双排桩支护结构在深基坑中的应用

申小金

（山西省电力公司送变电工程公司，山西 太原 030006）

双排桩支护结构体系作为一种空间组合类支护结构，在国外起源于20世纪50年代，主要用于公路、铁路的边坡支护。20世纪90年代初期，被引入我国并在深基坑支护工程中得到广泛运用。它是一种空间组合类悬臂支护结构，将密集的单排悬臂桩中的部分桩向后移，并在桩顶用刚性联系梁——冠梁把前后排连接起来，沿基坑长度方向形成双排支护的空间结构体系。它是在没有锚杆（或内支撑）的情况下，发挥空间组合桩的整体刚度和空间效应，并与桩间土协同工作，使支挡因开挖引起的不平衡力达到保持坑壁或坡体稳定、控制变形、满足施工和相邻环境安全的目的，具有侧向刚度大、减少水平位移、不设支撑、占用空间小等优点。已有许多学者对双排桩进行了大量研究：何颐华、杨斌[1]等利用前、后排桩之间的滑动土体占整个滑动土体的体积比例，来确定所受土压力的大小。黄强[2]认为，后排桩的存在改变了土体滑动面的形态,从而导致土压力分布形态的改变,并提出一种简化的计算方法。平扬、曹俊坚等[3]考虑了冠梁的空间效应，在此基础上计算桩的内力和变形。郑刚[4]将双排桩之间的土视为薄压缩层，并以水平向弹簧来模拟，提出一种考虑桩-土相互作用的平面杆系有限元分析模型。同时，在大量的工程实践中广泛采用，其支护效果和造价投资均切实可行。

1 双排桩支护结构计算理论与方法[5]

排桩支护结构内力的计算方法主要是经典法、弹性地基梁法和有限元法。弹性支点法，也叫弹性地基梁法，该法把支护结构看做一竖放的弹性地基梁，受侧向土压力的作用，基坑开挖面以上的支撑可看做一个弹性支点，基坑开挖面以下的土体用一系列的土弹簧来代替，计算法简图见图1。土压力一般采用朗肯土压力或库伦土压力。基坑规程中的弹性支点法把支撑作为一个弹性支点，侧向土压力开挖面以上按三角形分布，开挖面以下按矩形分布，地基土抗力按“m”法计算，该模型的基本思路如下：基坑开挖后的桩侧土压力分3部分分析，基坑开挖面以上后排桩的桩背土压力假定为主动土压力；基底以上部分前后排桩之间的土体将随桩身的移动而发生扰动，此时可以将基底以上的土体视为受侧向约束的半无限土体，根据平面应变问题的物理方程，并近似地认为桩间土的横向应变为0，于是桩间土的侧压力σ可按式（1）计算：

式中：μ：土的泊松比；

γ：土的天然容重；

Z：地表至计算点的距离。

基坑地面线以下部分土对桩的侧向抗力，采用文克尔假定，即土对桩的侧向抗力P0等于桩的计算宽度b0，地基系数cy和侧向位移x三者之间的乘积。

图1 弹性支点法计算简图

2 工程实例

太原市某高层建筑物，地上24层，高度98.24 m，地下两层，基坑深度10.2 m，周边情况复杂，基坑开挖边线距周围建筑物很近。经论证双排桩支护结构体系见图2、图3，场地土性质见表1。对该双排桩采用弹性计算法计算内力，计算模型见图4。双排桩、连梁、冠梁的几何参数见表2，内力计算结果见图5。

图2 双排桩平面布置图

图3 双排桩示意图

图4 内力计算模型

图5 双排桩位移及弯矩图

表1 土体参数表

表2 维护结构的有关参数

从图5可以看出，在开挖过程中，桩体呈现较大的向基坑内的水平位移，在支护结构顶部由于冠梁的约束作用，限制了位移的发展，最大位移为4.25 mm，位移相对较小，能满足规范要求。

本工程采用冲击钻机成孔灌注桩，并用后压浆技术进行桩身、桩底的加固，一方面提高灌注桩身的质量；另一方面去除虚土与沉渣的不利影响，详细的施工流程见图6。

本工程基坑在开挖全过程进行了基坑监测，监测内容包括双排桩顶部侧向位移、基坑土体水平位移，周围建筑物及周边地面沉降观测。监测结果显示如下。

图6 成孔灌注桩施工工艺流程

（1）桩顶位移：除东南侧由于堆土的影响前排桩最大位移为6.28 mm外，其余桩顶位移均在4 mm以内，达到预期的目标，满足了双排桩的变性要求，而且实测值与计算值基本吻合。

（2）周边环境：周围建筑物的沉降仅为0.3 mm，周围的地下设施无一受到损坏，说明基坑开挖对周边环境影响甚微。

3 结论

通过本工程双排桩的理论计算、设计与施工、现场实测等工作，有以下几点体会：

（1）在同一深度，后排桩侧向变形比前排桩小，与单排桩比较，双排桩支护结构抗侧向变形能力明显加强。

（2）现阶段采用弹性法进行双排桩的内力分析与计算是可行的，实测结果与理论计算值基本一致。当然，此方法过于保守，一定程度上造成投资浪费。

（3）后压浆技术在双排桩中的应用是非常成功的，它大幅度提高了双排桩的质量性能，有效地控制了双排桩的竖向位移，实现桩-土变形的协调一致。

（4）优质的施工是保证双排桩支护体系成功的关键。

[1]何颐华，杨斌深.基坑护坡桩土压力的工程测试及研究[J].土木工程学报，1997，23（1）：16-24.

[2]黄强.护坡桩空间受力简化计算方法[J].建筑技术，1989，（6）：43-45.

[3]平扬，曹俊坚.考虑圈梁空间作用的深基坑双排桩支护计算方法研究[J].岩石力学与工程学报，1999，18（6）：709-712.

[4]郑刚，李欣等.考虑桩土相互作用的双排桩分析[J].建筑结构学报，2004，25（1）：99-106.

[5]王建军.基坑支护现场试验研究与数值分析.博士学位论文，2006，5-6.