双排桩基坑支护发展研究

陈成

（广州大学土木工程学院 广东 510006）

随着近年来深大基坑的增多，施工场地小及红线距离近等问题逐渐明显，对基坑变形的控制也提出了更高的要求。由于沿海地区土层含有大量的软土带和溶洞带，含水量高，锚杆、锚索杆件不能通过土体的侧向摩擦力为基坑支护结构提出足够的锚固力，致使该地区的基坑常常出现垮塌的险情，给人民的生命及财产安全造成巨大的影响。因此，如何解决好环境复杂地区城市建设项目中的基坑支护及环境效应问题成为岩土工程的热点与难点，技术安全、经济合理的基坑支护结构体系是基坑工程的一个发展方向及研究重点。双排桩支护结构由于具有整体高度大、侧向位移小、不需要设置支撑、施工方便、速度快、不需要工作面等优点，目前广泛应用于边坡加固、边坡抗滑、基坑支护等工程中。但是，双排桩的作用机理及受力特性目前还不清楚，双排桩的设计理论不成熟，主要依靠工程经验。如何能既充分利用非规则双排桩的优势，又能完全保证基坑安全稳定性，是非常值得研究的内容。

1 国内外双排桩基坑支护的早期发展

我国基坑工程中第一次采用双排桩支护结构开始于20世纪90年代，从最初极限平衡法，到目前的有限元分析，我们对双排桩支护结构的研究在逐步的进步，并且结合工程应用，理论实践相结合，提高理论水平，在工程应用中不断进步。到目前为止，双排桩支护结构能够得到如此广泛的使用，充分体现了它在基坑支护中的优势。对此我国的学者进行了广泛的研究：蔡袁强等运用有限元法对软土深基坑双排桩围护结构进行研究。得到同深度下前排桩比后排桩侧向变形大、增大桩身刚度能减小体侧向变形、排距过小时双排桩相当于悬臂式单排桩、排距过大时后排桩相当于以拉锚桩的形式作用于前排桩等结论；万智等运用土拱理论，对刚架双排桩进行了分析计算，得到土拱作用使基坑在两端壁处存在明显的空间效应的结论；何颐华、刘钊、杨德健、王铁成等对双排支护桩结构进行了试验及优化设计方面的分析研究；孙勇对刚架双排桩的受力机制、计算方法和设计方法进行了研究，得到桩顶连梁与桩的刚度比不小于0.48h，双排桩的受力变形最小的结论；周翠英等将门架式双排桩的桩排间土体抗力简化为弹性支撑，提出了桩间土对前排桩的作用模式和作用力计算分析模型；周海军等通过一个软土地区开挖深度达11m的深基坑为例，介绍了双排桩支护结构的作用机理、设计思路方法，提供了基坑开挖后的实践数据。2011年杨明辉根据土拱理论，关于桩间土对桩的影响进行分析，假定滑裂面，以土拱理论为基础，分析在滑裂面上面的部分，下面的部分采用土压力法计算分析。提出基于土拱理论建立的计算模型。2015年申永江等由滑坡治理的工程中对双排桩的现场监测发现，前、后排桩的变形和受力状况有显著差异。

在国外，大量的研究人员对双排桩支护结构的计算分析开展了诸多研究，也建立了多种计算模型。日本学者沢口假定基坑以上的桩体以及桩间土体为弹性体，基底部分作为地基弹黃，形成了弹性地基模型。利用基底上部力的平衡条件，得到双排桩结构的个偏微分方程，提出了双层板桩的理论解。大堀晃一对改进沢口的方法，他考虑了桩间土的剪应力在地基中的分散和传播作用以及双排桩入砂的挤压作用，认为两者的合力在地面最大，沿基坑的深度方向呈倒三角形分布，用非线性理论对板桩的本构关系进行了处理。同时将理论计算结果与大型和小型的双排板桩的室内模型试验进行对比。

2 双排桩支护结构的研究及应用展望

尽管双排桩基坑支护在工程中有着广泛的应用，但是无论其实践经验还是理论计算都还有很大局限性，双排桩的设计计算方法还不够成熟，特别是前后排桩上土压力及桩间土作用机理尚不够清楚，实测数据较少，有待进一步研究。而且基坑周边必须留有一定的空间用于双排围护巧的布置和施工，因此在场地较狭小的情况下，该支护结构形式的使用受到限制。未来的双排桩基坑支护结构，应当在已有研究和应用成果的基础上，灵活运用组合概念在广义范围内研制和创造新的结构形式，并拓展支护结构的应用范围。

3 结语

近年以来国内外学者对双排桩基坑支护结构逐渐进行了深入的试验研究和理论分析，在许多基坑工程试验案例中都得到了较好的应用，取得了良好的经济效益和社会效益。可以说双排桩基坑支护结构是21世纪一种非常有前景的基坑支护结构形式。但由于它所涵盖的内容广泛而复杂，相关的设计理论和方法还不成熟，这需要在今后的研究应用中逐步完善。