排桩支护体系在深基坑支护中的应用

摘要：深基坑工程的支护结构形式的选择受场地岩土工程性质、水文地质条件、基坑开挖面积及深度、周边环境条件等诸多因素的影响。排桩支护结构形式是通过刚性支撑形式，从而达到满足基坑工程的安全性及降低深基坑工程支护造价的目的。本文即结合具体工程案例详细阐述了排桩支护体系在深基坑支护中的应用。

关键词：排桩支护；深基坑；弹性地基梁法；双排桩；土钉墙

中图分类号：TV551文献标识码： A

一、排桩支护结构的形式分类

基坑开挖时，对不能放坡或由于场地限制而不能采用搅拌桩支护，开挖深度在6~10米左右时，即可采用排桩支护。排桩支护可采用钻孔灌注桩、人工挖孔桩、预制钢筋混凝土板桩或钢板桩。排桩支护结构可分为：

（一）柱列式排桩支护

当边坡土质尚好、地下水位较低时，可利用土拱作用，以稀疏钻孔灌注桩或挖孔桩支挡土坡。

（二）连续排桩支护

在软土中一般不能形成土拱，支挡结构应该连续排。 密排的钻孔桩可互相搭接，或在桩身混凝土强度尚未形成时，在相邻桩之间做一根素混凝土树根桩把钻孔桩排连起来，也可采用钢板桩、钢筋混凝土板桩。

（三）组合式排桩支护

在地下水位较高搭软土地区，可采用钻孔灌注排桩与水泥土桩防渗墙组合的方式。

二、相关计算模型

弹性地基梁法采用 winkler 假定的计算模型进行分析，即以 winkler 假定为基础，考虑桩与土的共同作用确定出前、后排桩在开挖面以上的土压力荷载及地基土的水平基床系数，按照弹性地基梁和结构力学分析的方法为基础即可求出门式刚架挡墙结构的内力。

（一）弹性地基梁法计算模型

将双排桩分成前排桩、后排桩和连梁三部分，前排桩在桩背土压力 El、连梁的作用力及基坑底面以下土体的弹性支撑下工作；后排桩则在桩背土压力 E2、连梁作用力及开挖面以下土体的弹性支撑下工作。双排灌注桩进入工作状态后，灌注桩之间的土体随墙身的平移而扰动，可近似将基底以上部分的土体看成承受侧向约束的半无限长土体，根据平面应变问题的物理方程，并近似地认为桩间土的横向应变为零，于是桩间土的侧压力σ可按下式计算。

式中：μ―土的泊松比；

r―土的天然容重；

z―地表至计算点的距离。

基底以下部分的土对桩的侧向抗力，采用 winkler 假定，将地基土看作是彼此独立的弹簧来模拟其变形性质。

（二）弹性地基梁法受力特征

对于 winkler 假定的计算模型，在解法上将两排桩体分隔成前排、后排桩及连梁三部分，分别建立前、后排桩体侧向受载下的微分方程，引入桩尖集中剪力和集中弯矩为零的边界条件，同时利用变形协调及内力关系，联合求解桩顶内力与位移，进而得到整个双排桩支护结构的内力和位移。

上述模型比较复杂，为应用方便，一般工程则采用先假设土压力按某种形式分布，然后假定开挖面下某一深度为固定端的简化计算模型，通常取 。

三、排桩支护体系在深基坑支护中的应用

（一）工程地质概况

某地下人防工程，无上部地面建筑，全长约1023m，建筑工程总长1000m，工程特征为甲类掘开式人防工程。结构类型为框架、剪力墙，地下室基坑开挖面积约34000m2，基坑开挖周长约2534m。基坑开挖深度为自然地面下8.00m。基坑重要性等级为一级。

（二）基坑支护方式

为方便基坑挖土与人防地下室施工，采用如下支护结构形式：

1、单排桩 + 一道钢筋混凝土梁边桁架 + 组合双钢管对顶撑支撑系统。

2、双排桩门式刚架支护系统：支护桩选用双排直径900mm钻孔灌注桩，桩间距为1.40m，排距为3.00m；桩顶设置横梁、连系梁。

（三）支护结构设计

1、支护桩

支护桩采用钻孔孔灌注桩：桩径d=900mm，桩中心距s=1400mm，桩长 l=1250mm，沿基坑周边布置。

2、支护桩桩顶冠梁（兼作围囹）设计

为了增加支护桩的整体刚度，支护桩顶设置钢筋混凝土冠梁：截面尺寸 1200mm×600mm。混凝土强度为C30。

3、土钉支护结构

双排桩桩顶上部 1.5m 放坡部位采用土钉支护结构，土钉挂网喷射混凝土支护，土钉长度L=0.8m~1.00m，呈梅花形布置，间距 1.50×1.50m，喷射混凝土C20厚50mm~80mm。

4、竖向隔渗帷幕设计

在基坑四周设置三重管高压旋喷桩竖向加固体，使坑壁淤泥质土及粉土粉砂得到固化，与钻孔灌注桩联合作用，形成止水帷幕，既挡土又止水。

（四）施工技术

1、土钉墙施工技术

土钉采用洛阳铲成孔，成孔直径为100 mm，插入钢筋后，用注浆泵灌注纯水泥浆，水灰比为0.45。喷射混凝土配合比为：水泥∶砂∶石子=1∶2∶2，基坑开挖一层后，即进行修坡、成孔，土钉制作、铺钢筋网和加强筋，安装30×300 PVC排水管，分1 次～2 次喷射混凝土至设计厚度。

施工具体方法是，对基坑进行适度放坡，视土质确定坡率为1∶1.0，局部由于场地限制，坡率为1∶2.5( 宽高比) ，坡面部位均采用土钉墙进行支护，上翻边1.5 m，土钉墙施工与土方开挖交替进行，即基坑开挖到一定深度后，再进行土钉制作，然后进行下一层开挖。第一层开挖深度为2.5 m，其余开挖深度为1 m～1.5 m。施工时将投入 1 台套混凝土喷射设备，4 组～5组成孔设备，分2个～3个施工段进行流水作业。

基坑降排水采用坑底明沟结合深井泵排水，在基底四周设置排水沟，每20 m～25 m设置一抽水井，全场分布 4 口降水井，用50 m 扬程泵将水抽至基坑外，水位保持在基底 0.5 m以下。

土钉墙变形监测采用经纬仪测墙顶水平位移，在基坑四面埋设基准点，土钉墙施工时每一工况进行一次监测，根据位移的大小来对支护参数进行调整。土钉墙施工结束后每周及每次雨后进行一次位移监测，评价边坡的安全状况，遇危险情况应采取适当的应急措施。

2、排桩施工技术

排桩的具体方法是，按方案进行钻孔灌注桩施工，在立柱桩浇筑混凝土时，随即插入钢管立柱。间歇2 d ～3 d，场地挖土至腰梁梁底标高，进行腰梁和对撑施工，待灌注桩混凝土强度达到设计值70%时，即可开挖基坑土方。结构施工结束后，墙外土方回填至腰梁下1 m 时拆除混凝土对撑。

基坑采用明沟结合深井泵排水，在基底四周设置排水沟，每20 m～25 m 设置一抽水井，全场分布 4 口降水井，用50 m 扬程泵将水抽至基坑外，水位保持在基底 0.5 m以下。

变形监测采用经纬仪测墙顶水平位移，在基坑四面埋设基准点，土方开挖每一工况进行一次监测，根据位移大小对支护参数进行调整。基坑施工结束后每周及每次雨后进行一次位移监测，评价边坡安全状况，遇危险情况采取适当应急措施。

四、结论

1、双排桩支护结构可以有效地限制支护结构位移变形，不需要设置支撑挡土结构，与拉锚结构相比，又不需要太多的场地，是一种有很多优点的新型支护体系。

2、目前双排支护桩的设计计算方法还不够成熟，实测数据还不多，受力机理不够清楚，弹性地基梁法是目前规范推荐的一种计算模型，其计算模型还有待进一步优化。

3、当基坑周边位移过大，或变形持续，影响到基坑安全，将采取适当应急措施，比如，对坡顶土体进行挖除、卸载和对淤泥质粉质粘土进行注浆加固，以改善土体的抗剪强度和土钉侧阻力，来达到边坡稳固效果。当该方法仍达不到要求时，增加钢管对撑，以减小桩顶位移。

参考文献

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