双排桩支护体系在诺展星座深基坑支护中的应用

张 弘 智

(贵州新中水工程有限公司，贵州 贵阳 550000)

0 引言

21世纪是地下空间的世界，随着地铁及地下城的兴建，地下空间的开发和利用越来越受到重视，基坑开挖深度已发展至20 m～30 m，甚至更深。基坑工程具有投资大、风险大的特点，因此选取安全可靠、经济合理的基坑支护方案已成为基坑支护工程的关键。双排桩支护结构是一种新型的支护结构型式，具有侧向刚度大，所需支护空间小，支护深度较深，土方开挖方便等特点，并在一些实际工程中取得了较好的效果[1]。通过武汉诺展星座基坑项目，介绍了双排桩支护结构体系的设计方案，对该双排桩支护结构设计进行了计算分析，并和监测结果进行对比，对双排桩支护设计特点进行了分析。

1 工程概况

诺展星座项目位于武汉市洪山区，场区位于武汉长江Ⅰ级阶地，具有典型的二元结构，地表有一定厚度的填土，地表以下30 m～60 m处为基岩，各土层物理力学指标汇总如表1所示。地下水类型主要为上层滞水和孔隙承压水，上层滞水主要赋存于填土层中，无统一自由水面，埋深浅，孔隙承压水主要赋存于粉细砂层中，与长江水体有直接的水力联系，承压水头年幅变化3 m～5 m。

项目主要由8栋住宅楼和商业裙楼组成，整体设置两层地下室，基坑支护周长约为755 m，基坑开挖面积约31 560 m2，开挖深度约为10.40 m～14.30 m，轮廓较规则，基坑北侧为另外一个施工空场地，目前尚未施工；基坑东侧为罗家港排水走廊；基坑南侧为市政规划道路，道路对面为一6层居民楼；基坑西侧为市政规划道路。

表1 基坑支护设计岩土参数表

2 支护方案设计

2.1 支护方案确定

从基坑整体而言，北侧及西侧施工开挖条件略微宽松，东侧罗家港排水走廊及南侧市政规划道路为重要保护对象，开挖条件紧张，围墙范围内无重要管线及建筑物，基坑轮廓较为规则。

基坑设计的主导思想是通过减少支护结构的水平位移，进而控制周边建筑及道路的沉降及水平位移，确保基坑在运行期间，基坑内基础及地下室顺利安全施工[2]。近年来，随着武汉基建的发展，深基坑技术也取得了长足的发展，针对本基坑具体的工程地质条件，在方案比选阶段提出了两种主要的支护方案，一种是桩撑型式，一种是双排桩+角撑型式，详见图1，图2。桩撑支护可适用于不同深度的基坑，尤其适用于平面尺寸狭长的基坑，但施工周期很长，尤其对后续施工影响很大；双排桩支护适用于开挖深度10 m以内，外环境较好的地区基坑，支挡结构对场地施工比较便利，对变形控制比桩撑型式较差。本基坑东西向最小跨度约为124 m，基坑开挖面积大，建设方决定分两期开挖，且对工期要求紧。通过施工工序的对比，双排桩能节省三个月的施工工期，经过成本核算，双排桩每延米造价可节约20%，约400万元。综合以上条件考虑，最终选用双排桩+角撑的方案。本工程选用φ800 mm的混凝土灌注桩，前排桩桩间距为1.2 m，后排桩桩间距2.4 m，排距4.0 m，两排桩之间设三轴搅拌桩，桩间咬合250 mm，格栅状布置，图3为双排桩支护结构的大样图。

2.2 分析与计算

对于双排桩的计算与分析，目前工程界存在多种理论与方法，主要包括采用二维、三维有限元模拟以及根据实验或实测结果反分析等方法[3-6]，本工程双排桩采用武汉市通用有限元软件“天汉2016”，所使用的理论为极限平衡法，根据作用于岩土体中潜在破坏面上块体沿破坏面的抗剪力与该块体沿破坏面的剪切力之比，求该块体的稳定性系数，本基坑的重要性等级为一级，最危险截面的安全系数不小于1.30，桩间土加固因是格栅式的，在参数输入时进行了相应比例的折减，采用水土合算法，坑外加15 kPa的施工荷载，图4，图5为计算所得到的双排桩位移图及弯矩图。由计算结果可得，位移最大的地方位于桩顶，水平位移32.2 mm，弯矩最大的位于地面以下15.1 m，弯矩为243 kN·m。双排桩与单排桩的最大位移均位于桩顶，但双排桩的桩身弯矩远远小于单排桩的。

3 基坑开挖与监测

基坑支护设计一般是1/3的计算，1/3的经验，1/3的监测，固基坑支护结构及周边建筑的变形观测是支护工程设计和施工的重要组成部分。通过观测可及时掌握基坑的稳定状态、安全程度和支护效果，为设计调整和施工提供信息，指导施工方案的调整。本基坑分两期开挖，在一期开挖过程中，基坑变形观测在桩顶梁上布置22个变形观测点同时对周边建筑也按要求设观测点，在基坑开挖阶段持续进行跟踪测量。本文选取G9，G14，G15，G16号点进行观测，观测结果见图6。由观测结果可以看出，位移最大点位于桩顶，这与理论计算结果是一致的，在基坑开挖初期，位移不大，随着开挖深度的增加，位移变化较大，当基坑开挖到底且底板做起来后，位移逐渐稳定，由观测结果与理论计算比较可知，实际位移小于理论计算，说明方案仍有可优化的余地。但考虑到施工中的一些不可控因素，方案基本上是合理可行的。

4 结语

1)本基坑开挖面积大，开挖深度深，工程地质条件复杂，周边环境条件紧张，采用双排桩+角撑的支护体系，很好的解决了这些问题，对类似基坑支护设计和施工有一定的的参考价值。

2)本基坑开挖深度为11.6 m，双排桩的支护深度一般不超过10 m，本基坑中将桩顶标高降低2.5 m，从而满足了双排桩支护深度的要求，也降低了桩身所受弯矩，减小了桩身位移。局部角撑位置，桩顶放坡空间不足的，将桩后水泥土搅拌桩桩顶提高1.5 m，从现场开挖的情况看，是可以满足要求的。

3)通过双排桩桩间设置三轴搅拌桩，有效的提高了支护体系抗侧向变形能力，桩间土的加固强度，按置换率进行折减。

4)通过实测位移数据的分析，其位移略小于理论计算值，双排桩的支护方案基本上合理可行。

参考文献：

[1] 蔡袁强，王立忠，陈云敏，等．软土地基深基坑开挖中双排桩式围护结构应用实录[J]．建筑结构学报，1997，18(4)：70-76.

[2] 韩雪松，任 达，李军华，等.无支撑双排桩支护体系在大型车库深基坑支护中的应用[J].岩土工程学报，2010,32(7):275-279.

[3] 崔宏环，张立群，赵国景.深基坑开挖中双排桩支护的三维有限元模拟[J].岩土力学，2006,27(4):662-666.

[4] 郑 刚，李 欣，刘 畅，等.考虑桩土相互作用的双排桩分析[J].建筑结构学报，2004,25(1):99-106.

[5] 何颐华，杨 斌，金宝森，等.双排护坡桩试验与计算的研究[J].建筑结构学报，1996,17(2):58-66.

[6] 杨德健，王铁成，尹建峰.双排桩支护结构受力特征与土压力计算分析[J].建筑科学，2007(239):12-15.