不同排樁-支撐組合體系下深基坑變形監測與計算分析

【中圖分類號】：TU753 【文獻標志碼】：A 【文章編號】：1008-3197（2025）04-51-07

【DOI編碼】：10.3969/j.issn.1008-3197.2025.04.012

Deformation Monitoring and Calculation Analysis of Deep Foundation Pit under Different Pile -support Combination Systems

WEIWeiwei，YANGPo，ZHANGLIjiang，HUYue，WANGZhenhui，HULei （China Construction International Construction Co.LTD.，Suzhou 215oO4，China）

【Abstract】： Taking adeep foundation pit project in Suzhou as a case study，this paper compares the supporting systems of single-row piles with two levels of concrete supports and double row piles withone level of concrete support during theexcavationof thesame foundation pitthrough on-sitedeformationmonitoring.Theresultsindicate thatthe axial forceinthefirst-level supports forboththesingle-rowpileand double-row pilesystems gradually increases with the increase of excavation depth offoundation pit，and theaxial forceper linear meter in the supports ofthe double-row pilesystem is greater than thatinthe single-rowpilesystem.The deep horizontal displacement and vertical displacement of both supporting structures increasewith increasing excavation depth of the foundation pit，and influenced bythe time-dependent efects of excavation，uneven deformations occur in the supporting structures onboth sides ofthe foundation pit.Theoreticalcalculation and analysis demonstrate that the measured deformation of the single-row pile support structure agrees well with the calculated values，while a relativelysmalldiscrepancy exists for the double-row piles，highlighting the importanceof carefully selecting the compression modulus of the soil between the piles.Both supporting structures effectively control the deformation of the deep foundation pit.

Key words】：deep foundation pit;single row pile;double row pile;deformation monitoring;concret

隨著城市地下空間的開發，基坑工程密集化且向著“深、大、長\"特點發展，深基坑支護形式直接影響著周邊環境及基坑開挖的安全性、經濟性和施工的便利性[～3]。排樁-內支撐支護體系因可靠性高、不侵越紅線、施工工藝簡單、工程造價較低等優點而得到越來越廣泛的應用[4～5]。

不少學者通過數值分析、現場測試和理論計算探討了排樁-支撐的內力分布和變形規律。房師軍等依托于地鐵明挖深基坑工程排樁圍護結構變形實測數據，并結合數值分析方法，分析各施工階段樁體變形規律，得到隨著基坑開挖和支撐的架設，圍護結構變形曲線由基坑剛開挖時未架設支撐時的斜曲線線性變化逐漸向“弓\"字形轉化且最大水平位移發生的位置也隨之下移，約在開挖深度的2/3處；彭文韜等基于數值分析軟件對基坑中排樁-內支撐支護結構的受力及變形分布規律進行分析總結，得出開挖過程中在冠梁及內支撐梁的協調作用下，樁頂的彎矩很小，各樁都存在反彎點并都處于基坑開挖面附近，支撐軸力隨基坑開挖逐漸增大，最大值發生在冠梁沿基坑邊中部附近；肖桃李等通過數值模擬手段對基坑施工開挖過程中內支撐排樁結構體系的受力與變形進行研究，結果表明，隨開挖進行，排樁及內支撐結構位移不斷增大且內支撐有效抑制排樁變形，從而使排樁呈“鼓肚狀”，最大變形位置約位于0.71倍的開挖深度處。

同時，雙排樁支護體系因其抗側移剛度大，可增加無支撐排樁的支撐深度，在基坑工程中也得到較多成功應用[9～10]。有學者對雙排樁支護結構在基坑工程中的受力變形等情況開展了研究：初振環等通過數值分析結合理論方法研究了緊鄰地鐵車站基坑懸臂雙排樁支護結構變形特征，得到雙排樁變形呈撓曲線分布，上大下小，前排樁最大水平位移發生在一定深度處，后排樁最大水平位移位于樁頂且后排樁受到樁間土的制約因素，水平位移略小于前排樁;林鵬等[12]基于軟土地區基坑工程情況，比較分析雙排樁支護結構的特點及控制變形的作用，得到在開挖深度 6～7m 基坑中，雙排樁懸臂支護較單排樁變形減少約一半，能較好控制支護結構變形且對周邊環境影響較小；邱佳榮等3應用數值軟件對影響雙排樁支護效果的關鍵因素進行分析研究，得到排距應在 4D～6D（D 為樁徑）時，樁和土體能夠共同作用，支護結構發揮好的作用效果；提高連梁剛度，能較快減小前、后排樁的側向位移，但增加到一定程度后效果甚微，加固被動區土體深和寬度在 3m 左右較為合適；吳剛等4借助彈性地基梁法理論，考慮滑移面和排距對作用在前后排樁上的土壓力的影響，提出了雙排樁支護結構設計計算模型，并與工程實測值進行驗證比較，得到計算和實測結果基本一致。

目前針對單排樁-支撐或雙排樁支護結構體系的應力分布及應變規律研究多數是針對單個支護體系結合具體工程開展研究，很少在同一工程中對單排樁-支撐與雙排樁-支撐應力應變進行對比分析，以探究兩種支護形式工程應用價值。本文以蘇州某深基坑工程為背景，分析同一基坑開挖過程中單排樁 +2 道混凝土支撐與雙排樁 + 一道混凝土支撐不同支護體系實測數據變化規律，并進行對比分析；同時采用計算軟件對基坑施工中2種支護形式結構的變形進行分析，結合其實測數據加以驗證，為類似深基坑工程中單排樁與雙排樁組合支護結構設計提供參考。

1工程概況

1.1基坑情況

基坑開挖深度 6.55～10.30m ，開挖面積約18867m² ，基坑周長約為 651m 。基坑支護體系位鉆孔灌注樁（單排/雙排） + 注漿鋼管斜撐/1～2道水平混凝土支撐，單排樁主要為 ?800mm@1 000mm 的鉆孔灌注樁，雙排樁后排樁為 ?700mm@2000mm 的鉆孔灌注樁，水平混凝土支撐為 800mm×800mm ，斜撐為 ?377 mm×10mm 的Q235鋼管；止水帷幕采用 ?85mm0@ 1 200mm 三軸攪拌樁，水泥摻量為 22% ，樁長 16～ 20.5m 。見圖1。

1.2地質條件

擬建場地屬于三角洲沖積、湖積平原地貌類型。場地較為平坦，主要由黏性土、粉性土和砂土組成。見表1。

表1各土層物理力學性質指標

1.3水文條件

擬建場地內的地下水主要為淺部潛水和（微）承壓水。潛水主要賦存于淺部填土中，穩定水絕對標高為 1.67m ，埋深相對標高 -2.2m 。微承壓水主要分布于淺部第 ⑤ 層中，埋深絕對標高為 0.66～0.71m ，相對標高 -3.14～3.09m 。

1.4周邊環境

基坑北側為蘇州地鐵3號線，距離基坑約 40m 南側為黃花涇河流，距離基坑約 150m 。

1.5監測項目及監測點布置

基于對不同排樁-支撐組合體系受力變形的研究，只針對單排樁 +2 道混凝土支撐及雙排樁 ⁺¹ 道混凝土支撐區域進行相關項目監測，監測項目主要內容包括：鋼筋混凝土支撐軸力、圍護結構深層水平位移、圍護結構豎向位移。見圖2。

圖2監測點布置

2監測分析

基坑總體分2個區域（陰影與非陰影區域）開挖。見圖3和表2。

圖3基坑開挖

表2基坑開挖工況

2.1支撐軸力分析

混凝土支撐報警值第一道支撐為 8000kN ，第二道支撐為 12000kN 。

支撐軸力整體上均隨著時間增加而逐漸增大，最大值為單排樁第一道支撐，約為 7600kN ，未超過報警值。第一道支撐軸力在基坑開挖前期增加迅速，中期趨于變化緩慢，后期因陰影區域底板完成，部分支撐拆除，軸力增加放緩，單排樁與雙排樁第一道支撐最終軸力相近，但考慮水平向作用范圍，雙排樁第一道支撐每延米支撐軸力約為 262.45kN/m ，大于單排樁第一道支撐每延米軸力 186.27kN/m 。第二道支撐軸力的最大值約為 6500kN ，小于同一圍護條件下第一道支撐軸力，其值約占報警值的 54.2% ，第二道支撐軸力在施工底板期間有一段快速增長，從施工角度可知，基坑開挖至坑底后，需盡快封閉底板，減少暴露時長。見圖4和圖5。

圖4支撐軸力隨時間變化曲線

圖5每延米支撐軸力隨時間變化曲線

2.2支護結構深層水平位移分析

根據基坑各斷面開挖工況，選取開挖至第一層土、開始開挖第二層土、開挖至坑底、底板完成等工況節點進行支護結構深層土體位移監測數據分析。

2.2.1單排樁支護結構深層水平位移分析

開挖深度增加，支護結構深層水平位移變大，單排樁支護結構剖面監測點P6和P18深層水平位移最大值分別為 10.3，12.4mm ，均小于預警值，分別位于 ^-4，-8m 處。當開挖至坑底施做底板期間，支護結構深層水平位移也在不斷增加，即所謂的時間效應[；因此，基坑施工中要減少基坑暴露時間，這也與上述支撐軸力后期增加相對應。此外，單排樁基坑剖面對稱兩側支護結構深層水平位移變形規律不一致，是受基坑整體圍護變形和相鄰地塊深基坑施工影響所影響。單排樁監測點P6樁頂位移開挖期間由 -0.2mm 到 -5.1mm ，向坑外變化，施工底板期間緩慢向坑內變化，最終達到 1.6mm ；而監測點 P18 樁頂位移施工期間一直在坑內變化，且整體樁身水平位移變化規律呈“弓形”，最大水平位移發生的部位隨基坑施工下移。見圖6。

圖6單排樁支護結構深層水平位移

注：“+\"表示基坑內位移，“-\"表示基坑外位移

2.2.2雙排樁支護結構深層水平位移分析

隨著開挖深度增加，雙排樁支護結構深層水平位移也逐漸變大，監測點 P8 和 P16 深層水平位移最大值分別為 4.6，8.3mm ，占預警值的 15.3% 和 27.7% ，均位于 -7.5m 處。雙排樁監測點 P8 樁頂向坑外變形，達到 -3.1mm ；監測點 P16 樁頂位移朝坑內變形，最大值為 1.1mm 。此外，雙排樁基坑剖面對稱兩側支護結構深層水平位移變形規律與單排樁剖面較相似， P8 側樁頂位移值大于 P16 側，這可能是因為P8監測點側土方較 P16 側先開挖，暴露出土體的斜撐使樁身頂部出現向坑外的位移，且帶動另一側圍護結構向坑內移動，基坑整體向一側發生傾斜變形，隨著坑內繼續卸載，使樁身頂部繼續向坑外變形，對稱側因土體及斜撐的抗力作用，變形較小。見圖7。

圖7雙排樁支護結構深層水平位移

注：“+\"表示基坑內位移，“-\"表示基坑外位移

2.2.3支護結構深層水平位移對比

同一工況下，雙排樁支護結構深層土體位移基本小于單排樁支護結構深層土體位移，基坑東西側雙排樁支護結構深層土體最大水平位移分別約占單排樁的 37.1% 和 80.6% ，這是因為相比較單排樁支護結構，雙排樁提供了較大的圍護水平剛度，能夠有效抑制樁后深層土體發生水平位移。

此外，隨著基坑開挖，基坑東側向坑外變形，西側向坑內變形，表明基坑整體向東側發生傾斜變形，這可能是受東側相鄰地塊深基坑施工影響，但隨著底板施工和部分斜支撐拆除，基坑整體緩慢地向西側變化。見圖8。

注：“+\"表示基坑內位移，“-\"表示基坑外位移

2.3支護結構豎向位移分析

預警值為累計 ±30mm 。單排樁和雙排樁支護結構各測點豎向位移均上升，隨著施工進行，上升位移值不斷增大。監測期間， W8、W12、W26 和 W30 各測點豎向位移最大值分別為 21.3，18.2，11.1，13.6mm ，均未達到預警值。在同一基坑縱邊上，單排樁支護結構豎向位移均大于雙排樁，這可能是因為雙排樁中后排樁與連梁共同作用抵制前排樁上升。此外，同一基坑剖面上，東側圍護結構測點（ W8 與 W12 上升位移量大于西側（W26與 W30 ），最大差值分別為11.2、7.7mm ，表明基坑東西兩側出現了不均勻上升現象，可能是由于東側先于西側先開挖，王體卸載回彈及受斜撐影響所導致；因此在基坑施工中，要切實考慮時間效應影響。見圖9。

圖9單排樁與雙排樁支護結構豎向位移

注：+\"表示上升，“-\"表示下降

3 計算與實測對比

借助計算軟件，對實測數據與計算得到數據進行比較分析。單排樁支護體系內力變形計算主要采用等剛度法進行樁身換算，再通過平面彈性地基梁法進行結構荷載下平面應變分析；雙排樁計算采用考慮前后排樁相互作用的計算模型，在前后排樁之間設置彈性約束，反應前后排樁之間土體壓縮性的影響[17]。

單排樁支護結構實測數據與計算能夠較好吻合，實測與計算最大深層土體水平位移值分別為12.4，14.29mm ，差值約 15% 。雙排樁支護結構實測數據遠小于計算數值，最大位移值相差 10mm ，這可能與計算中樁間土體的壓縮模量選取有關，但樁身發生最大水平位移的位置實測與計算相一致。見圖10。

a）單排樁

圖10支護結構深層土體位移實測與計算對比

4結論

1單排樁與雙排樁第一道支撐軸力隨基坑開挖深度增加而逐漸增大，雙排樁支撐軸力略小于單排樁第一道支撐，但每延米支撐軸力雙排樁大于單排樁支護結構。

2）兩者支護結構深層水平位移均隨著基坑開挖深度增加和支護結構結構暴露時長影響增大，且相同工況下，雙排樁支護結構深層土體位移小于單排樁。3）單排樁和雙排樁支護結構豎向位移均隨施工進行而增大，單排樁支護結構豎向位移均大于雙排樁，受基坑開挖時空效應影響，基坑兩側支護結構變形不均勻。

4）通過數值計算，得出單排樁支護結構深層土體水平位移實測數據與計算具有較好吻合度；而雙排樁有一定差異，但發生最大水平位移的位置相同，因此，雙排樁計算過程中要注意樁間土模量選取。

參考文獻：

[1]萬星，戈銘，賀智江，等.南京軟土地區基坑墻體變形性狀研究[J].巖土工程學報，2019，41（S1）：85-88.

[2]鄭剛.軟土地區基坑工程變形控制方法及工程應用[J].巖土工程學報， 2022，44（1）：1-36+201.

[3]帥紅巖，陳少平，曾執.深基坑支護結構變形特征的數值模擬分析[J].巖土工程學報，2014，36（S2）：374-380.

[4]袁海慶，張光文.排樁-內支撐深基坑支護體系的等效轉換與簡化計算[J].巖土工程學報，2011，33（5）：725-729.

[5]李釗，劉君剛，董澤中，等.排樁支護工程的研究現狀[J].湖北理工學院學報，2023，39（5）：20-24+48.

[6]房師軍，付擁軍，姚愛軍.某地鐵工程深基坑排樁圍護結構變形規律分析[J].巖土工程學報，2011，33（S1）：223-226.

[7]彭文韜，魏昆.深基坑排樁-內支撐支護結構空間變形的應用研究[J].工業安全與環保，2018，44（1）：69-73.

[8]肖桃李，汪中林，程成，等.基于MIDAS/GTS的單支點內撐式排樁結構的力學變形特性研究[J].施工技術，2018，47（1）：50-53+59

[9]聶慶科，胡建敏，吳剛.深基坑雙排樁支護結構上的變形和土壓力研究[J].巖土力學，2008，（11）：3089-3094.

[10]連峰，劉治，付軍，等.雙排樁支護工程實例分析[J]巖土工程學報，2014，36（S1）：127-131.

[11]初振環，陳鴻，王志人，等.緊鄰地鐵車站基坑雙排樁支護結構性狀分析[J].巖土工程學報，2012，34（S1）：474-479.

[12]林鵬，王艷峰，范志雄，等.雙排樁支護結構在軟土基坑工程中的應用分析[J].巖土工程學報，2010，32（S2）：331-334.

[13]邱佳榮，陳征宙，胡謝飛，等.基坑工程中雙排樁支護結構的應用分析[J].建筑科學，2013，29（7）：104-108.

[14]吳剛，白冰，聶慶科.深基坑雙排樁支護結構設計計算方法研究[J].巖土力學，2008，（10）：2753-2758.

[15]劉興旺，施祖元，益德清，等.軟土地區基坑開挖變形性狀研究[J].巖土工程學報，1999，21（4）：456-460.

[16]劉杰，姚海林，任建喜.地鐵車站基坑圍護結構變形監測與數值模擬[J].巖土力學，2010，31（S2）：456-461.

[17]劉國彬，王衛東.基坑工程手冊[M].2版.北京：中國建筑工業出版社，2009.