长短组合双排桩基坑支护体系构建与应用

王 帅 于 洋 王绪勇 岳智强

1.青岛地质工程勘察院（青岛地质勘查开发局） 山东 青岛 266000

2.青岛地矿岩土工程有限公司 山东 青岛 266000

在城市化进程中，在修建高层建筑、地铁、隧道等工程时需要开挖深度较大的基坑。在这些工程中，基坑支护始终是一个关键的工序。长期以来，基坑支护技术在不断地改进和完善，但仍然面临很多挑战。传统的基坑支护方法已经难以满足复杂工程的施工要求[1]。因此，新型的基坑支护技术不断涌现。长短组合双排桩基坑支护体系是一种新兴的基坑支护技术，该体系遵循“支撑阶段-封闭阶段-拆除阶段”的施工顺序，将两种长度不同的钢筋混凝土双排桩进行交错排列，采用支撑和封闭系统，可有效地控制土体变形及结构沉降。同时，该体系施工速度快、安全性高，可以大大提高施工效率。在履行其基本功能的同时，该体系还大大降低了施工成本，具有显著的经济效益。本文将具体介绍长短组合双排桩基坑支护体系的构建与应用，包括其原理、施工方法、监测以及相关工程案例。该文旨在为读者深入了解基坑支护技术提供参考，为工程实践提供有益借鉴。

1 长短组合双排桩基坑支护技术应用案例

1.1 长短组合双排桩基坑支护技术介绍

长短组合双排桩基坑支护体系是一种常用于深基坑施工中的支护体系，该体系主要采用长桩与短桩双排桩组合的方式，形成一个稳定的桩墙支护系统，长桩和短桩可以根据不同的地质条件和工程要求进行组合布置。具体来说，长短组合双排桩基坑支护技术包括以下几个步骤：第一、确定桩的位置和数量。在施工前，需要对基坑的地形、土层、水位等进行勘测和分析，确定桩的位置和数量。第二、钻掘桩孔。钻机依次在桩的位置上钻掘长桩孔和短桩孔。第三、安装桩筋。在桩孔内安装钢筋，并将其固定在桩孔底部的钢筋架上。第四、浇注混凝土。分别在长桩孔和短桩孔内浇注混凝土，并按照要求进行振捣和养护。总的来说，长短组合双排桩基坑支护技术具有施工简便、支护效果好、抗震性能强等优点，因此在建筑施工中得到了广泛应用。但是，该技术也需要考虑土壤条件、桩的材质和数量等因素，以确保基坑支撑结构的稳定和安全。

在现代城市建设中，建筑物的高度和规模不断提高，为了满足这些大型建筑的需要，建筑深基坑的施工需要越来越深。深基坑的施工需要采用高强度桩墙等稳定的支护措施来保证施工安全和工程质量。长短组合双排桩基坑支护体系由于其支撑力强、施工效率高、适应性强和经济性好等特点，成为了现代建筑深基坑支护施工中常用的一种重要技术。总之，长短组合双排桩基坑支护体系是一种高效、经济、稳定的基坑支护技术，其应用广泛，适用于各种不同的地质条件和工程要求。

1.2 工程背景及要求

某工程需要建设一座地下停车场，基坑周长约620m，面积约20530m2，车库地下三层,局部地下四层。工程±0.00的绝对标高为54.30m，现自然地坪绝对标高53.80m左右，车库筏板顶标高39.60m，主楼筏板顶标高35.60m，筏板厚700mm，基坑开挖深度北区约为15.10m，南区为19.10m。由于场地较为狭窄，且周围有较多已有建筑物，按照传统的桩锚和钢支撑方式较难实现。因此，需要采用更加适用的支护方式，以确保施工质量与周围环境的安全。

1.3 技术方案设计

经过多次设计优化，选择了长短组合双排桩基坑支护技术。具体方案包括以下几个步骤：

1.3.1 长短组合双排桩施工

长短组合双排桩的应用原理基于双排桩的基础上，通过在长桩和短桩之间设置连接件，将两组桩连接在一起形成一个整体，以达到增强桩的整体刚度和抗拔能力的目的。通过长短组合的方式，能够充分发挥两种桩的优点，提高整体支撑的稳定性和承载能力，适用于较大深度和较大荷载的基坑支护。同时，连接件的设置也起到了减小桩周土体变形的作用，保证了基坑支护结构的稳定性和安全性。

1.3.2 桩顶连梁施工

单独施工顶梁，与桩顶连接固定。当长短组合双排桩施工完成后，需要进行桩顶连梁施工[2]。用钢筋和混凝土浇筑桩顶连梁，连接所有的桩，使成为一个整体结构，确保支撑性能。

1.4 长短组合双排桩对比及优化

1.4.1 不同构型支护体系对比分析

通过对原始设计的审查，发现主要问题是支护桩嵌固埋深不足和桩身强度不足。如果是在传统情况下，最好的解决方案是重建支撑桩。然而，基坑的开挖已经很深了，而且原有Φ800mm间距1400mm的支撑桩，桩间间隙为600mm。因此，在桩间增加新桩的可能性几乎为零，这给设计和施工带来了困难。通过工程实例分析，确定在现有支护桩外侧增设一排支护桩，形成双排桩支护结构。

首先，采用传统的双排桩体系，在满足规范要求的条件下，通过实验计算确定埋深至少应为11.5m，即施工桩长不应小于28.5m。尝试增加一排与现有规格相同的Φ800mm长22m支撑桩，形成双排桩支撑结构。计算结果表明，整体稳定性和抗倾覆稳定性满足要求，桩顶水平位移满足要求。然而，埋置深度不够，无法保证内部土体稳定。当基坑深度接近19.1m时，并没有贸然采用。

在此基础上，建议增加一排长桩，形成长短组合双排桩的结构形式。为了确保安全，对新增桩在单独作用下的工作条件进行了审查。试验结果表明，埋深14.9m，可以满足整体稳定性和抗倾覆稳定性的要求，但变形较大。这种情况下的试算是为了确保双排桩不会发挥其最大作用，并在不失去控制的情况下保持外排桩的基本安全。

在设计过程中，对桩身上的应力进行了分析，发现增加埋深对调整桩身应力没有显著影响。通过计算分析，证实了双排桩刚架结构中的桩与单排桩在应力特性上存在显著差异：锚式单排桩仅在水平荷载作用下产生弯矩和剪力，而双排桩刚架结构在水平荷载作用下产生弯矩和剪力，剪力远低于单排桩。

1.4.2 长短组合双排桩定型及优化

从前一部分的计算结果来看，由于双排桩基的嵌固检验与单排悬臂桩基的嵌固检验是类似的，与单排桩相比，双排桩的抗倾稳定性计算中，考虑了土体及桩身重量的影响，提出了双排桩的抗倾稳定性计算公式。研究表明，利用长、短双排双排桩结构，在双排桩顶设置联接梁，使内、外双排桩形成一个整体，实现对支护结构的整体稳定与变形控制。

在优化设计中，主要集中在桩体，特别是后排桩的加强上。总剪力矩和总剪力矩都很小，且集中在中部。由于上、下两个部位的受力比较小，所以在桩体中采用了上、中、下三个部位不同配筋，上段(0.0 ～ -6.0m)和下段(-21.0 ～ -32.0m) 经计算后，可将钢筋减至一半。对已建的前排桩基，在通过附加锚索进行弯矩调节后，仍可保证原有钢筋的受力，并设置混凝土腰梁，提高支撑结构的整体变形协调能力。

最后的方案是：前排桩22.0m，桩径0.8m，桩间距1.4m+后排桩32.0m，桩直径0.8m，间距1.4m长短复合双排桩支撑结构。对改变的设计方案作了具体的论证。经认真研究后，一致认为应采取此项技术方法，并同时强化变形监控和坚持信息化施工的前提下，予以推广应用。

2 长短组合双排桩基坑支护技术施工监测与控制

长短组合双排桩基坑支护技术是一种在基坑周围设置长度不同的桩，以形成双排桩墙的支护技术。施工监测与控制是确保该技术施工安全的重要手段，在此介绍其基本监测参数、监测仪器与设备以及监测与控制方法[3]。

2.1 基本监测参数

基坑变形监测：基坑变形是一种基本的监测参数。变形监测旨在监测基坑周围地面、建筑物和桩体的变形情况，通过变形量的量化分析，评估基坑开挖对周围结构的影响。

基坑土压力监测：基坑土压力监测主要是针对桩周土压力以及基坑外土压力的监测，各种土压力的变化情况可以帮助工程师及时发现存在的问题。

桩身变形监测：长短组合双排桩在支护时会存在一定的受力情况，因此需要对桩身变形进行监测，以确保桩的安全和可靠性。

2.2 监测仪器与设备

变形监测仪器：变形监测仪器分为传统仪器和电子仪器，传统仪器包括水准仪、经纬仪等，电子仪器包括全站仪、激光测距仪、位移计等。

土压力监测仪器：土压力监测仪器主要包括土压计、压力传感器等，用于监测挖掘机的压力、桩周土压力、基坑外土压力等信息。

桩身变形监测仪器：桩身变形监测仪器包括测斜仪、激光测量仪等。

2.3 监测与控制方法

实时监测：监测数据可以通过网络实时传输到监测中心，以便工程师及时发现问题并作出调整。

系统控制：根据监测数据分析结果，工程师可以在一定程度上控制挖掘机的施工速度和幅度，减少基坑变形和土体位移。

紧急处置措施：当发现基坑变形超出警戒线，需要立即采取紧急处置措施，以确保工人的人身安全和土体稳定性。

2.4 实际施工与效果监测

经过数月的施工，最终在质量验收合格后整个建筑工程完工。在使用一段时间后，效果明显：基坑内土方稳固，墙体平整，无任何倾斜、开裂和坍塌等现象；建筑结构稳定，在负载条件下保持良好的整体性和稳定性；停车场使用期间，经过相应的监测，未出现任何危险情况，施工质量得到充分的保证。

3 长短组合双排桩基坑支护技术发展

3.1 优势分析

长短组合双排桩基坑支护技术是一种先进的基坑支护技术，长短组合双排桩基坑支护具有承载力高、稳定性好、施工效率高、成本低廉等优势，适合用于需要较深基坑支护的场合。具有以下优点：

应力分布均匀：长短组合双排桩的间隔互相交错，使得整个基坑内的应力分布均匀，从而降低了单排桩的荷载集中率。

支护性能稳定：长桩能够确保整个桩身深入地下，增大支护距离；短桩能够适应土体的变形及地下水的渗流。这种长短组合相结合的设计，让整个基坑支护性能更加稳定可靠。

施工周期短：基坑支护施工周期短，不易受土层变化的影响，能够满足高强度迫切施工需求。

3.2 劣势分析

然而，长短组合双排桩基坑支护技术并不是完美的，它也存在以下缺点：

桩身纵向连接固定困难：长、短桩组合的支护方式，必须通过顶梁连接起来。连接方法决定其受力性能的优劣，连接不到位，则可能影响整体支护效果。

施工中桩机能力要求高：长短组合双排桩基坑支护技术需要经过高效的施工方式，要求施工单位具备高品质的施工水平、先进的挖掘机械和完善的的施工管理体系。

因此，在实际的基坑支护施工中，必须全面评估工程的实际需求、现场特点和技术水平，选择最优的基坑支护方案。

3.3 未来发展方向

长短组合双排桩基坑支护技术是一种先进的地下工程支护技术，在未来的发展中，主要有以下方向。

提高支护效能：随着科技的发展和人们的需求增长，长短组合双排桩基坑支护技术需要提高其支护效能，包括提高桩的承载力和刚度等方面。

生态环保：环保已成为各行各业的重要发展方向，长短组合双排桩基坑支护技术也不例外。在未来发展中，需要更加注重环保指标，减少废弃物的排放，提高工程建设的可持续性。

智能化：智能化技术是未来工程建设的趋势，长短组合双排桩基坑支护技术也需要借鉴这些技术。例如，通过传感器实时监控混凝土的强度和桩的变形情况等，可以优化支护方案，提高施工效率和质量。

风险因素控制：在长短组合双排桩基坑支护技术的未来发展中，风险因素的控制是非常重要的。例如，在施工过程中，可能会遇到地下水、软土、断层等问题，需要通过适当的措施控制风险，保证工程的稳定性和安全性。

长短组合双排桩基坑支护技术在未来的发展中，需要继续注重提高技术水平、开发新的材料和技术、增强支护效能、促进智能化与环保等方面的综合发展，以满足不断变化的市场需求和应对未来面临的挑战。

4 结束语

综上所述，长短组合双排桩基坑支护体系的构建和应用，是在长期工程实践中形成的经验总结和技术创新。该技术具有支撑能力强、施工难度小、工期短、适用范围广等优点。在建筑、交通、水利等领域得到广泛应用，并在未来的发展中，在支护效能、环保、智能化以及风险因素控制等方面面临着更大的挑战和需求。因此，继续发挥该技术的优势和特点，注重技术创新和提高应用水平，将有助于推动工程建设的发展和进步。