前后排桩间距不同的双排桩应用

杨旭东 程鹏 张孝波

湖南中南水电水利工程建设有限公司 湖南 长沙 418000

引言

随着我国经济发展迅速，城市建设如火如荼，房屋建筑高度也越来越高。随着居民生活水平的提升，私家车已基本普及，房屋建筑现在一般都设有地下车库，随之而来的基坑支护也越来越多。现在基坑支护的支护形式也越来越多，最常见的基坑支护类型有：放坡、土钉墙、复合土钉墙、桩锚、双排桩、内支撑、水泥土墙等[1]。

本文以某前后排桩间距不同的双排桩支护方案为实例，介绍了前后排桩间距不同的双排桩设计计算、施工难易程度及实施后的实际效果，为后续类似基坑支护设计施工提供经验。

1 工程概况

湖南某项目拟建4栋高层及部分商业，该项目设置2～4层地下室，主要功能为设备用房和地下停车库。基坑深度为9.40～20.90m。基坑开挖底边线总长约为402.70m。场地周边环境复杂，场地北侧为某已将办公楼场地，场地东侧及东南侧为低层及多层房屋，场地西南侧为5～6层办公楼房屋，场地西侧临近道路，道路下有地铁线路。本工程基坑工程安全等级为一级，基坑支护为临时性支护，支护结构使用年限1年。

本段基坑深度约8.9 0 m，基坑距离周边房屋最近约12.56m，该房屋下设2层地下室。该段基坑与周边环境平面关系如图1所示。

图1 该段基坑与周边环境平面关系图

2 工程地质条件

2.1 地层岩性

根据勘察报告，该段基坑主要地层为第四系冲洪积粗砂、第四系残积粉质黏土以及白垩系全、强、中风化泥质粉砂岩。第四系冲洪积（Qal+pl）粗砂：黄色，褐色等色，饱和，呈中密状。第四系残积（Qel）粉质黏土：褐红色、青灰色，硬塑状态。白垩系（K）全风化泥质粉砂岩：褐红色，呈坚硬土状。白垩系（K）强风化泥质粉砂岩：褐红色、青灰色，极软岩，岩体完整程度为破碎，岩体基本质量等级为Ⅴ级。白垩系（K）中风化泥质粉砂岩：褐红色，为极软岩，岩体完整程度为较完整，岩体基本质量等级为Ⅴ级。

2.2 地下水

根据勘察结果场地范围内的地下水分为上层滞水，孔隙潜水两种。上层滞水，主要赋存于人工填土中，上层滞水稳定水位埋深为1.8m～11.5m ，相当于标高37.20m～54.24m，无统一水面，无承压性。孔隙潜水，主要赋存于卵石、粗砂中，该两层为中等～强透水层，孔隙潜水稳定水位埋深为3.6m～12.6m，相当于标高43.32～44.27，无承压性。

3 基坑支护方案选择

根据基坑侧壁不同环境条件及基坑开挖深度，基坑支护可供选择的方案有放坡、护壁桩、锚杆、喷锚、桩锚等等。各种方案都有其优点和局限性，因此，选择合理的方案是保证基坑支护工程质量的关键。

本次设计在深入掌握和研究已有工程地质、水文地质资料和周边环境条件等具体影响因素的基础上，参照成功的设计及施工经验，进行多种方案的分析、论证与优化，最终采用的支护方案如下：基坑周边局部离带地下室的房屋较近且基坑开挖底边线距用地红线很近，基坑基本没有放坡空间，基坑仅能采用垂直支护的形式。又考虑当地规定支护结构不得出红线，考虑到基坑的开挖深度及工程地质条件，基坑深度较大，采用单排悬臂桩已不合适，基坑支护可供选择的支护方案仅剩内支撑和双排桩。由于内支撑方案施工相对复杂且施工周期长，对后期地下室施工影响较大，因此基坑选择采用双排桩支护的方案，双排桩为刚架结构，其抗侧移刚度远大于单排悬臂结构，其内力分布明显优于悬臂结构，在相同材料消耗条件下，双排桩刚架结构的桩顶位移明显小于单排悬臂桩，其安全可靠性、经济合理性优于单排悬臂桩，该方案经济性及合理性相对较好。根据工程地质条件，该段基坑有强透水层粗砂，基坑地下水处理采用旋喷桩止水帷幕止水[2]。

4 基坑支护方案分析计算

4.1 基坑支护方案

该段基坑主要地层为粗砂、粉质黏土以及全、强、中风化泥质粉砂岩，粗砂层及粉质黏土厚度均不大，工程地质条件相对较好。考虑基坑支护的经济性，对于该侧基坑采取‘前后排桩间距不同的双排桩’的支护方法。

双排桩采用旋挖钻孔灌注桩，桩径为1000mm，前后排桩排距3.0m。前排桩桩间距2.0m，后排桩间距4.0m。双排桩前后排桩顶均设1000mm×800mm的冠梁，前后排桩之间采用800mm×800mm的梁连接。前排桩桩间设置旋喷桩止水帷幕，旋喷桩直径800mm，桩间距为600mm。

4.2 基坑支护分析计算

目前《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120-2012）推荐的双排桩计算模型是采用平面刚架模型进行计算。本结构分析模型，作用在结构两侧的荷载与单排桩相同。本模型采用土的侧限约束假定，认为桩间土对前后排桩的土反力与桩间土的压缩变形有关，将桩间土看作水平向单向压缩体，按土的压缩模量确定水平刚度系数。同时考虑基坑开挖后桩间土应力释放后仍存在一定的初始压力，计算土反力时反映其影响，本模型初始压力按桩间土自重占滑动体自重的比值关系确定。但规程仅给出了前后排桩矩形布置的计算方法[3]。规范计算方法如下：

作用在后排桩上的主动土压力按规范主动土压力计算方法计算，前排桩嵌固段上的土反力按规范计算方法计算。前、后排桩的桩间土体对桩侧的压力可按下式计算：

式中：pc——前、后排桩间土体对桩侧的压力（kPa）；可按作用在前、后排桩上压力相等考虑； Kc——桩间土的水平刚度系数（kN/m3）； v——前、后排桩水平位移的差值（m）：当其相对位移减小时为正值；pc0——前、后排桩间土体对桩侧的初始压力（kPa）。

桩间土的水平刚度系数（kc）。

式中：Es——计算深度处，前、后排桩间土体的压缩模量（kPa）；当为成层土时，应按计算点的深度分别取相应土层的压缩模量；sy——双排桩的排距（m）；d——桩的直径（m）。前、后排桩间土体对桩侧的初始压力。

式中：pak——支护结构外侧，第 i 层土中计算点的主动土压力强度标准值（kPa），按《建筑基坑支护工程技术规程》（JGJ120-2012）第 3.4.2 条的规定计算；h——基坑深度（m）； φm——基坑底面以上各土层按土层厚度加权的内摩擦角平均值（°）；a——计算系数，当计算的a大于1 时，取a＝1。

本次计算采用理正深基坑软件的双排桩模块进行计算。该软件的计算模式与规范一致，仅有前后排桩矩形布置的计算方法。因此在设计时，考虑最不利的方式进行计算，采用桩径为1000mm，前后排桩排距3.0m，前后排桩间距均为4.0m，桩顶设1000mm×800mm的钢筋混凝土冠梁，前后排桩之间采用800mm×800mm的梁连接。土压力、位移、弯矩和剪力的计算结果如图3所示。

图2 该段基坑支护剖面图

图3 土压力、位移、弯矩和剪力计算结果图

经过计算，桩顶位移满足规范要求，抗倾覆稳定性及整体稳定性均能满足规范要求。但考虑到土工效应，以及规范要求排桩的中心距不宜大于桩直径的2.0倍。因此前排桩间距设计时调整为2.0m。

5 变形监测与支护效果

为保证本基坑安全，及时了解基坑支护的效果，对基坑进行了监测[4]。根据基坑使用情况及实测监测资料，该段基坑桩顶最大水平位移约6mm。从最终的该段基坑的变形监测数据来看，墙顶水平位移小，证明这种基坑支护结构是稳定的，设计方案是合理的。

图4 该段基坑桩顶位移监测结果图

6 结束语

本文通过对前后排桩间距不同的双排桩基坑支护项目总结，采用了不利的近似计算方式。从最终的变形监测数据来看，桩顶位移小，证明这种结构支护基坑是稳定的，设计方案是合理的。本基坑考虑基坑侧壁地质条件较好，基本都是性质较好的土层及风化岩，因此采用前后排桩间距不同的双排桩基坑支护结构，以节省造价。在地质条件较好的情况下，双排桩支护结构可以考虑采用非矩形布置，即采用前后排桩间距不同的双排桩基坑支护结构，以便兼顾经济性，但在兼顾经济性的同时应更加注重其安全性。本文所形成的相关设计及施工经验供后续工程参考。但本文对该前后排桩间距不同的双排桩基坑支护结构所采用的计算方法为近似计算方法，距离详细且更加符合实际的计算模型，还待进一步研究验证。