撐支護結構、樁墻支護結構的變形在基坑頂部和底部受到約束，變形較小，而中部變形略大。同樣，墻身變形總體仍然符合這樣的規律，且隨著工序變形逐漸增大，相比樁的位移，墻的位移要小得多。基坑開挖及回填過程中，樁通過變形已經承擔了較大的荷載。從樁身和墻身應變來看，墻身應變正負變化，說明墻在較小的位移前提下對樓板反力更加敏感，可能導致墻身左右彎曲，而樁由于位移較大，只反映出單向彎曲變形。

4.2 樁墻荷載承擔比分析

根據監測應變數據分析計算出樁墻彎矩比，得到樁、墻荷載分擔比在不同深度不同，樁、墻荷載分擔比在12.41∶1～99.73∶1之間變化，其平均值約為59.43∶1；對比樁墻剛度比5.75∶1。如表3。

5 結論

通過相似比試驗分析，得到以下結論：

（1）不同高度位置樁和墻的變形位移，符合理論趨勢且樁的位移較大間接反映出相比支護樁墻承擔較小的土水壓力。

（2）樁、墻荷載分擔比在不同深度不同，樁、墻荷載分擔比在12.41∶1～99.73∶1之間變化，其平均值約為59.43∶1；按抗彎剛度計算得到的樁、墻荷載分擔比為5.75∶1。

（3）“樁墻合一”結構中，外墻承擔較少的土水壓力。相比簡單地把樁墻抗彎剛度比當作是樁墻荷載承擔比的方法更加保守。

參考文獻

[1]劉國彬，王衛東.基坑工程手冊[M].中國建筑工業出版社， 2009.

[2]田強，茍波，鄭立寧.地下建筑“樁墻合一”技術綜合分析[J].四川建材， 2015（6）：112-113.

[3]陳其志，徐良英，徐長節，等.“兩墻合一”技術在深基坑圍護優化設計中的應用[J].地下空間與工程學報， 2015（s1）：189-194.

[4]左人宇.“一樁三用”技術與實踐[D].杭州：浙江大學， 2001.

[5]左人宇，嚴平，龔曉南.幾種樁墻合一的施工工藝[J].建筑技術， 2002（3）：197-197.

[6]王衛東，沈健.基坑圍護排樁與地下室外墻相結合的“樁墻合一”的設計與分析[J].巖土工程學報， 2012（s1）：303-308.

[7]來延肖，張志明.樁墻合一的結構體采用逆作法在工程中的應用[J].建筑科學與工程學報， 2001（1）：31-36.

收稿日期：2025-01-22

作者簡介：金獎（1994—），男，碩士研究生，工程師，研究方向：水工地質、巖土工程。