局部双排桩在成都膨胀土地区深基坑支护中的应用

贾欣媛，岳大昌，李　明

(成都四海岩土工程有限公司，成都 610041)



局部双排桩在成都膨胀土地区深基坑支护中的应用

贾欣媛，岳大昌，李明

(成都四海岩土工程有限公司，成都 610041)

摘要：近年来，成都东郊膨胀土地基基坑工程事故频发，多种支护结构均出现不同程度的失稳现象。局部双排桩是在充分发挥双排桩优势基础上的一种适用于膨胀土地区的具有经济、快速、节能、节材、安全等特点的支护方法，从施工效果来看，基坑的变形均在规定范围内，证明了该支护型式切实可行。

关键词：局部双排桩；基坑支护；膨胀土

0引言

膨胀土及其工程病害问题一直是当今国内外工程地质领域始终没能妥善解决的世界性技术难题，有岩土工程界的“癌症”之称[1]。我国是膨胀土分布最广的国家之一，膨胀土分布面积约占陆地总面积的1/3[2]，其中广西、云南、四川等地最为突出。成都东郊岷江水系I～III阶地膨胀土广泛发育，在城市化进程迅速发展的今天，为了充分利用有限的土地资源，城市地下空间的开发利用显得尤为重要，与此同时，基坑工程也向着超大、超深的方向发展，不可避免地将会遇到膨胀土中深基坑支护问题。

膨胀土是一种具有超固结性、多裂隙性和显著胀缩特性的高塑性黏土，其吸水膨胀软化、失水收缩开裂的特性导致了工程建筑问题或地质灾害的频繁发生[3]。研发一种适用于成都膨胀土地区超深、超大基坑，同时又具有经济、快速、节能、节材、安全等特性的支护方法是目前市场发展的迫切需求。鉴于此，本文以成都东郊膨胀土地区一基坑工程为依托，介绍一种局部双排桩的支护专利技术。

1工程概况

1.1工程简介

拟建项目位于成都市成华区物流大道以南，蜀龙路以东，主要由3栋31～41F高层住宅、3层商业及-2F纯地下室组成,主楼采用剪力墙结构，基础形式为旋挖灌注桩基础；裙楼及纯地下室采用框架结构，基础为柱下独立基础及墙下条形基础。基坑开挖深度7.8～9.0 m，开挖线周长563.0 m，基坑安全等级为一级。

1.2周边环境条件

基坑北侧和东侧为待建空地，北侧有原河道通过；西南侧为下涧漕(水渠)，距离基坑开挖线约13.4～16.3 m，河道底标高高于基坑底标高约6.0 m，下涧漕外侧已形成市政道路。

1.3工程地质条件

场地地貌单元属岷江水系Ⅲ级阶地，分布地层主要为杂填土、黏性土及泥岩，其中杂填土主要由黏性土组成，含建筑垃圾、生活垃圾及泥岩碎块，局部地段含少量淤泥质土，厚度2.8～8.5 m；黏土主要由黏粒组成，含较多铁锰质结核和钙质结核，裂隙较发育，裂隙间充填灰白色高岭土条斑、氧化物红色条斑，厚达8.8～18.4 m，具有胀缩性。

2工程特点

根据场地工程地质条件及周边环境，本工程具有如下特点：

1)场地内杂填土厚达2.8～8.5 m，主要由黏性土组成，且含建筑垃圾、生活垃圾及泥岩碎块，局部地段含少量淤泥质土。经调查，本场地原为窑厂，在生产过程中取土形成许多坑洞，积水形成水塘，后成为弃渣场。场地内回填土许多地段经过浸泡，土体较软，但分布不均，位置不确定。

2)场地主要地层为弱膨胀性黏土，厚达8.8～18.4 m，黏土层裂隙较发育，裂隙分布无规律，裂隙间充填灰白色高岭土条带、红色氧化物条带，在非雨季，膨胀土基坑按照传统设计方法进行施工，一般都能较好地起到支护作用，但雨季时，膨胀土中蒙托石和伊利石矿物成分吸水膨胀，产生对支护结构不利的膨胀力，并且土体自身也逐渐变为可塑—流塑状，水平侧压力显著增大，对支护结构安全极为不利。

3)基坑西南侧市政管道已形成，雨水井、污水井、消防井等密布，渗水可能性大，且该侧邻近下涧漕，基坑底标高低于沟槽底标高6 m左右，若基坑变形后，有渗漏风险。

4)基坑深度范围内主要地层杂填土和黏土，基底标高位置及桩嵌固段地层均为黏土。

5)场地北侧有原河道，河道两侧为条石挡土墙，河内有较多淤泥。

6)场地内主楼均为旋挖桩基础，施工周期较长，施工过程中，基底容易泡水。

3支护方案的选择

本工程位于东郊膨胀土地区，对基坑变形要求敏感，因此，如何控制支护结构变形，将基坑开挖对周边环境的影响降至最低是本工程主要的技术难题。

近年来，成都东郊膨胀土基坑工程事故频发，多种支护结构均出现不同程度的失稳现象，鉴于此，成都市要求处于膨胀土分布区域的基坑，场地属Ⅲ级阶地的，不得使用锚索(杆)作为基坑支护体系受力构件，另，传统的双排桩和内支撑型式也存在造价高、占用空间大、工期长等不利因素，而单一的悬臂式单排桩由于受其自身刚度影响，开挖后其顶部位移较大，对基坑安全产生不同程度的影响，因此，常规的支护形式受到了一定的限制，选择一种适宜的支护结构型式，对本工程显得尤为重要。

为了有效控制变形，综合考虑安全、工期、成本等因素，最终选择“排桩+局部双排桩支护结构”作为本工程的主要支护型式。基坑支护平面布置图如图1所示。

本工程共划分了5个剖面，其中：1-1剖面(ABC段)：基坑深8.0 m，采用悬臂桩支护，设1组后排桩，桩径1.2 m，桩长14.5 m，前排桩桩距2.0 m，后排桩桩距4.0 m，排距4.5 m。

图1　基坑周边支护形式布置图

2-2剖面(CD、EF、GH段)，基坑开挖深度9.0 m，针对三栋主楼位置分别设3组后排桩，桩径为1.2 m，桩长17.0 m，前排桩桩距2.0 m，后排桩桩距4.0 m，排距4.5 m。由于地下室外墙线距基坑开挖线有3.3 m的空间，考虑桩前预留土台，按1︰1.5放坡后喷射混凝土封闭表面，这样既可减少土方挖方量，又在一定程度上增大了被动土压力，有利于基坑的稳定。

3-3剖面(DE、FG、HIJKL1、M1M段)，基坑开挖深度8.8 m，采用悬臂桩支护，局部如阳角等位置设后排桩加强，桩径1.2 m，桩长16.0 m，前排桩水平间距为2.0 m，后排桩水平间距为4.0 m，排距2.5～4.5 m。

4-4剖面(MNA支段)，基坑开挖深度7.8 m，采用悬臂桩支护，圆弧段设1组后排桩，桩径1.2 m，桩长14.5 m，前排桩距2.0 m，后排桩距为4.0 m，排距4.5 m。

5-5剖面(L1M1段)，基坑开挖深度8.8 m，该段临近沟渠侧，易发生变形，采用间隔双排桩支护，桩径1.2 m，桩长16.0 m，前排桩水平间距为2.0 m，后排桩水平间距为4.0 m，排距2.5～4.5 m。

支护桩桩身配筋采用非均匀配筋，根据受力特点，后排桩配筋量可少于前排桩；桩顶设冠梁，冠梁宽1.2 m，高0.8 m，前后排桩采用连梁进行连接，连梁宽1.0 m，高度0.8 m；支护桩及冠梁混凝土强度等级为C30。

所谓局部双排桩适用于开挖深度范围在8.0～12.0 m的基坑工程，是由前排桩、前排桩桩顶冠梁、局部后排桩、局部后排桩桩顶冠梁、排间连梁(直连梁和斜连梁)共同组成的空间刚架结构。前排桩沿基坑开挖线布设，后排桩为与前排桩一对一设置，也可间隔设置，布置形式视拟建场地地质条件、周边环境等调整，重点控制区域需加强。后排桩以组为单位，每组不少于2根，双排桩前后排间存在一定的间距，在使用这种支护结构时，要求基坑周边有一定的空间，才能很好地发挥作用，故排距宜取2～5倍桩径。桩顶冠梁将所有的支护桩连接起来，连梁将局部后排桩与对应前排桩连为整体，形成空间排架结构，有效限制了支护桩水平位移的发展。该支护结构具有较大的侧向刚度，水平位移小、受力合理，可以有效地限制支护结构变形，施工技术成熟，不需要设置支撑挡土结构，也不需要太多的场地，施工方便，布置灵活，具体形式如图2所示。

4支护方案分析

区别于传统意义上的双排桩，本工程中设计的双排桩仅布置于需要特殊加强的区域(如3栋主楼段、基坑阳角位置、临近下涧漕段等)；同时，布置形式也非常规的一对一布置，而是均匀间隔成组布置，每组后排桩的桩数根据需特别加强段的特点而灵活设置。局部双排桩支护段在桩顶采用刚性连梁把前、后排桩连接起来，刚性连梁包括直连梁和斜连梁两种，直连梁位于相对应的前后排桩间，斜连梁位于每组后排桩两侧，连梁与冠梁共同作用。

(a)剖面图

(b)局部双排桩布置平面图

由于前、后排桩间有刚性连梁连接，前、后排桩的内力分布与单排桩相比发生了很大的变化，在桩的上部，桩体反向弯曲，挖土侧变为受拉面；在桩的下部仍为迎土面受拉，因此不能将双排桩看作组合梁，应将其视为受主动土压力、被动土压力及桩间土共同作用的框架。

为充分发挥双排桩的空间效应，设计前后排桩排间距多为4.5 m(大于3d，d=1.2 m)，此时，本支护结构的受力特点是：桩间土对前排桩的作用较小，土压力主要作用在后排桩，前排桩上受到的力主要是通过连梁和桩间土传递过来的，使前排桩受到后排桩的推力，总的作用体系近似于底端固定的门式框架。

根据本工程支护结构的受力特点及对东郊膨胀土地区的类似工程经验，在设计中对后排桩的配筋进行了优化，配筋量小于前排桩。工程完工后现场情况如图3所示。

(a) 基坑东侧全景

(b)基坑西南侧全景

(c) 桩顶冠梁开挖

(d) 局部双排桩布置

5支护效果分析

根据现场实施情况及监测资料的反馈，对支护效果进行如下分析：

1)在可以满足基坑安全及变形要求的前提下，设计方案以单排悬臂桩支护为主要支护措施，支护形式简单，施工工艺成熟，施工质量易于保证。

2)在基坑开挖深度较深、支护难度较大段(本工程主要针对3栋主楼位置、基坑阳角位置、临近下涧漕位置等)采用局部后排桩进行加强。局部后排桩的设置，使支护体系具有较大的侧向刚度，前、后排桩与刚性梁(冠梁、直连梁和斜连梁)组成了一个超静定结构，整体刚度较单排桩有很大的提高。

3)局部双排桩加强支护段前、后排桩、冠梁、直连梁和斜连梁间的接点为刚性节点，桩梁之间不能相互转动，可以有效抵抗弯矩。

4)局部双排桩加强支护段前、后排桩桩身入土部分的摩阻力形成与侧压力反向的力偶，不但使双排桩桩顶的位移明显减少，而且使桩的最大内力也大幅度下降，并形成交变内力。

5)局部双排桩加强支护段形成的组合支护体系可以随下端支承情况的变化自动调整下端的弯矩，同时可以自动调整结构各部分的内力，以适应复杂多变的外部荷载条件。

6)基坑空间效应中一个显著的效应就是角部拱效应，基坑阴角部位由于土体的拱效应和冠梁支撑作用，该位置附近基坑变形一般都非常小，通常将该点作为基坑相对不动点；基坑长边的中部一般变形都大于阴角部位，基于基坑的角部效应影响，设计施工时在保证基坑安全的情况下，对支护方案进行了优化，即基坑阴角附近设置后排桩数量少于基坑中部及阳角位置，以达到降低工程造价的目的。

7)考虑3栋主楼位置基坑开挖较深，且距离基坑开挖线约4.5 m，在保证基坑主楼工作面满足1.2 m的前提下，在桩前预留一定宽度的土台，并采用C20混凝土对桩前土台进行封闭，该支护方式降低了对基坑侧壁土的扰动、减少了挖方量且在一定程度上提高了被动土压力，更加有利于基坑安全。

8)本基坑工程施工正处于雨季，考虑水对胀缩性黏土的影响，设计方案中着重提出防排水措施：基坑开挖到底后，若不能及时浇垫层，则对坑底沿周边2 m临时用C20砼封闭，厚10 cm，硬化时，向坑内倾斜1%便于排水；桩顶回填至设计标高，并在前端砌筑500 mm高挡墙挡土，桩顶至红线范围内采用C20混凝土进行硬化，厚10 cm。以上措施有效地控制了雨季施工期间地表水对基坑安全的威胁。

9)本工程采用的组合支护型式，在没有锚杆(或内支撑)的情况下，充分发挥了空间组合桩的整体刚度和空间效应，并与桩间土协调工作，最终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。设计上通过以上措施，成功控制了基坑变形，保证了现场施工的安全，根据变形监测结果，基坑开挖到位后，基坑变形满足规范要求，支护取得了较理想的效果。

6结语

局部双排桩支护结构在成都膨胀土地区多次实践应用，都取得了良好的支护效果：

1)安全性：本项目基坑施工过程中，采用单排桩结合局部双排桩支护形式，支护结构整体处于稳定状态，满足了基础施工要求。本工程支护形式与单一的悬臂桩相比，它虽属于悬臂支护型式，但受力机理与单排桩有本质区别。它相当于一个插入土体的空间刚架结构，通过桩顶冠梁与连接梁连接为整体，同时，桩土之间作用不容忽略。这种支护结构在发扬传统双排桩优势的基础上进行了有益的改良，更加安全可靠，更利于控制基坑的变形，降低施工风险；基坑经历了雨季，基坑变形未超过规范要求。

2)可靠性：由于本支护结构仅涉及桩施工，构造简单，工艺单一，施工难度低，且受场地周边环境影响小，故施工质量更易于保证；同时，基坑内作业空间大，便于快速展开施工，从而使工期得到了有效保证。

3)经济性：与传统双排桩相比，这种支护结构布置灵活，仅针对需加强支护段布设了后排桩，同时对后排桩的配筋量进行了相应的优化，既达到了保证基坑安全的目的，又大大降低了工程造价。

4)环保性：本方案中采用的支护型式，与拉锚结构相比，减少对周围土体的扰动，降低对周边管线、地下建筑结构等的危害，有效地保护了周边环境；与内支撑结构相比，不占用基坑内空间，且不会产生支撑拆除后有大量固体废弃物排放等问题，符合节能、节材、减排、绿色施工的概念。

5)社会性：本方案中采用的支护型式，多次在成都东郊膨胀土地区基坑支护工程中成功应用，不仅有效地控制了基坑开挖后的变形，而且大大降低了施工成本，缩短了工期，保护了环境，具有良好的社会推广性。

参考文献

[1] 杨果林，刘义虎，黄向京.膨胀土处治理论与工程建造新技术[M].北京：人民交通出版社，2008：1-30.

[2] 郑健龙.公路膨胀土工程[M].北京：人民交通出版社，2013：1-76.

[3] 丁加明，丁力行.膨胀土路基的气候性灾害[M].北京：人民交通出版社，2009：1-22.

[4] 中华人民共和国住房和城乡建设部.JGJ 120—2012 建筑基坑支护技术规程[S].北京：中国建筑工业出版社,2012.

[5] 中华人民共和国住房和城乡建设部，中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局.GB 50112—2013 膨胀土地区建筑技术规范[S].北京：中国建筑工业出版社,2012.

The Application of Local Double Row Piles to Deep Foundation Pit in Chengdu Expansive Soil System

JIA Xin-yuan, etc.

(ChengduSihaiGeotechnicalEngineeringCo.,Ltd.，Chengdu610041,China)

Abstract：In recent years, in eastern outskirts of Chengdu, the expansive soil deep foundation pit construction accidents often happen, and different degrees of instability phenomenon happened in multi supporting structures. Local double row pile is a support method in give full play to the double row piles based on a suitable in the expansive soil area with the advantages of high economy, fast, energy-saving material saving and safety. From the point of the effect of construction, the deformations of foundation pit are all within the scope of the provisions. It is proved that the supporting type feasible, and has certain guiding significance to expansive soil area foundation pit branch support construction.

Key words：local double row piles; foundation pit support; expansive soil

文献标志码：A

文章编号：1009-8984(2016)01-0040-05

中图分类号：TU443

作者简介：贾欣媛(1984-)，女(汉)，山东，硕士

收稿日期：2016-01-11

doi:10.3969/j.issn.1009-8984.2016.01.009

主要研究岩土工程。