双排悬臂桩在深基坑支护中的应用

张勇，胥慧

（中建材西南勘测设计有限公司，成都 610051）

关键字：深基坑；双排悬臂桩；基坑支护

随着城市经济的发展，带地下室的高程建筑大量出现。基坑支护工作为整个建设项目中重要的组成部分，但基坑工程具有风险大、投资高的特点。为了满足基坑变形的需要，在不适用锚索支护的膨胀地区且内支撑严重影响后续施工的情况下，单排悬臂桩已经不适宜满足基坑支护要求的情况下，双排悬臂桩能有效的克服单悬臂排桩的不足条件。该支护结构我们可以理解为单排悬臂桩向基坑外平移，并且在桩顶采用连系梁把前后两排连接起来，形成门架式结构（韩雪松等，2010；杜秀忠等，2012；徐凯等，2013；卫建军和孙利亚，2011）。双排悬臂桩充分发挥了整体的刚度与空间效应，具有较大的侧向刚度，对侧壁变形不敏感，能有效的控制基坑变形（陈九鸿，2012；朱彦鹏和魏升华，2010）。因此，当施工空间、地质条件有较强限制时，可以取得明显效果。

1 工程概况

香榭兰庭项目位于成都市成华区新客站片区，场地为膨胀土地区，场区地质较差。表1 为具有代表性的岩土体参数统计值。

表1 岩土体参数统计值

项目二期地上包括4 栋高层（26-37F）住宅及1 栋4 层商业建筑，均带两层地下室。基坑占地面积约1.4 万m2，开挖深度为7.5～10.7 m，地下室平面图见图1。西侧为青城山路，东侧为龙泉山路，南侧为大渡河路，北侧为岷江路。基坑北侧有沙河堡成都新客站片区高架桥南匝道，匝道S25 墩、S26 墩、S27 墩、S28 墩、S29 墩、S30 墩基础距基坑边缘较近，各承台基础下为两根直径为1.5 m 的基础桩，其基础承台边缘距最近桩边距约为2.2 m，场地四周有市政道路，公路中心线距离该拟建场地规划红线均为8.0 m，且地铁将从基坑东侧地下室下穿过。

图1 地下室平面图

2 基坑护壁支护设计

2.1 双排桩的计算模型

双排桩的计算模型如图2、3。

图2 圆形截面排桩计算宽度

图3 双排桩结构计算模型

前、后排桩的桩间土体对桩侧的压力可按下列公式计算：

式中：pc为前、后排桩间土体对桩侧的压力；可按作用在前、后排桩上的压力相等考虑；kc为桩间土的水平刚度系数；△vc为前、后排桩水平位移的差值：当其相对位移减小时为正值；当其相对位移增加时，取△vc=0；pco为前、后排桩间土体对桩侧的初始压力（kPa）。

前、后排桩间土体对桩侧的初始压力可按下列公式计算：

式中：pak支护结构外侧，第i 层土中计算点的主动土压力强度标准值（kPa）；h为基坑深度（m）；φm基坑底面以上各土层按土层厚度加权的等效内摩擦角平均值(°)；α为计算系数，当计算的大于1 时，取=1。

2.2 护壁方案的确定

从基坑周边环境、地质分析，该基坑北侧有高架桥匝道，墩基础距基坑边缘较近，对高架桥沉降、变形有严格控制，西侧地质条件较差，预防基坑变形引起市政道路的沉降、裂缝，南侧有地铁下穿支护结构。以上几点就是在基坑设计中重点考虑的方面。

本基坑设计的思路就是通过降低支护系统水平位移，进而控制周边市政道路和高架桥的水平位移和沉降变形。11 m 左右的深基坑一般采用单排桩加锚索或加内支撑的方案。但是该项目处于膨胀土地区，不准采用锚索支护（中国建筑科学研究院，2012；伊超，2010），加内支撑对后续施工工序影响大，施工进度慢。通过多次现场踏勘，结合岩土工程勘察报告，认真分析，提出了双排悬臂桩支护方案。该支护结构我们可以理解为单排悬臂桩向基坑外平移，并且在桩顶采用连系梁把前后两排连接起来，形成门架式结构，达到良好的支护效果。图4 为支护结构平面图，图5、图6 分别为双排桩剖面图及大样图，图7为工程地质剖面图。本工程采用的是桩径1.2 m 混凝土灌注桩，桩间距2.0 m，排间距2.4 m，开挖后桩间土采用挂网喷浆支护。

图4 基坑支护平面图

图5 双排桩剖面图

图6 双排桩大样图

图7 工程地质剖面图

2.3 方案的分析与计算

目前双排桩的分析与计算，存在多种理论方法，主要有二维、三维有限元模拟及根据实测数据结果反分析等方法，双排桩整体稳定性等效为重力式挡土墙进行计算。基坑外侧土体载荷采用主动土压力，内侧土体采用被动土压力。由于基坑周围土层具有微透水性，故采用水土分算算法（毕俊翔等，2022）。若采用只单排桩的基坑会出现严重变形，超过规定允许值，图8 为理正计算所得单排桩位移图，可知最大水平位移为111.3 mm。图9、图10 为理正计算所得双排桩弯矩图和位移图，从图中我们知道，最大弯矩为1 077 kN·m，最大水平位移为23.2 mm。因此在不能采用支锚等其他形式的时候，双排桩可以有效的解决单排桩变形过大的问题，保证了基坑的安全，有效运行。

图8 单排桩计算位移（mm）

图9 双排桩计算弯矩（kN·m）

图10 双排桩计算位移（mm）

3 基坑变形监测

基坑支护结构完成后，在开挖工程中及开挖完毕后，支护结构的变形监测是基坑工程重要的组成部分，可以通过监测结果了解基坑所处的安全程度，并为后序施工提供动态信息，及时调整施工方案。该基坑变形监测点设置在桩顶冠梁上，共布置35 个监测点，监测点平面布置见图11，在基坑开挖阶段进行实时监测。

图11 监测点平面布置图

本文仅选取基坑北侧部分靠近高架桥匝道和西侧地质条件较差的桩顶位移变化的监测数据进行介绍分析。基坑北侧于2013 年12 月26 日开挖，采取分层开挖每层开挖深度不超过3m，每层开挖后变形量会增加，北侧3～6 号监测点在2014 年1 月21 日趋于稳定。基坑西侧于2013 年12 月30 日开挖，监测点29～32 号在2014 年1 月22 日趋于稳定。图12、图13 分别为3～6 号监测点位移变化图与29～32 号监测点位移变化图。

图12 3～6 号监测点位移图

图13 29～32 号监测点位移图

从监测点变形结果可以看出最大变形不超过12 mm，理论计算出来的变形超过了23 mm，说明实际变形是多种结果组合在一起的。导致这种原因有可能是计算模型有误差，或者计算参数与实际有差距等。

整个工程结束后我们从监测结果分析与周边实际调查情况得出，该工程双排桩支护结构稳定，桩顶位移变形小，设计方案满足要求，不过方案有待优化的可能。

4 结论

（1）本项目基坑跨度大、开挖深度深，所在地层地质条件较差，采用悬臂双排桩支护结构经济基本合理，不仅解决了基坑变形影响，而且为后序施工带来了便利，能为相近的工程提供一定的参考价值。

（2）悬臂双排桩支护结构桩顶位移变形位移一般较大，在基坑开挖的工程中要充分利用原有效空间结构，采用分层开挖，开挖一层支护一层桩间土，并及时加强坑底支顶作用。

（3）从监测结果来看，位移变形成台阶式，在每次开挖的时候变形突然加剧，然后趋于稳定，开挖下一层是再变形，再趋于稳定。分层开挖是很有必要的，有助于减小基坑的整体位移量。

（4）从监测数据来看，监测位移与计算位移有一定差距，同时在开挖工程中支护桩、冠梁、连梁未有裂缝出现，说明悬臂双排桩方案位移与弯矩理论计算是有待优化的可能的，需要不断进行实践检验的。

（5）理论计算与实际监测位移有差异，这可能是由于计算模型不够完善或参数不完全符合实际，还需要进一步对计算模型研究与参数进行研究。