双排桩支护结构在某基坑工程中的应用

姚晶

(杭州市勘测设计研究院，浙江杭州 310012)

1 引言

随着我国房地产业的飞速发展，开发项目的规模快速扩大，建筑基坑工程的规模也变得越来越大，并呈现以下特征:①大底盘基础，纵、横向规模都比较大，基坑面积大。②开挖深度较大，设一层地下室的，往往能达到6 m及以上。③建筑单体施工顺序有先后，基坑开挖、基础施工等一般分区进行。④土地利用率高，建筑结构边线距离用地红线很近，施工场地十分狭小。⑤基坑周边一般都有道路或建筑物，环境保护要求较为严格。在场地土质软弱地区的此类基坑，采用复合土钉或水泥土重力式墙支护因为要超出用地红线而受到限制，采用悬臂单排桩支护则不能满足变形控制要求，采用单排桩加水平内支撑既无显著的经济性又影响分区施工，采用单排桩加斜支撑会有施工周期长、出土困难等不利因素等等。而适当地采用双排桩支护结构，则能较好地解决这些问题，满足工程各方面的要求。所谓双排桩支护结构是指沿基坑侧壁前后平行设置两排支护桩，呈矩形或梅花形布置，并且用刚度很大的梁或板将两排桩顶连接起来，形成门字形空间的支护结构［1］。该结构具有侧向刚度大、位移小、稳定性强、占地少、布置灵活、施工便捷等优点。本文具体介绍一个应用双排桩支护结构的基坑工程实例。

2 工程概况

某商品住宅工程位于杭州市拱墅区，包括7幢13层～15层高层住宅和地下车库以及若干多层商业建筑，地上建筑面积 54 609 m2，地下建筑面积19 718 m2。住宅地下室与地下车库共同组成一层大底盘地下室。建筑结构采用框架—抗震墙结构体系，预应力钢筋砼管桩作基桩，由承台、底板和地梁等构成基础。地下室基坑长×宽大约为170 m×130 m，沿长570 m，面积19 124 m2。根据建筑结构设计以及场地高程，基坑计算开挖深度主要为6.45 m。

图1 某商品住宅工程周边环境示意

本工程南起后横港，北至文岚街，东靠小河路，西与杭州市拱墅区老年公寓及残疾人康复就业培训中心相邻，基坑周边环境如图1所示。基坑距用地红线情况:北侧约4.9 m～7.9 m，西侧约 3.0 m～3.6 m，南侧约2.5 m～7.6 m，东侧约2.1 m～7.2 m。工程场地在小河路一侧2#与4#楼之间设置一大门。基坑周边道路下分布有电力、污水、雨水、给水、燃气、弱电等各类管线。基坑西侧距离建筑物最近约为18.0 m，南侧距离后横港最近约为17.7 m。总体上，周边环境较为复杂，基坑距离城市主干道及地下管网很近，环境保护要求较高。

3 工程和水文地质条件

工程场地地势起伏小，地表较为平整，属钱塘江三角洲湖沼积平原地貌。场地浅部主要土层分布及物理力学指标见表1。第四系覆盖层上部全新统土层性质软弱，尤其是场地约20 m深度范围内厚薄不均地分布着淤泥质黏土，该层饱和软土具高压缩性、高含水量、高灵敏度、低强度、易流变等特性，容易使基坑发生隆起、整体滑动、位移过大等事故。

主要土层分布及物理力学指标 表1

场地浅层地下水类型主要为杂填土层中的孔隙潜水及黏性土层中的上层滞水。丰水期潜水位埋深一般在地表下0.1 m～2.3 m。该层潜水主要受大气降水和地表水补给，地下水位随季节性有所变化。场地水文地质条件较为稳定，为黏性土分布区域，渗透系数小。场地深层地下水类型为基岩裂隙水，主要处于基岩裂隙带内，水量较小，对本工程影响较小。场地南侧后横港河道深约4.0 m，常水位深约1.5 m，水流平缓。

4 基坑工程支护设计

4.1 基坑支护方案选型

根据工程地质、开挖深度、周边环境、用地红线等条件，可以判断复合土钉或水泥土重力式墙、悬臂单排桩等支护方案不适用于本基坑工程，一般可以考虑采用单排桩加水平内支撑的支护方案，如图2所示。但本工程建设方要求在桩基工程全部完成后，先行并且按顺序7#、6#、5#、3#楼安排工程进度，时间节点上，当施工其±0.00层时，其他住宅楼和地下车库的底板尚未浇筑。而为了施工该±0.00层，又必须拆除支撑，如此，就必然与其他施工区域的基坑支护产生矛盾。采用如图2所示以及类似支撑布置方案都会不同程度地遇到这一问题。

图2 支撑平面布置方案示意图

如果分区采用单排桩加斜支撑的支护方案，则不具备可行性，主要有两点:①基坑周边用地红线以内没有可供挖土机械和运输车辆操作、行走的空间，当斜支撑布置以后，坑边土堤的挖除和土方的运出等工作只能在基坑内进行，土方需要多次转运，施工速度慢。②基坑开挖面下是淤泥质黏土，作为地基土质很差，而且基坑不能实现对称开挖，故利用建筑基础底板结构作为斜支撑基础［2］。因本工程主楼紧靠坑边，为了避免影响其基础结构，而用地下车库的底板作斜支撑基础。但是，地下车库底板施工完成以后，基坑开挖和出土将变得很困难。因此采用单排桩加斜支撑的支护方案，是无法满足建设方对工程进度和成本的要求的。

在一定条件下，采用双排桩支护结构的支护方案，不设支撑，基坑开挖方便、快速，很适用于分区施工。经过权衡和计算，从确保基坑和周边环境安全稳定以及如期完成工程节点等出发，基坑支护方案最终采用了双排桩支护结构。

4.2 基坑支护结构设计

(1)支护结构参数

支护结构典型剖面如图3所示。

图3 支护结构典型剖面

①支护桩长度如图3，钢筋砼钻孔灌注桩，桩径700 mm，砼强度等级C30，纵筋采用HRB400级钢筋。桩间距1 m，前、后排支护桩中心距1.8 m，呈矩形布置。前排支护桩纵筋为6φ22，后排支护桩纵筋为12φ22。

②帷幕桩长度如图，单排水泥土搅拌桩，桩径600 mm，桩间距450 mm，水泥掺量15%。

③在确保土体稳定和场地空间允许的条件下，尽可能放坡，以减小支护结构位移，如图3所示。

④顶板尺寸如图，现浇钢筋砼结构，砼强度等级C30。达到设计强度后，往下开挖土方。

(2)支护结构计算

使用商业软件计算内力与位移，其计算原理采用的是“弹性支点法”理论，计算模式为:作用在前(后)排支护桩上的土压力作为水平荷载，前(后)排支护桩由开挖面(等效开挖面)下的土体弹性作用作为支承，由此求得支护结构的位移和内力。计算模型简图如图4所示，图中H表示开挖面深度，H1表示等效开挖面深度。前排支护桩按开挖面深度计算土压力并乘以其分担系数，后排支护桩按等效开挖面深度计算土压力并乘以其分担系数。

支护结构典型剖面计算结果如图5所示。图中，实曲线和虚曲线分别代表前排和后排支护桩的计算结果。

图4 计算模型简图

图5 支护桩位移内力图

5 基坑工程实施和监测

从2010年10月26日开始，最先从7#楼西部开挖基坑，至2011年5月8日完成全部地下室顶板浇筑、土方回填等工作，施工按既定方案进行，完全满足了建设方的要求。监测结果表明:基坑工程实施过程平稳顺利，基坑安全，周边环境所受影响微小，均处于安全可控的状态。

图6所示为支护结构典型剖面的土体深层位移监测结果，均为施工至开挖面深度(H)时的深度－位移曲线。施工场地十分狭窄，测斜管就设置在前排与后排支护桩之间，所测结果为前排支护桩后土体的位移。测斜管口深度为0，管口距离顶板0.5 m。从图中可以看出:①土体位移实测值20.84 mm～29.40 mm，桩后土体实测位移曲线与桩体计算位移曲线形态接近;②土体位移大小在基坑开挖面深度的0.5%以内。

图6 土体深层位移监测结果

6 结语

(1)杭州市拱墅区某商品住宅工程场地土质软弱，基坑开挖比较深，面积比较大，周边环境较复杂，施工工作面狭小，并且分区开挖基坑和施工地下室。

(2)根据工程具体实施要求，通过基坑支护方案选型，具体分析了单排桩加水平内支撑或者斜支撑的支护方案在本工程中的应用问题，考虑到双排桩支护结构的特点和运用于本工程所能发挥的优势，确定基坑支护采用双排桩支护结构的设计方案。

(3)本工程施工按照时间节点，安全、顺利地实施了，并且结合基坑工程监测结果，验证了双排桩支护结构设计的合理性和可行性。

(4)通过本工程实例可以看到双排桩支护结构在基坑工程中的广阔应用前景。双排桩支护结构利用前后两排支护桩对土压力的有效分担，使支护结构的内力分布趋于合理，抗倾覆和抗滑移稳定性得到增强，位移得到有效控制。根据工程具体情况和要求，采用双排桩支护结构的方案，可不设置支撑或减少支撑设置层数，从而方便地下室结构施工，缩短工期，节约成本。

［1］刘国彬，王卫东.基坑工程手册(第二版)［M］.北京:中国建筑工业出版社，2009.

［2］聂庆科，梁金国，韩立君等.深基坑双排桩支护结构设计理论与应用［M］.北京:中国建筑工业出版社，2008.

［3］DG/TJ08－61－2010.基坑工程技术规范［S］.

［4］JGJ120－99.建筑基坑支护技术规程［S］.

［5］林鹏，王艳峰，范志雄等.双排桩支护结构在软土基坑工程中的应用分析［J］.岩土工程学报，2010(8).