前后排樁間距不同的雙排樁應(yīng)用

楊旭東 程鵬 張孝波

湖南中南水電水利工程建設(shè)有限公司 湖南 長(zhǎng)沙 418000

引言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，城市建設(shè)如火如荼，房屋建筑高度也越來(lái)越高。隨著居民生活水平的提升，私家車(chē)已基本普及，房屋建筑現(xiàn)在一般都設(shè)有地下車(chē)庫(kù)，隨之而來(lái)的基坑支護(hù)也越來(lái)越多?，F(xiàn)在基坑支護(hù)的支護(hù)形式也越來(lái)越多，最常見(jiàn)的基坑支護(hù)類(lèi)型有：放坡、土釘墻、復(fù)合土釘墻、樁錨、雙排樁、內(nèi)支撐、水泥土墻等[1]。

本文以某前后排樁間距不同的雙排樁支護(hù)方案為實(shí)例，介紹了前后排樁間距不同的雙排樁設(shè)計(jì)計(jì)算、施工難易程度及實(shí)施后的實(shí)際效果，為后續(xù)類(lèi)似基坑支護(hù)設(shè)計(jì)施工提供經(jīng)驗(yàn)。

1 工程概況

湖南某項(xiàng)目擬建4棟高層及部分商業(yè)，該項(xiàng)目設(shè)置2～4層地下室，主要功能為設(shè)備用房和地下停車(chē)庫(kù)?；由疃葹?.40～20.90m。基坑開(kāi)挖底邊線總長(zhǎng)約為402.70m。場(chǎng)地周邊環(huán)境復(fù)雜，場(chǎng)地北側(cè)為某已將辦公樓場(chǎng)地，場(chǎng)地東側(cè)及東南側(cè)為低層及多層房屋，場(chǎng)地西南側(cè)為5～6層辦公樓房屋，場(chǎng)地西側(cè)臨近道路，道路下有地鐵線路。本工程基坑工程安全等級(jí)為一級(jí)，基坑支護(hù)為臨時(shí)性支護(hù)，支護(hù)結(jié)構(gòu)使用年限1年。

本段基坑深度約8.9 0 m，基坑距離周邊房屋最近約12.56m，該房屋下設(shè)2層地下室。該段基坑與周邊環(huán)境平面關(guān)系如圖1所示。

圖1 該段基坑與周邊環(huán)境平面關(guān)系圖

2 工程地質(zhì)條件

2.1 地層巖性

根據(jù)勘察報(bào)告，該段基坑主要地層為第四系沖洪積粗砂、第四系殘積粉質(zhì)黏土以及白堊系全、強(qiáng)、中風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖。第四系沖洪積（Qal+pl）粗砂：黃色，褐色等色，飽和，呈中密狀。第四系殘積（Qel）粉質(zhì)黏土：褐紅色、青灰色，硬塑狀態(tài)。白堊系（K）全風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖：褐紅色，呈堅(jiān)硬土狀。白堊系（K）強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖：褐紅色、青灰色，極軟巖，巖體完整程度為破碎，巖體基本質(zhì)量等級(jí)為Ⅴ級(jí)。白堊系（K）中風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖：褐紅色，為極軟巖，巖體完整程度為較完整，巖體基本質(zhì)量等級(jí)為Ⅴ級(jí)。

2.2 地下水

根據(jù)勘察結(jié)果場(chǎng)地范圍內(nèi)的地下水分為上層滯水，孔隙潛水兩種。上層滯水，主要賦存于人工填土中，上層滯水穩(wěn)定水位埋深為1.8m～11.5m ，相當(dāng)于標(biāo)高37.20m～54.24m，無(wú)統(tǒng)一水面，無(wú)承壓性?？紫稘撍?，主要賦存于卵石、粗砂中，該兩層為中等～強(qiáng)透水層，孔隙潛水穩(wěn)定水位埋深為3.6m～12.6m，相當(dāng)于標(biāo)高43.32～44.27，無(wú)承壓性。

3 基坑支護(hù)方案選擇

根據(jù)基坑側(cè)壁不同環(huán)境條件及基坑開(kāi)挖深度，基坑支護(hù)可供選擇的方案有放坡、護(hù)壁樁、錨桿、噴錨、樁錨等等。各種方案都有其優(yōu)點(diǎn)和局限性，因此，選擇合理的方案是保證基坑支護(hù)工程質(zhì)量的關(guān)鍵。

本次設(shè)計(jì)在深入掌握和研究已有工程地質(zhì)、水文地質(zhì)資料和周邊環(huán)境條件等具體影響因素的基礎(chǔ)上，參照成功的設(shè)計(jì)及施工經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)行多種方案的分析、論證與優(yōu)化，最終采用的支護(hù)方案如下：基坑周邊局部離帶地下室的房屋較近且基坑開(kāi)挖底邊線距用地紅線很近，基坑基本沒(méi)有放坡空間，基坑僅能采用垂直支護(hù)的形式。又考慮當(dāng)?shù)匾?guī)定支護(hù)結(jié)構(gòu)不得出紅線，考慮到基坑的開(kāi)挖深度及工程地質(zhì)條件，基坑深度較大，采用單排懸臂樁已不合適，基坑支護(hù)可供選擇的支護(hù)方案僅剩內(nèi)支撐和雙排樁。由于內(nèi)支撐方案施工相對(duì)復(fù)雜且施工周期長(zhǎng)，對(duì)后期地下室施工影響較大，因此基坑選擇采用雙排樁支護(hù)的方案，雙排樁為剛架結(jié)構(gòu)，其抗側(cè)移剛度遠(yuǎn)大于單排懸臂結(jié)構(gòu)，其內(nèi)力分布明顯優(yōu)于懸臂結(jié)構(gòu)，在相同材料消耗條件下，雙排樁剛架結(jié)構(gòu)的樁頂位移明顯小于單排懸臂樁，其安全可靠性、經(jīng)濟(jì)合理性優(yōu)于單排懸臂樁，該方案經(jīng)濟(jì)性及合理性相對(duì)較好。根據(jù)工程地質(zhì)條件，該段基坑有強(qiáng)透水層粗砂，基坑地下水處理采用旋噴樁止水帷幕止水[2]。

4 基坑支護(hù)方案分析計(jì)算

4.1 基坑支護(hù)方案

該段基坑主要地層為粗砂、粉質(zhì)黏土以及全、強(qiáng)、中風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖，粗砂層及粉質(zhì)黏土厚度均不大，工程地質(zhì)條件相對(duì)較好。考慮基坑支護(hù)的經(jīng)濟(jì)性，對(duì)于該側(cè)基坑采取‘前后排樁間距不同的雙排樁’的支護(hù)方法。

雙排樁采用旋挖鉆孔灌注樁，樁徑為1000mm，前后排樁排距3.0m。前排樁樁間距2.0m，后排樁間距4.0m。雙排樁前后排樁頂均設(shè)1000mm×800mm的冠梁，前后排樁之間采用800mm×800mm的梁連接。前排樁樁間設(shè)置旋噴樁止水帷幕，旋噴樁直徑800mm，樁間距為600mm。

4.2 基坑支護(hù)分析計(jì)算

目前《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》（JGJ120-2012）推薦的雙排樁計(jì)算模型是采用平面剛架模型進(jìn)行計(jì)算。本結(jié)構(gòu)分析模型，作用在結(jié)構(gòu)兩側(cè)的荷載與單排樁相同。本模型采用土的側(cè)限約束假定，認(rèn)為樁間土對(duì)前后排樁的土反力與樁間土的壓縮變形有關(guān)，將樁間土看作水平向單向壓縮體，按土的壓縮模量確定水平剛度系數(shù)。同時(shí)考慮基坑開(kāi)挖后樁間土應(yīng)力釋放后仍存在一定的初始?jí)毫?，?jì)算土反力時(shí)反映其影響，本模型初始?jí)毫Π礃堕g土自重占滑動(dòng)體自重的比值關(guān)系確定。但規(guī)程僅給出了前后排樁矩形布置的計(jì)算方法[3]。規(guī)范計(jì)算方法如下：

作用在后排樁上的主動(dòng)土壓力按規(guī)范主動(dòng)土壓力計(jì)算方法計(jì)算，前排樁嵌固段上的土反力按規(guī)范計(jì)算方法計(jì)算。前、后排樁的樁間土體對(duì)樁側(cè)的壓力可按下式計(jì)算：

式中：pc——前、后排樁間土體對(duì)樁側(cè)的壓力（kPa）；可按作用在前、后排樁上壓力相等考慮； Kc——樁間土的水平剛度系數(shù)（kN/m3）； v——前、后排樁水平位移的差值（m）：當(dāng)其相對(duì)位移減小時(shí)為正值；pc0——前、后排樁間土體對(duì)樁側(cè)的初始?jí)毫Γ╧Pa）。

樁間土的水平剛度系數(shù)（kc）。

式中：Es——計(jì)算深度處，前、后排樁間土體的壓縮模量（kPa）；當(dāng)為成層土?xí)r，應(yīng)按計(jì)算點(diǎn)的深度分別取相應(yīng)土層的壓縮模量；sy——雙排樁的排距（m）；d——樁的直徑（m）。前、后排樁間土體對(duì)樁側(cè)的初始?jí)毫Α?/p>

式中：pak——支護(hù)結(jié)構(gòu)外側(cè)，第 i 層土中計(jì)算點(diǎn)的主動(dòng)土壓力強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值（kPa），按《建筑基坑支護(hù)工程技術(shù)規(guī)程》（JGJ120-2012）第 3.4.2 條的規(guī)定計(jì)算；h——基坑深度（m）； φm——基坑底面以上各土層按土層厚度加權(quán)的內(nèi)摩擦角平均值（°）；a——計(jì)算系數(shù)，當(dāng)計(jì)算的a大于1 時(shí)，取a＝1。

本次計(jì)算采用理正深基坑軟件的雙排樁模塊進(jìn)行計(jì)算。該軟件的計(jì)算模式與規(guī)范一致，僅有前后排樁矩形布置的計(jì)算方法。因此在設(shè)計(jì)時(shí)，考慮最不利的方式進(jìn)行計(jì)算，采用樁徑為1000mm，前后排樁排距3.0m，前后排樁間距均為4.0m，樁頂設(shè)1000mm×800mm的鋼筋混凝土冠梁，前后排樁之間采用800mm×800mm的梁連接。土壓力、位移、彎矩和剪力的計(jì)算結(jié)果如圖3所示。

圖2 該段基坑支護(hù)剖面圖

圖3 土壓力、位移、彎矩和剪力計(jì)算結(jié)果圖

經(jīng)過(guò)計(jì)算，樁頂位移滿足規(guī)范要求，抗傾覆穩(wěn)定性及整體穩(wěn)定性均能滿足規(guī)范要求。但考慮到土工效應(yīng)，以及規(guī)范要求排樁的中心距不宜大于樁直徑的2.0倍。因此前排樁間距設(shè)計(jì)時(shí)調(diào)整為2.0m。

5 變形監(jiān)測(cè)與支護(hù)效果

為保證本基坑安全，及時(shí)了解基坑支護(hù)的效果，對(duì)基坑進(jìn)行了監(jiān)測(cè)[4]。根據(jù)基坑使用情況及實(shí)測(cè)監(jiān)測(cè)資料，該段基坑樁頂最大水平位移約6mm。從最終的該段基坑的變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)來(lái)看，墻頂水平位移小，證明這種基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)是穩(wěn)定的，設(shè)計(jì)方案是合理的。

圖4 該段基坑樁頂位移監(jiān)測(cè)結(jié)果圖

6 結(jié)束語(yǔ)

本文通過(guò)對(duì)前后排樁間距不同的雙排樁基坑支護(hù)項(xiàng)目總結(jié)，采用了不利的近似計(jì)算方式。從最終的變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)來(lái)看，樁頂位移小，證明這種結(jié)構(gòu)支護(hù)基坑是穩(wěn)定的，設(shè)計(jì)方案是合理的。本基坑考慮基坑側(cè)壁地質(zhì)條件較好，基本都是性質(zhì)較好的土層及風(fēng)化巖，因此采用前后排樁間距不同的雙排樁基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)，以節(jié)省造價(jià)。在地質(zhì)條件較好的情況下，雙排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)可以考慮采用非矩形布置，即采用前后排樁間距不同的雙排樁基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)，以便兼顧經(jīng)濟(jì)性，但在兼顧經(jīng)濟(jì)性的同時(shí)應(yīng)更加注重其安全性。本文所形成的相關(guān)設(shè)計(jì)及施工經(jīng)驗(yàn)供后續(xù)工程參考。但本文對(duì)該前后排樁間距不同的雙排樁基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)所采用的計(jì)算方法為近似計(jì)算方法，距離詳細(xì)且更加符合實(shí)際的計(jì)算模型，還待進(jìn)一步研究驗(yàn)證。