双排桩在水闸深基坑工程中的应用

黄 显

（广州市水务规划勘测设计研究院，广东 广州 510640）

双排桩在水闸深基坑工程中的应用

黄 显

（广州市水务规划勘测设计研究院，广东 广州 510640）

简述双排桩计算模型，通过珠江三角洲软土地区某水闸深基坑中双排桩支护结构的应用，介绍其设计要点。应用实践证明：双排桩在深基坑工程中具有刚度大、位移小、工期短、施工方便的特点，具有很好的推广价值。

双排桩；深基坑；水闸；应用

在基坑工程中，悬臂式灌注桩是一种应用广泛的支护型式，但对于深度较大的基坑，其桩顶水平位移常常较大，以致于其应用常受到限制。如采用支撑或锚拉支护方法虽然可以减小桩顶的水平位移，但在工期、造价及施工技术或场地条件限制等方面也存在一些不利因素。双排桩门架式支护结构（简称双排桩支护结构）是由前后两排灌注桩、冠梁以及前后排桩桩顶之间的连梁形成的空间结构，由于其具有较大的侧向刚度，并能明显减小基坑的侧向变形[1]，因此在一些对支护结构水平位移要求严格的深基坑工程中，这种支护形式得到广泛应用。

1 双排桩计算模型

国内外许多学者对于双排桩的理论研究，提出过一些不同的计算模型，一般有两种思路：一种是将这种空间结构简化为平面模型来计算，如刘钊[2]、何颐华[3]等人的计算模型，差别主要在于土压力或土弹簧的作用范围以及约束类型。另一种就是考虑空间效应的有限元方法。如蔡袁强等人[4]的研究，其采用有限元法，对软土地基深基坑中双排桩式围护结构的受力特性进行了分析。

上述双排桩理论研究促进了对其作用机理的进一步认识与了解，另外一些科研和设计人员也通过一些试验和工程应用获得了宝贵的实践数据来验证理论的有效性。这一新型支护结构，还需要大量的试验和应用来完善其理论。而工程设计人员，更多的应该采用规范来指导设计。本文通过广州市黄埔区某水闸深基坑中双排桩结构的工程实例，结合2012版建筑基坑支护技术规程中双排桩结构规范设计方法，来阐述这种新型支护结构的设计和应用。

相比99版规范，新规范中增加了双排桩这一新型支护结构，新规范中采用简化的平面刚架结构模型（见图1）[5]。

图1 双排桩计算模型

该模型中，作用在结构两侧的荷载和单排桩相同，前、后排桩的桩间土体对桩侧的压力可按下式计算：

2 工程实例

2.1 工程概况

广州市黄埔区某水闸工程基坑支护顺延河道堤岸线，基坑深度为5.8～12 m左右，其中南岸闸室段基坑沿岸线长约25.2 m，基坑深度7.0～9.6 m，其中约10 m长范围深度约9.6 m。基坑外侧主要为厂房，基坑边线距离需保护的建筑物边线的距离较近。根据基坑重要性，本次基坑安全等级按二级考虑。

2.2 场地地质条件

本工程地处珠江三角洲软土地区，主要为第四纪沉积物，土层多淤泥、淤泥质土及淤泥质粉砂，具有含水量高、抗剪强度低、压缩性高、承载力低等特性。另外，工程位于感潮河段，地下水丰富，水位变动频繁，给基坑工程设计带来了不小的考验。本次设计应充分重视软土特性以及地下水的影响。

根据附近钻孔资料，各岩土层的层厚及物理力学指标计算参数见表1。

表1 各土层物理力学指标及计算参数

2.3 支护型式比选

通过技术上、经济上以及对工期的影响等方面对常用的几种基坑支护方案进行分析比较：

（1）采用传统的悬臂灌注桩支护结构，支护桩直径采用1 200 mm，经简单计算，7.0 m深度的基坑桩顶位移为70.31 mm，而9.6 m深度的基坑桩顶位移达到119.61 mm，明显不合理；

（2）采用桩锚支护形式，桩锚结构虽然能很好的控制桩顶变形，但本工程需在枯水期完成水下工程，工期紧张，由于锚索施工复杂，基坑开挖工序较多，对工期控制不利，故本次不予考虑；

（3）采用双排灌注桩支护结构，双排桩具有很大的侧向刚度，可以明显减小基坑的侧向变形，而且不影响工期，所以合理可行。

根据工程实际情况，经过方案比较，拟采用悬臂灌注桩和双排混凝土灌注桩相结合的方案，基坑较浅位置采用单排的悬臂灌注桩结构，较深部位采用双排灌注桩结构。

2.4 双排桩支护设计

支护桩桩径1 200 mm，前排桩间距1 400 mm，前后排桩排距3.5 m，前后排矩形排列布置，前后排桩冠梁采用1 400 mm×1 000 mm，连梁采用800 mm×1 000 mm。基坑支护平面见图2。

图2 基坑支护平面及剖面布置图

2.4.1 嵌固稳定性计算

根据上述典型剖面，本文采用图解法进行嵌固稳定性的简要计算。

由于有施工车辆过往，超载取为25 kPa，另外，将桩顶以上0.5 m厚的土层简化为附加荷载，其粘聚力作用也不考虑。由于闸室底板采用水泥搅拌土格栅结构作为基础和防渗措施，对被动土压力区的土体产生了一定的加固效应，所以基坑内侧被动土压力区的土体参数取为γ=19 kN/m2，c=25 kPa，φ=20°。

根据规范3.4节[5]分别计算外侧各层土体的主动土压力标准值，以及基坑内侧各层土体的被动土压力标准值。经计算后，将对应的土压力标准值分别画在后排桩后和前排桩前，通过软件自动计算出土压力多边形的面积和形心，即可得到基坑内外侧的土压力合力和力臂（见图3）。

图3 双排桩计算土压力图解法

由规范公式4.12.5，可得到嵌固稳定安全系数：

由于双排桩横向尺寸较大，所以双排桩的嵌固稳定性验算考虑了土体与双排桩结构的自重作用，这是双排桩与单排桩嵌固稳定性验算的区别。

2.4.2 整体稳定性验算

采用经典的圆弧滑动条分法来验算双排桩的整体稳定性，采用理正深基坑软件进行辅助计算。经过计算，Ks=3.240＞1.3，满足规范要求。

2.4.3 桩身内力及位移验算

通过辅助计算软件同时可以得到桩身的内力及位移包络图（见图4）。由于双排桩具有较大的侧向刚度，桩顶位移得到了很好的控制，从图中可以看出，最大位移为35.21 mm。

图4 双排桩位移与内力包络图

2.4.4 配筋计算

根据上述内力计算的结果进行结构配筋，为了施工方便，采用通长配筋。前排桩主筋采用30C22，后排桩主筋采用28C22，前后排桩箍筋均采用B12@150，连梁底筋和面筋均采用10C25，箍筋采用B12@150。

2.5 基坑变形监测

基坑变形监测是保证基坑安全必不可少的环节。随时根据监测结果优化设计，采取措施，以保障施工安全，并有效地保护基坑周边环境。同时，基坑监测数据为科研和设计人员提供原始资料，有助于更加深入地认识支护结构的变形与受力特性，从而提高基坑工程的理论水平，改进设计理论和规范，推动基坑工程施工技术的发展。

本次基坑监测共布置3个变形观测点、1个地下水位监测孔和1个地表沉降监测点，在基坑开挖期间1～2天测一次，水闸主体工程施工阶段3～5天测一次。观测结果显示，桩顶最大位移为31 mm，地下水位稳定，基坑外地表无明显裂缝，表明支护结构稳定。

3 结语

本工程位于珠江三角洲软土地区的河道，地下水丰富，水位变动频繁，本次基坑支护采用双排灌注桩和悬臂灌注桩相结合的支护形式，代替较常用的桩锚结构，取得了很好的效果。

通过施工期基坑变形监测结果可以看到，基坑是安全的，主体工程的施工安全得到了有力保障。另外，由于没有锚索施工，桩施工完毕即可进行基坑开挖，大大地缩短了工期，保障了工程在汛期前顺利通水验收，由于工期的加快也间接地降低了工程造价。

通过本工程实践证明，双排桩结构在深基坑工程中具有刚度大、位移小、工期短、施工方便的特点，具有很好的推广价值。

[1] 龚晓南.深基坑工程设计施工手册[M].北京：中国建筑工业出版社，1998.

[2] 刘 钊.双排桩支护结构的分析及试验研究[J].岩土工程学报，1992，14（5）：76-80.

[3] 何颐华，杨 斌，金宝森.双排护坡桩试验与计算的研究[J].建筑结构学报，1996，17（2）：58-66.

[4] 蔡袁强，赵永倩，吴世明，等.软土地基深基坑中双排桩式围护结构有限元分析[J].浙江大学学报（工学版），1997，31（4）：442-448.

[5]JGJ120-2012，建筑基坑支护技术规程[S].

（责任编辑：周 群）

Application of double-row piles in deep sluice foundation pit engineering

HUANG Xian
（Guangzhou Water Planning&Design Institute，Guangzhou 510640，China）

Support structures with double-row piles had been adopted in a deep sluice foundation pit located in soft soil area of the pearl river delta.An introduction was made on the calculation model of double-row piles and the key points of design.This application proved that double-row piles is worthy of popularization for deep foundation pit engineering with its high stiffness，small displacement，short duration and the convenience in construction.

Double-row piles；deep foundation pit；sluice；application

TV223.22

B

1003-1510（2016）03-0042-04

2016-04-12

黄 显（1986-），男，湖北秭归人，广州市水务规划勘测设计研究院工程师，硕士，主要从事水利工程设计工作。