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双排桩支护结构在基坑支护的应用

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摘要:双排桩支护结构相对于其他支护结构,具有更好的侧向刚度,并加快基坑施工进度,在基坑支护中得到了日渐广泛的应用。本文简述了双排桩支护结构的概念与特点,并结合相关工程案例,为双排桩支护结构的应用提供借鉴。

关键词:双排桩;支护结构;基坑

1双排桩支护结构概述

(1)双排桩支护结构概念。双排桩支护结构在软土地区的基坑工程中得到了广泛使用。双排桩支护结构,是对单排悬臂桩包含的部分桩实施后移,并借助刚性连系梁在桩顶对前后排桩进行连接,沿着基坑相应的长度方向构建空间结构体系,该体系与门架极为类似。相对于单排悬臂桩支护结构,双排桩支护结构具有较大的整体刚度和较小的侧向位移,无需对内支撑进行加设,且所占用空间相对较小,能增强基坑施工的便捷性,适用于基坑施工场地限制较大,或者对变形要求严格的深基坑工程[1]。(2)双排桩支护结构特点。双排桩支护结构主要具有以下特点:①双排桩结构前后两排桩柱呈现出良好的关联性,其结构形式能将所承受的外力有效转化为内力,有助于增强双排桩结构强度。②双排桩支护结构具有较强的侧向刚度,能有效限制支护结构变形,且具有较强的稳定性,无需对内支撑或者锚杆进行设置,对于场地狭窄的基坑施工,具有较强的适用性。③双排桩支护结构的压力分布状况更为复杂,其土压力计算具有显著的复杂性。

2案例工程概况

某汽车客运站工程拟建于某城市北部城区,其占地面积大约为50000㎡。该工程基坑大小约为280m×130m,形状不规则。该工程采用框架结构形式,其基坑开挖深度大致在10.54m~11.96m范围之内,局部基坑开挖深度可达14m。该工程施工现场周边环境呈现出显著的复杂性,该工程西侧为正在建设施工的火车站广场,其南侧为城际铁路,其北侧则是某规划公路。该工程基坑具有巨大的开挖面积,且施工条件复杂,支护要求相对较高,基坑侧壁要求一级安全等级。该工程所在地区地下水埋深相对较浅,其埋深大致在1.6m~6m范围之间,地下水年变幅为1.5m。该工程所在地区部分场地地处矿坑之中,矿坑底标高大约为3m到10m,降水对地下水水位影响较大。

3双排桩支护结构在基坑支护中的应用研究

3.1支护结构形式

该工程基坑南侧与城际轨道线紧密相邻,如果大面积对排桩支护形式进行采用,并加设内支撑,不仅具有较高的施工造价,还严重影响挖土施工的便利性,阻碍基坑施工进度,难以有效保障基坑施工的安全稳定。如果对桩锚支护形式进行采用,由于该工程所在地区土质相对较软,锚杆施工会对该工程南侧的城际轨道线造成一定的不良影响,因此,此类支护方案缺乏安全性。对诸多支护方案进行对比,最终确定对混合支护结构形式进行采用。在该工程西北侧基坑段,其开挖深度可达10.99m,可对单排桩支护形式进行采用,并加设锚索,在该范围内,对具有较大刚度的φ1200@1400钻孔灌注桩进行采用,并加设三层预应力锚索实施支护,灌注桩长度为12.5m,在灌注桩间,对φ500@1400旋喷桩止水进行采用,并加设预应力钢绞线锚索,锚索规格为7φ5(sφ15.2)/束,其锚具规格则为OVM15。在该工程东北侧基坑段,其开挖深度可达10.54m,对双排桩矩形格构式进行采用,其前排桩及后排桩均对φ1200@1400钻孔灌注桩进行采用,其桩顶冠梁尺寸是1200mm×1000mm,灌注桩长度为19m,桩身相应的嵌固深度是8.05m,连梁厚度为600mm,排距分别是4.8m和5.0m。在前排桩及后排桩间,对φ500@1400高压旋喷水泥土桩止水进行采用,桩身长度可达13.5m,并有效减少变形,并对桩身受力进行改善,需将高压旋喷桩加设在双排桩之间以及基坑内侧相应的部分区段[2]。在该工程东侧基坑段,其开挖深度可达11.95m,对二级放坡支护形式进行采用。该工程南侧与火车站紧密相邻,且进入城际轨道线相应的30m运营线实际范围内,基坑设计受到环境因素的限制影响。该工程南侧相应基坑段,其开挖深度可达10.54m,对双排桩矩形格构式进行采用,其前排桩及后排桩均对φ1200@1400钻孔灌注桩进行采用,其桩顶冠梁尺寸是1200×1000,灌注桩长度为19m,桩身相应的嵌固深度是9.55m,连梁厚度为500mm,排距分别是4m和6.0m。在前排桩及后排桩间,对φ700@1400旋喷水泥土桩止水进行采用,桩身长度可达12.0m,需将高压旋喷桩加设在基坑内侧相应的部分区段。

3.2土压力计算

双排桩结构相应的土压力计算极为复杂,难以对作用于双排桩结构的相应土压力进行准确确定。当前,平面刚架模型在双排桩土压力计算中得到了普遍使用。其基本假定如下:将双排桩相应的前排桩及后排桩与桩顶连梁视为底端嵌固,其顶端为刚架门式结构,该结构具有直角刚结点;对基坑实施开挖后,在土压力影响下,连梁未能产生转动,只能实现平移,且前排桩及后排桩对于连梁标高位置具有相等的水平位移。对基坑实施开挖后,可假定主动土压力仅对后排桩进行作用,桩间土压力仍保持为a∆σ,对于并列式排列情况,其前排桩及后排桩相应的主动压力如下:前排桩相应的主动土压力为后排桩相应的主动土压力为基于双排桩前排桩及后排桩间相应的滑动土体占据桩后土体总量的体积比例关系,对前排桩及后排桩所承受的实际侧土压力进行确定,并将体积比例系数进行引入:200α−=LLLL)/(/2在上式中,,ϕ表示土的摩擦角,H表示基坑深度,L表示双排桩外侧排距。依据上述方法,可对被动土压力进行求解。

3.3桩身内力与位移计算以及稳定性

验算将双排桩支护结构假定为底端嵌固顶端刚接的刚架,并遵循结构力学相应的计算刚架的具体方法,计算前排桩及后排桩相应的弯矩以及挠度,并依据相关技术规程,支撑结构对弹性变形进行充分考虑,并通过增量法计算内力。依据《建筑基坑支护技术规程》,按照单排桩进行考虑,实施抗倾覆稳定性验算。遵循重力式挡土墙方法计算整体稳定性,计算结果均能良好满足相关要求。3.4监测方案为有效保障基坑施工安全以及基坑的顺利开挖,并避免基坑施工对工程周围的城际轨道线、建筑以及地下管线等造成不良影响。对基坑施工实施动态管理,并采用信息化施工方式。对基坑施工监测点进行科学布置,增强基坑施工监测的有效性。基坑施工监测涵盖如下内容:①支护结构相应的桩顶水平位移;②基坑深层土体出现的侧向位移;③基坑周边地表呈现出的沉降状况。基坑施工监测结果显示,双排桩支护结构在该工程的基坑施工中具有良好的应用效果。

4结语

双排桩支护结构在基坑支护中的应用,呈现出相对较小的桩顶水平位移,这表明双排桩支护结构能实现对桩顶水平位移的有效控制。相对于桩锚支护结构产生的侧向位移,双排桩支护结构产生的侧向位移更小。在基坑施工场地受到周边环境的限制影响,或者对基坑变形要求严格的工程,双排桩支护结构更能实现对基坑支护要求的良好满足。

作者:张楚东 单位:江苏省有色金属华东地质勘查局八一三队

双排桩支护结构在基坑支护的应用责任编辑:张雨    阅读:人次