双排桩支护在杂填土基坑中的应用

张元翼

（陕西天地地质有限责任公司，陕西西安 710000）

0 引言

近年来，随着城市建筑的日趋加快，大量的深基坑工程也集中出现，由于在市区内土方开挖，施工场地比较狭小，现场施工条件复杂。在基坑开挖过程中对周边的建（构）筑物和市政道路管线等需要进行重点保护，某些情况下施工锚索还不能深入周边的住宅楼基础以下，这样对深基坑支护的设计和施工提出了更高的要求。

目前为止，双排桩支护结构在实际工程中得到很多应用，本文结合基坑工程实例，对深厚杂填土基坑双排桩的受力机理进行深入研究，指导基坑施工推广使用。

1 工程概况

本项目为西后河村城中村改造B 地块2#楼基坑，位于晋城市西后河社区，书院街北，规划建设北路东。该工程主体结构由1栋32 层住宅楼和2 层裙房组成，主楼设置2 层地下室，基础采用钻孔灌注桩。基坑开挖深度为8.1m，基坑东侧底边线与用地红线距离为10m，红线以东为河流；南侧为书院街，底边线距离用地红线10m；北侧底边线与用地红线最小距离为20m；东侧为B 地块和C 地块区间道路。周边2 倍基坑深度范围内无地下管线。

因现场地质环境比较复杂，且地下水量充沛，故基坑安全等级为一级，周边环境对开挖变形控制异常严格。根据场地所处地理位置及周边环境，该基坑所在位置东面为后河，水量充沛。据调查，2#楼主楼范围内为原始洼地，早间回填有建筑垃圾、生活垃圾等。揭露地层内的第4 层角砾层为含水层，在场地内均匀分布连续且厚度较大，受到后河的水量补给，在桩基础的施工过程中要考虑其影响。

本场地地貌单元属丘陵剥蚀地貌，场区内地貌单一，现状地形平坦。基坑支护影响范围内揭露的主要地层自上而下为杂填土、粉质粘土、角砾、页岩层。各土层主要特征描述如下：①杂填土：杂色，松散，稍湿，以砖块等建筑垃圾为主。层厚5.30～8.70m；②粉质粘土：棕红色，可塑，稍湿，含大量氧化铁锈及少量铁锰结核、铁锰颗粒等，底部见少量砂页岩碎屑等，切面稍光滑，稍有光泽，韧性中等，干强度较高，无摇振反应。层厚1.20～2.30m；③角砾：杂色，稍密-中密，稍湿，以砂页岩碎屑为主，含少量的砂岩碎石，粉质粘土胶结。层厚1.20～3.50m；④页岩：灰黄色，全-强风化，岩芯主要呈碎块状、短柱状，具层理，岩体整体破碎，岩石遇水软化，属于极软岩，岩体基本质量等级为V 级。层厚5.30～7.80m。各土层的物理力学指标见表1。

表1 各土层物理力学指标

2 基坑支护方案

2.1 基坑支护方案选择

该基坑周边环境复杂，根据地质条件、开挖深度、建筑物的高度及荷重、基础形式及埋深等信息，应选择既能保证基坑安全、经济又能便于施工的设计方案。根据场地岩土工程条件，结合现场条件，采用双排桩支护形式。因为基坑深度及周边范围内均为杂填土，而且南面紧邻城市主干道及热力管网，锚杆、土钉、支撑受实际岩土层和工程造价条件的限制而无法实施，采用单排悬臂桩又难以满足基坑变形要求。综合以上实际情况，考虑采用双排桩支护结构对深厚杂填土基坑进行支挡，以确保基坑稳定和变形指标满足周边环境的安全要求。

2.2 双排桩受力分析

双排桩为刚架结构，它由2 排平行的钢筋混凝土桩以及在桩顶的冠梁和连梁组成。

桩锚支护方案中的锚索会穿过用地红线进入周边地块，如周边地块有市政道路或建筑物，还需要征得市政部门或此建筑物业主的同意才可实施，会产生不必要的纠纷，相比桩锚支护结构双排桩能减少对基坑周边的影响。

双排桩的抗侧移刚度远大于单排悬臂桩结构，其内力分布明显优于悬臂结构。单排悬臂桩的基坑深度一般控制在6m 以内，如深度加大，在相同的材料消耗条件下，双排桩刚架结构的桩顶位移就会小于单排悬臂桩，其安全性优于单排悬臂桩。双排桩按偏心受压、偏心受拉构件进行支护桩的截面承载力计算，刚架梁根据其跨高比按普通受弯构件或深受弯构件进行截面承载力计算，双排桩受力计算模型见图1。

图1 双排桩计算模型

2.3 双排桩支护方案

本基坑边线周长约108m，竖向开挖深度8.1m。基坑支护桩设计的合理性不仅关系到基坑的安全，对工程造价也影响较大。经多种桩径及排距对比分析，选用直径0.8m、间距2.5m，排距4m的双排桩是安全、经济的。基坑外侧挂钢筋网，喷射100 厚的C25混凝土护面，并在桩顶设置冠梁和连梁，具体见图2。

图2 双排桩支护典型剖面图

在北侧基坑顶设置有塔吊基础，在南侧基坑有2 层裙房（无地下室），这两个位置共有16 根支护桩可以和工程桩结合使用，其桩端全断面进入第七层灰岩层不小于0.5m，孔底沉渣厚度不大于50mm，这样能更好地增加基坑侧壁的安全，提高基坑支护结构的整体刚度。

本基坑采用理正深基坑支护设计软件进行设计，基坑安全等级为一级，基坑顶地面超载按20kPa 的均布荷载，距离基坑顶边线2m。

双排对前趾的抗倾覆稳定性验算（抗倾覆安全系数，一、二、三级的结构，分别不小于 1.25、1.20、1.15。）KQ=1.596>1.25，满足规范要求。

整体滑动稳定性验算的计算方法采用瑞典条分法，应力状态采用有效应力法，条分法中的土条宽度为0.5m，计算后的安全系数Ks=2.901>1.35，满足规范要求。

2.4 地下水治理

本基坑地下水位在自然地面下3.8～5.2m，其处理措施：先在双排桩基坑顶冠梁连梁范围内设置8 口降水井，抽取地下水，待水位降至基坑底面下1m 后开始开挖土方及侧壁支护。待支护桩及侧壁支护施工完成后，再在坑底工程桩范围外局部区域设置8口专门用于排水的抽水井（施工工艺同工程桩），桩端放置在角砾层和页岩层交界处，并抽取地下水。

机械挖孔灌注桩施工工艺在晋城地区已经比较成熟，而在地下水位以下的粉土、碎石类土层中灌注桩成孔困难且费用大，本次基坑采用混凝土沉管+人工挖孔+抽排地下水的方法解决了这些问题，此施工工艺较简单、经济。

2.5 基坑监测

沿基坑走向在冠梁顶每隔15m 设置一个变形观测点，根据12 次的基坑变形监测结果，护坡桩桩顶最大水平位移为14mm，相邻地面及建筑物的最大沉降量为3.5mm，基坑的位移及相邻建筑物的沉降量均较小，在规范要求范围之内。说明基坑工程是安全的，支护方案达到了预期效果。

3 结语

本基坑工程的成功实施，丰富了晋城地区的深厚杂填土基坑设计及填土、粉土、碎石土等易塌孔的土层中采用沉管+人工沉孔灌注桩的施工工艺，可以降低工程造价，加快施工进度。

本基坑2020 年春季开挖，夏季地下室施工完毕进行回填，期间经历了雨季的检验，塔吊、工程桩、地下室等在施工过程中非常顺利，周边道路及房屋未受到影响。实践证明，双排桩在深厚杂填土基坑中进行设计的方案是安全可靠的，不仅可以满足周边环境的变形控制要求，而且在现场的施工场地利用上也可以合理布置，为以后此类项目的设计和施工组织管理提供了一个良好的案例，具有一定的推广和指导意义。