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寶雞市青少年科技活動中心設計... 閱讀 7123 次 雙排樁在軟土深基坑支護中的應用初探
摘要：本文以某規(guī)劃軌道交通線路旁軟土深基坑為例，介紹了首次在本地采用雙排樁進行支護設計的實例。本方案有效避免了對軌道交通的影響，也保證了工程進度，產(chǎn)生了良好的社會經(jīng)濟效益。...
雙排樁在軟土深基坑支護中的應用初探
張強1 梁鳳美1 別小勇2
（1、無錫市太湖家園房地產(chǎn)開發(fā)有限公司，江蘇無錫 214001；
2、無錫市建筑設計研究院有限責任公司，江蘇無錫 214001）
1、引 言
雙排樁作為一種新型基坑支護手段，通過樁頂冠梁將雙排樁的前后排樁連接形成門式剛架抵抗側向土壓力。門式剛架為三次超靜定結構，具有隨著支撐、荷載條件的變化自動調整結構的內力分布功能，因此使得雙排樁在解決邊坡支護問題中具有適應性強，安全度高，施工方便等多種優(yōu)點。與常用的懸臂樁和錨拉樁相比，雙排樁具有下列優(yōu)點：
（1）變形控制能力強：雙排樁具有較大的側向剛度，雙排樁的頂部為剛性節(jié)點，樁梁之間不能相互轉動，可以抵抗彎矩。可以有效限制支護結構的側向變形，這是懸臂樁無法比擬的；
（2）不需要設置錨桿或者支撐，因此避免地下空間污染，也有利于基坑施工進度。在不能采用錨桿的工程場地和地質條件下用雙排樁替代錨拉樁更顯示其獨特的優(yōu)越性；
（3）節(jié)約：有研究表明，在一定范圍內用雙排樁替代懸臂式單樁，可降低30%以上材料；
（4）適應能力強：雙排樁可以隨下端支撐情況的變化自動調整其上下端的彎矩，同時可以自動調整結構各部分內力，以適應復雜多變的載荷位置。
2、工程概況
某10m深基坑位于規(guī)劃中的軌道交通1號線和4號線交叉口位置，基坑開挖范圍很大。受軌道交通制約，該基坑無法采用常規(guī)的錨拉支護，如采用內支撐，則由于基坑面積很大并且工期很緊，因此無法實施。本次設計首次在本地采用雙排樁支護形式。
2.1 基坑概況
擬建工程±0.00為黃海高程4.000m左右，底板板底標高-10.100m，墊層厚度預計100mm。場地根據(jù)勘察期間各鉆孔情況，預計整平標高在黃海高程4.000m左右；因此基坑實際普遍開挖深度10m。根據(jù)擬建工程總平面圖，以設計院提供的基坑開挖線為依據(jù)，則確定基坑坡頂線尺寸約為250m×150m，基坑總面積約3萬1千多平米。
2.2 場地及環(huán)境概況
擬建場地環(huán)境及建筑情況如下：
（1）擬建區(qū)場地東側為城市干道，距離20m；西側為城市干道，距離為10m，北側為觀山路，距離為5m，南側比較空曠，但是有規(guī)劃道路以及規(guī)劃與地下商務街區(qū)連接。
（2）在觀山路和立德大道均由規(guī)劃軌道交通線路，其中1號線已經(jīng)開工，兩條道路交匯位置設有地鐵站點，擬采用地下連續(xù)墻明挖施工。
場地有如下特點：
（1）總體場地條件稍好，無重要建構筑物需要保護，因此變形控制要求相對較低，設計應以強度控制為主，以節(jié)約造價；
（2）基坑周邊后期規(guī)劃地下工程較多，尤其是有地下軌道交通以及站點分布，之間也有通道相連。通道設計方案基坑施工時尚無明確方案，應避免基坑支護結構嚴重影響后期地下空間開發(fā)規(guī)劃。因此采用錨桿方案可行性不大。基坑平面情況如圖1所示。
圖1 擬建工程基坑周邊情況
綜合上述情況，本基坑在規(guī)劃軌道交通兩側采用錨桿支護是不可行的，自然放坡也缺乏施工場地。如采用內支撐，則因為基坑面積很大，一方面造價大大增加，另一方面對挖土進度影響較大，不能滿足進度要求，因此統(tǒng)籌考慮，確定采用雙排樁支護。雖然雙排樁可能變形稍大，但是考慮到周邊沒有需要特別保護的建構筑物，因此是可行的。
2.3 地質情況
擬建場地在基坑開挖深度范圍內主要土層特征描述如下：
1層表土：耕土為主，雜色，含少量植物根莖，結構松散。場地普遍分布，厚度：0.3～4.3m，平均1.16m；
2-1層粘土：黃色～灰黃色，可塑狀態(tài)，顆粒稍粗，含少量灰色泥質斑塊，切面有光澤，無搖震反應，韌性中等，干強度中等。場區(qū)普遍分布，厚度0.40～3.00m，平均1.99m；
2-2層粉質粘土：黃色～灰黃色，可塑狀態(tài)，顆粒稍粗，含少量鐵錳質成分和灰色條紋，切面有光澤，無搖震反應，韌性高，干強度高。場區(qū)普遍分布，厚度0.90～3.20m，平均1.99m；
3層粉土夾粉質粘土：灰黃色，濕～很濕，松散～稍密狀態(tài)，切面無光澤，搖震反應迅速，韌性較低，干強度較低。場區(qū)普遍分布，厚度0.90～5.90m，平均2.52m；
4-1層粉質粘土：灰色，流塑狀態(tài)，顆粒稍粗，局部夾薄層粉土粉砂，切面無光澤，搖震反應中等，韌性低，干強度低。場區(qū)普遍分布，厚度0.90～6.00m，平均3.41m；
4-2層粉土夾粉砂：灰色，很濕，中密狀態(tài)，含云母碎屑，顆粒稍粗。廠區(qū)普遍分布，厚度1.30～6.20m，平均3.46m；層底標高：－11.00～－9.14m，平均－9.94m；
5-1層粉質粘土：綠灰～灰黃色，可硬塑狀態(tài)，顆粒較細，含少量鐵錳結核，切面有光澤，無搖震反應，韌性高，干強度高。場區(qū)普遍分布，厚度2.00～4.50m，平均3.29m；
擬建場地地層參數(shù)如表1所示。
基坑設計參數(shù)
|
層號 |
土名 |
重度
（KN/m3） |
粘聚力c |
內摩擦角j |
|
kPa |
度 | |||
|
1 |
雜填土 |
18.5 |
5.00 |
8.00 |
|
2-1 |
粉質粘土 |
18.9 |
45.00 |
13.10 |
|
2-2 |
粉質粘土 |
19.0 |
43.00 |
12.90 |
|
3 |
粉土夾粉質粘土 |
18.3 |
17.00 |
21.10 |
|
4-1 |
粉質粘土 |
18.3 |
11.00 |
21.50 |
|
4-2 |
粉土夾粉砂 |
18.3 |
3.00 |
31.20 |
|
5-1 |
粉質粘土 |
18.3 |
43.00 |
16.30 |
|
5-2 |
粉質粘土 |
19.2 |
53.00 |
16.30 |
 圖2 雙排樁計算簡圖 |
3、雙排樁設計計算方法
由于規(guī)范缺乏明確規(guī)定，本次雙排樁按門式剛架進行設計計算，基本假定如下：
（1）前后排樁按照滑動面內的土體分配主動、被動土壓力；計算得到前排樁土壓力分配系數(shù)0.57，后排樁土壓力分配系數(shù)0.43；
（2）壓頂梁與圍護樁為剛性節(jié)點；
（3）雙排圍護樁變形時，坑底以下1/3-1/5為嵌固段，從土質情況分析，此時圍護樁進入5-1層可塑硬塑粉質粘土約1倍樁徑，該土層承載力很高，因此能滿足本假定。
計算根據(jù)實際模型建立門式剛架，材料的抗拉剛度以及抗彎剛度根據(jù)實際計算。
根據(jù)建立的計算模型，施加土壓力后進行計算。考慮到一旦變形較大，基坑發(fā)生滑移則上部放坡部分土體可能會對圍護樁產(chǎn)生附加推力，因此在壓頂梁位置施加水平集中力模擬極限破壞。
4、雙排樁設計參數(shù)
根據(jù)上述設計思路，經(jīng)反復驗算，確定雙排樁設計參數(shù)如下：
（1）前后排樁直徑均為800mm，前后排樁的排間距為2.4m，樁間距2m，梅花形錯列布置。與常規(guī)單排樁方案相比，總圍護樁數(shù)保持不變；在前后牌樁之間布置直徑850mm，間距1200mm三軸深層攪拌樁止水。圍護樁樁頂位于自然地坪以下5.6m，樁長均為12m，嵌固深度約為7m。
（2）樁頂設置700mm高壓頂梁，將前后排樁剛性連接為整體。其頂面標高位于自然地坪以下5m。壓頂梁的配筋沿基坑邊坡方向為構造配筋。
（3）考慮到雙排圍護樁為在本地首次應用，因此為安全起見，配筋采用單樁通長均勻配置，不像錨拉支護在不同標高截斷。前排樁配筋為12根Φ25三級鋼筋；后排樁為14根Φ25三級鋼筋。
（4）邊坡上部5m高邊坡采用1：0.5放坡，設置土釘墻支護。對于局部位置由于分布河道，采用木樁加強護坡。
典型邊坡支護剖面如圖3所示。基坑開挖后的實際情況如圖4所示。
圖3 基坑典型布置剖面
圖4 基坑實際開挖情況
本基坑開挖歷時4個多月，監(jiān)測數(shù)據(jù)表明圍護結構運行良好，無重大險情發(fā)生，北側邊坡最大位移僅為5cm左右，經(jīng)受了本地漫長梅雨期的考驗，為附近幾個后續(xù)類似基坑的支護設計提供了較大參考價值。
5、結論與建議
雖然關于雙排樁的研究與實踐在全國各地已有許多報道，但是在本地尚無類似設計方案與實施范例，通過本次實踐，作者認為：
（1）雙排樁作為一種新型的基杭圍護結構，在本地軟土深基坑中是可行的；
（2）雙排樁的實際位移量遠小于單排懸臂樁，但是大于錨拉和內支撐支護形式的變形，對于擬建場地周圍變形控制要求不是非常嚴格情況下是一個非常可行的方案，尤其是擬建場地已緊貼紅線或者受規(guī)劃制約無法錨拉；
（3）雙排樁的壓頂梁是確保前后排樁形成門式剛架的關鍵結構，因此務必確保其不形成鉸接體系；
（4）雙排樁按照滑動土體體積分配土壓力的做法是可行的，但是受各種條件制約，本次基坑圍護中未對土壓力進行監(jiān)測，也未能對圍護樁的彎矩分布進行測試，需要在后續(xù)工程中予以改進，以確保更安全、經(jīng)濟的實現(xiàn)設計目標。
參考文獻
[1] 龔曉南 深基坑工程設計施工手冊 北京:中國建筑出版社，1998
[2] 曹俊堅，平揚，朱長歧等 考慮圈梁空間作用的深基坑雙排樁支護計算方法研究巖石力學與工程學報1999，18(6):709-7121
[3] 蔡袁強，趙永倩，吳世明等 軟土地基深基坑中雙排樁式圍護結構有限元分析 浙江大學學報，1997，31(4)442-4471
作者簡介：張強，男，1975年6月生，高級工程師，現(xiàn)從事房地產(chǎn)開發(fā)項目管理工作。
通訊作者：別小勇，男，1977年3月生，高級工程師，現(xiàn)從事巖土工程勘察設計工作。
聯(lián)系電話：13812193032 無錫市石皮巷2號，214001 無錫市建筑設計研究院有限責任公司
電子郵箱：bxypaper@163.com
(本文來源：陜西省土木建筑學會 文徑網(wǎng)絡：文徑 尹維維 編輯 劉真 審核)
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