陳仕洪 陳俊生

摘 要：雙（多）排支護樁由于具有抗側移剛度大、場地適用性強和方便施工等特點近年來在基坑工程上得到廣泛應用。文章根據多排樁支護結構在撓曲微分方程的基礎上得出的各點變形及內力方程，帶豎向錨索多排樁支護結構預應力大小及施加豎向錨索的時間對支護結構的影響，考慮支護樁在樁身支護參數變化下對支護結構的內力位移的影響等研究結論，結合多個基坑支護工程項目的實踐情況，總結了雙（多）排樁的支護效果，驗證了理論研究成果的可靠性，可為類似問題的理論研究和工程實踐提供參考。

關鍵詞：雙（多） 排支護樁;撓曲分析;豎向錨索;支護參數;工程實踐

中圖分類號：TU47 文獻標識碼：A 文章編號：1001-5922（2021）05-0101-06

Research and Engineering Practice on Mechanical Properties of Double （Multiple） Row Pile Foundation Pit Support Structure

Chen Shihong1 ，Chen Junsheng1，2，3

（1 .School of Civil Engineering and Transportation， South China University of Technology， Guangzhou 510640， China; 2.State Key Laboratory of Subtropical Building Science， Guangzhou 510640， China; 3.South China Institute of Geotechnical Engineering， Guangzhou 510640， China）

Abstract：Double （multiple） row support pile has been widely used in foundation pit engineering in recent years due to its characteristics of large lateral displacement stiffness， strong site applicability and convenient construction. Based on the multiple row pile retaining structure in the deflection differential equation of deformation and internal force at every point on the basis of the equation， the influence of the prestress of the multi-row pile supporting structure with vertical anchor cables and the time of applying the vertical anchor cables on the supporting structure， and considering the influence of supporting pile on the internal force and displacement of supporting structure under the change of pile supporting parameters， etc， combined with the practice of multiple foundation pit supporting project， summarizes the double （multiple） pile supporting effect， test and verify the reliability of the theoretical research results， can be used as theoretical research and engineering practice of similar problems to provide the reference.

Key words：double （multiple） row support pile; deflection analysis; vertical anchor cable; support parameter; engineering practice

0 引言

隨著粵港澳大灣區(qū)建設的深入，臨海軟土地區(qū)基坑工程不斷投入建設。臨海區(qū)的基坑在設計和施工等方面的要求更加嚴格，如何在保證基坑的穩(wěn)定性情況下將工程對環(huán)境的影響降到最小是施工的重難點。雙排樁支護作為一種懸臂支護結構，具有較大的抗側移剛度、場地適用性強和方便施工等優(yōu)點，近年來在深度5～8m，基坑面積較大且無法做內支撐或錨索項目中得到了廣泛的應用。為了深入了解雙排樁的受力特性、變形特性及前后排樁的土壓力分配等問題，學者們對進行了大量的研究。在雙排樁支護參數方面，林鵬等[1-2]通過分析雙排樁支護結構的特點以及結合實例分析得到了若干影響雙排樁支護結構的參數及變化規(guī)律。楊光華[3]針對雙排樁計算理論的不足，提出了一個新的土壓力模式。李佳等[4-5]對軟土深基坑雙排樁支護結構的變形性狀進行了分析。楊粵黔等[6-8]通過有限元軟件對雙排樁基坑支護結構進行分析，得到了提升支護效果指導性意見。聶慶科等[9]根據某高層基坑現場監(jiān)測數據，研究了雙排樁支護的土壓力性狀及支護結構的內力與變形情況。

雙排樁雖然已經有較多的基坑工程應用實例，但在撓曲分析、支護參數影響等方面尚未明確。本文整理了本團隊在雙（多）排樁研究上的相關成果，結合多個實際工程的使用效果，總結了雙（多）排支護樁的基坑支護結構的受力性能，為今后軟土區(qū)雙（多）排樁基坑支護結構的理論研究及工程設計提供參考。

1 雙（多）排支護樁受力性能研究總結

1.1 雙排樁支護結構撓曲理論

目前，雙排樁支護結構撓曲理論主要是通過理論及施工經驗雙排樁后排樁樁身背部施加滑裂面，以滑裂面為界限，將雙排樁的受力及變形計算分為上下兩部分?；衙嫔戏酵馏w運用體積比例法計算土壓力，滑裂面下方土體用“m”法求解土壓力，并以此建立雙排樁不同樁段的撓曲微分方程。為了求得方程的解，需要建立不同樁段方程之間的數學聯系，主要是運用樁端連接點之間的力學性狀及變形性能具有連續(xù)性的特點，施加相應的邊界效應，可以得到不同樁段的方程解析解。將方程的解析解進行求導，即可得到雙排樁中各點的位移及受力狀況[10]。前后排樁的位移方程：

其中：為體積比例系數;為主動土壓力系數;為土重度;為排樁的計算寬度;為粘聚力;、、、分別為樁頂剪力、彎矩、轉角和位移。

1.2 帶豎向錨索雙排樁支護結構研究

通過研究發(fā)現，通常采用的懸臂式雙排樁，在支護受土壓力作用后，其樁身最大彎矩位于后排樁中心附近，前后排樁彎矩都會呈現出具備反彎點的特征。隨著錨索預應力的增大，雙排樁最大正彎矩和正彎矩呈線性增大，且沒有收斂的趨勢，其中后排樁增速較快，雙排樁負彎矩減小，相比正彎矩的增幅，負彎矩的減幅很小，且呈收斂趨勢。

通過前人的研究發(fā)現[11]，在雙排樁的支護體系中，其產生的最大彎矩是由后排樁來控制，前后排樁的負彎矩最大值趨于相等。當場地進行開挖時，開挖深度越深，彎矩在不斷變化，前后排樁負彎矩呈現出不斷增大的趨勢，對正彎矩的影響時前排樁的影響較為明顯，前排樁正彎矩減小，后排樁正彎矩基本不變。

1.3 雙排樁支護參數對支護結構受力影響研究

雙排樁的支護參數主要包括樁間距、樁長、前后排距等，不同參數對雙排樁的支護性能都產生了一定的影響。

樁間距對雙排樁影響較大，樁間距增大時，樁間土壓力增大，前后排樁樁身彎矩也不斷增大，改變后排樁的間距影響較改變前排樁間距的影響更加明顯，后排樁的彎矩變化也比前排樁變化更大。

樁長的改變也會帶來一定的影響。前后排樁的入土深度增加時，雙排樁的彎矩都在增大;后排樁入土深度增加，前排樁不變時，前排樁的彎矩趨于減小，后排樁的彎矩則是逐漸增大，由此可見，增大后排樁的樁長可以增強雙排樁的整體性能，后排樁承受能力不斷增強;前排樁入土深度增大，后排樁不變時，前后排樁的彎矩變化都呈現出減小的趨勢。

樁排距影響著前后排樁之間土的性狀，選取適合的排距才能充分發(fā)揮雙排樁的支護性能。排距小于3d（樁徑）時，雙排樁表現出懸臂式單排樁的性質，其受力情況與單排樁類似，并沒有發(fā)揮雙排樁的優(yōu)勢;排距大于4d時，后排樁分擔的荷載較小，主要是前排樁發(fā)揮作用。根據前人研究，排距在3～4d區(qū)間段，特別是趨近于4d時，前后排樁之間的荷載效應才能達到理想狀態(tài)，能夠最大化發(fā)揮雙排樁的支護性能[12-13]。

2 廣州寶興TESCO購物中心項目

2.1 工程概況及工程地質條件

廣州寶興TESCO購物中心項目始于2009年8月，是廣州地區(qū)第一個采用雙排樁支護形式的基坑，由于處于深厚砂層，雙排樁的疏密和直徑存在差異?；用娣e為21505m2，基坑深度9.80m。

場地地基土在基坑開挖深度內主要為雜填土、淤泥或淤泥質土、砂土、粉質黏土，坑底土主要是砂土（中砂、粗砂皆有）及部分含淤泥質黏土的砂土層。

2.2 基坑支護設計

本項目設計是在團隊對雙排樁支護形式充分研究的前提下，完成的廣州地區(qū)首個采用雙排樁支護形式的基坑。結合雙排樁的撓曲理論研究結論和雙排樁支護參數對支護結構受力影響研究結論，考慮間距和直徑的具體影響，對處于深厚砂層的支護結構布置方式進行充分計算，得到雙排樁的疏密和直徑存在差異的設計方案如下：

基坑北側（1-1區(qū)段）、西側北段（1′-1′區(qū)段）、東側北段（1′-1′區(qū)段）等區(qū)段皆是用雙排樁（鉆孔灌注樁）進行基坑支護，運用矩形布置的形式。其中前排樁樁徑1m，間距1.2m、后排樁樁徑0.8m，間距為前排樁的兩倍，即2.4m。樁頂連接蓋板為0.6m厚鋼筋混凝土板;沿基坑周邊設置樁徑1m，間距0.75m的大直徑（旋噴）攪拌樁形成封閉止水帷幕的支護方案?；影踩燃墳槎墸O定周邊荷載20kPa。

3 南沙豐田北項目（三排樁）

3.1 工程概況及工程地質情況

南沙豐田北項目基坑支護竣工于2011年10月，是廣州地區(qū)第一個深厚淤泥層三排樁項目?；用娣e為30574m2，基坑開挖深度6.7m。由于基坑東南側鄰近地鐵車站且北側和西北側靠近河流，造成了極大的施工困難，為了創(chuàng)造施工條件，通過三排樁支護形式搭接工程樁承臺拓寬施工道路，故采用了較為特殊的三排樁基坑支護形式。

場地地基土在基坑開挖深度內為雜填土、淤泥或淤泥質土、含淤泥粉細砂、全風化花崗巖、強風化花崗巖、中風化花崗巖、微風化花崗巖，基坑底面基本位于含淤泥粉砂層、細砂層。

3.2 有限元分析

本項目由于之前所述的特殊性，根據常規(guī)雙排樁設計方法進行設計可能存在問題，故設計過程結合有限元分析同步進行。根據帶豎向錨索雙排樁支護結構研究的相關結論合理確定入巖深度和錨索預加力鎖定值，充分考慮參數具體影響再進行合理確定，最后根據撓曲理論進行驗證，確保工程安全。具體分析過程如下：

（1）計算工況及荷載組合。分析主要分為三個工況，即三個施工步，具體如下表1所示。在下表的工況簡述中，以基坑頂標高為0.00m，荷載為40kPa。

（2）有限元網格。整體有限元模型及模型各部分、各施工工況如圖5所示，共有45125個單元，8886個節(jié)點。

3.3 有限元計算結果

在以下各項計算結果中，僅顯示3種不同荷載組合下計算結果的最大值。

（1）支護結構位移。在位移計算結果中，法向位移結果以向基坑外為正，圖形表示的方位與圖5相同。

（2）支護樁內力。在支護樁內力計算結果中，彎矩顯示在受彎側，圖形表示的方位與圖5相同。

4 南沙游輪碼頭2號地項目（預制支護管樁的應用）

4.1 工程概況及工程地質情況

南沙游輪碼頭2號地項目始于2016年3月，是在深厚淤泥層采用雙排支護管樁的基坑。基坑面積為37809m2，基坑開挖深度為1.68m～7.44m。

場地地基土在基坑開挖深度內為素填土、淤泥、粉砂、細砂、淤泥質土、中砂、粗砂礫砂、粉質粘土、砂質粘性土、砂質粘性土、全風化花崗巖。

4.2 基坑支護設計

雙排支護管樁在深厚淤泥層中采用的情況較少，本項目根據雙排樁支護參數對支護結構受力影響研究結論，充分考慮管徑、樁距、排距等參數的影響進行設計計算，通過雙排樁支護結構撓曲理論研究結論判斷方案的可行性，保證方案的安全經濟，具體設計方案如下：

采用放坡土釘墻支護和單排鉆孔灌注樁支護及雙排管樁支護的方案。根據基坑開挖深度及場地地質條件，將支護結構分為14個區(qū)段。兩層地下室區(qū)域4-4區(qū)段～5-5區(qū)段采用雙排PRC-Ⅱ600AB110型預制管樁，6-6區(qū)段、8-8區(qū)段～10-10區(qū)段、14-14區(qū)段采用放坡+雙排PRC-Ⅱ800B110型預制管樁支護形式;7-7區(qū)段、11-11區(qū)段、13-13區(qū)段采用雙排PRC-Ⅱ800B110型預制管樁支護形式。

5 結論

結合雙（多）排支護樁受力性能研究結論，通過廣州寶興TESCO購物中心、廣州創(chuàng)鴻祈福南項目等多個雙（多）排樁支護樁基坑項目的成功實踐，可以得到以下結論：

（1）雙排樁支護形式在廣州寶興TESCO購物中心項目和南沙游輪碼頭2號地項目的成功應用，充分說明了在深厚砂層或深厚淤泥層等地質條件下，采用雙排樁能夠有效控制基坑變形，經濟合理，安全可靠，取得了較好的支護效果。

（2）在南沙豐田北項目中，由于基坑鄰近地鐵車站和河流等原因造成的施工不便，通過采用三排樁支護形式，提供了足夠面積的施工場地，成功解決了施工困難，極大地提升了施工效率。

（3）充分考慮工程實際情況下，參考雙（多）排支護樁的撓曲理論、帶豎向錨索雙排樁支護結構受力性能和支護參數對支護結構受力影響等相關研究結論進行設計施工，驗證了理論研究成果的可靠性，同時能夠取得最佳的經濟效益和社會效益。

（4）文中多個項目雙（多）排支護樁基坑工程的成功實施，能夠為今后國內類似的軟土地區(qū)基坑工程提供借鑒和參考。

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