深厚软土地区双排桩支护结构设计加固

［摘要］在深厚软土基坑工程中，常采用双排桩支护方式。结合相关工程的设计与加固处理方式，从增加被动土压力、减小主动土压力、增设支点、加强支护结构等角度出发，总结了深厚软土地区双排桩支护结构的加固处理措施，为今后双排桩支护结构的设计与加固提供参考。

［关键词］深厚软土；双排桩；加固措施；设计

前言

在沿河或沿海地区的水利、建筑工程，如水闸、海堤加固、河道整治等项目，通常会遇到深厚的淤泥或淤泥质土地层。而这类软土地层具有高含水率、抗剪强度低、压缩性大、承载能力低、高流变性等特点，对主体结构的基坑开挖与支护提出较大的挑战。另外，受场地范围、基坑内无法设置对撑等因素的限制，在该类地质条件下通常选取双排桩支护方式。因此，为了进一步认识双排桩支护结构的工作机理并采用针对性的措施以保证基坑安全具有重要意义。本文根据双排桩支护结构特点并结合实际工程案例，总结和探讨了深厚软土地区双排桩支护结构的加固处理措施。

1增加被动土压力

根据《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120-2012）［1］第4.12.5条关于双排桩抗倾覆稳定验算公式，随着被动土压力的增加，基坑的嵌固稳定性将逐渐提高。相关研究结果也表明，增加被动土压力可提高基坑稳定性，减小双排桩支护结构的变形及内力［2］。工程中常采用基坑内反压土台、加固基坑内被动土体等方式增加被动土压力。

1.1基坑内反压土台

基坑内反压土台加固措施是深基坑抢险中最常用、最有效的措施之一。反压土台相当于减小基坑开挖深度，既增加了基坑被动土压力，同时也提高了基坑稳定性。当险情较严重时，也可在基坑内侧回填素混凝土。基坑内反压土台也常用于深厚软土地区双排桩支护结构的加固处理，基坑内反压土台示意图见图1。

1.2加固基坑内被动土体

被动土体加固方式有水泥搅拌加固、旋喷注浆加固、钢花管注浆加固等，不管采用何种加固方式，需综合考虑施工条件、场地地质情况、周边环境、基坑开挖深度等因素。目前加固材料主要以水泥浆为主，通过水泥浆改善土体弹性模量、黏聚力、内摩擦角等力学指标，提高基坑被动土压力。实践证明，被动土体加固可显著提高深厚软土基坑中双排桩支护结构的稳定性。如中山某项目基坑位于深厚淤泥地层，基坑采用双排桩支护结构，该基坑开挖至坑底时最大位移为17.56mm，变形未超设计控制值。开挖至坑底后的第二天，由于基坑内出土车道出现滑坡，导致基坑内工程桩出现不同程度偏移，引起基坑内淤泥土层扰动。基坑内被动土受到扰动导致抗剪强度指标急剧降低，出现滑坡第二天，监测位移变化最大点一天增量为36.19mm，远超每天变形发展速率不超过3mm的设计要求。出现险情后立即在基坑内进行反压土回填，随后基坑变形趋于稳定。后期再对靠近基坑边的淤泥采用旋喷桩加固（见图2），加固后开挖反压土台，基坑变形仍保持稳定，该加固措施有效控制了基坑的变形，防止了支护结构失稳，险情得到控制。

2减小主动土压力

根据《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120-2012）［1］第4.12.5条关于双排桩抗倾覆稳定验算公式，基坑外侧主动土压力位于分母，随着主动土压力的减小，基坑的嵌固稳定性相应提高。因此减少主动区土压力同样能提高基坑稳定性。常用的减少主动土压力方式有卸载坑顶土方、加固基坑外侧主动土体等。

2.1卸载坑顶土方

卸载坑顶土方同样为深基坑抢险过程中最常用最有效的措施之一，见图3，坑顶卸载相当于减少基坑开挖深度，从而达到减小主动土压力，提高基坑稳定性的目的。但坑顶卸载对基坑周边环境有一定要求，只有当基坑顶部比较空旷，无重要建（构）筑物、管线等情况才能实施，且在实施过程中一般需先对基坑内部进行反压土台，以确保施工机械在坑顶施工的安全。

2.2加固基坑外侧主动土体

在深厚软土双排桩支护结构设计时一般很少会考虑基坑外侧主动区加固，当基坑支护出现险情后，最开始的处理方案一般为基坑内进行反压回填，但反压土台只能作为临时抢险措施，后期需要挖除。见图4，待完成反压土台回填且基坑变形趋于稳定后，可对主动土体进行加固，主动土加固后再开挖反压土台。主动土加固范围可根据软土厚度、基坑开挖深度、周边环境等确定。常用的主动土体加固方法与被动区加固方法一致，通过土体加固，改善土体力学指标，减少基坑主动土压力，有效限制基坑变形，提高支护结构稳定性。相关研究成果也表明，位于深厚软土区域的双排桩支护结构，在一定深度范围内加固主动土可以减少双排桩的位移和弯矩［2］。

3增设支点

双排桩支护结构通过前后排桩协同工作，利用自身的刚度抵抗侧向土体压力，目前常用的支护方式为悬臂双排桩。在实践中，为了满足不同条件下的支护要求，越来越多的组合式双排桩出现，也有部分设计人员将双排桩支护结构结合内支撑［3］及锚索［4］进行应用，当双排桩支护结构结合支撑或锚索时，在控制基坑侧向变形方面优于悬臂双排桩。在建筑基坑支护技术规程（JGJ120-2012）［1］中规定，挡土构件的嵌固深度对多支点支护结构不应小于0.2H（H为基坑开挖深度），对单支点支护结构不应小于0.3H，对悬臂式支护结构不应小于0.8H。可见，增加支点对限制基坑变形、提高基坑稳定起到重要作用。在深厚软土双排桩支护结构中，常采用的增设支点的方式有增设锚索、增设支撑等。

3.1增设锚索

增设锚索可以提高支护结构抗力，增加基坑支护结构稳定性，但在深厚软土中因土层的黏结强度较低，普通锚索很难提供较大的锚固力，从而达不到设计所需的锚索抗拔力，进而达不到加固效果。在深厚软土中双排桩支护结构常用的处理方案是增设扩大头锚索（如旋喷锚索），通过高压旋喷扩大锚固体直径，从而达到设计所需拉力。如武汉某基坑同样位于深厚软土地区，采用双排桩支护方式，当开挖到基坑底时，累计变形为10mm~15mm，但在主体结构施工期间，基坑的变形随时间逐渐增加，路面出现5mm~20mm裂缝，基坑顶累计变形超过50mm，日均变化速率已达5mm~10mm。在基坑监测出现报警后，增设旋喷扩大头锚索，进行动态设计及信息化施工，锚索张拉后基坑变形趋于稳定，有效阻止了双排桩支护结构的进一步变形，见图5。

3.2增设支撑

增设支撑与增设锚索的原理相同，也可提高双排桩支护结构的抗力，深厚软土中增设支撑可不受软土黏结强度较低的限制。因此，在深厚软土双排桩支护结构的破坏处理措施中，增设支撑较增设锚索更可靠。常用的支撑形式有斜撑、抛撑等，还可以采用局部逆作法，采用主体结构楼板作为支点。但支撑的设置会影响后期土方的开挖及主体结构施工，还需考虑拆撑对双排桩支护结构的影响等，因此，增设支撑时需综合考虑多方面原因选择合理的支撑布置形式。实践中应用较多的为抛撑方式，因为抛撑的影响范围较小，一般不需要增加立柱，见图6。

4加强支护结构

由于地层条件、基坑开挖深度、周边荷载的变化等原因，在原双排桩支护结构因外界条件变化产生风险时，加固方式也可以从加强支护结构本身入手。林鹏［5］在汕头某深厚软土基坑失稳补强中，采用增加一排支护桩来加强支护结构刚度，悬臂单排桩支护结构加强为双排桩支护结构，取得了较好的效果。同理，若双排桩支护结构需要补强时也可增加一排支护桩以提高支护结构刚度。田忠青等［6］以航道整治工程中采用的新型三排桩围护结构为例，研究了三排桩结构的受力变形规律。三排桩较双排桩更能提升支护结构的抗倾覆性能及变形控制能力，可采用增加支护桩强度的措施来防止深厚软土中双排桩支护结构的破坏。

5其它加固措施

在实际工程应用中，对于深厚软土地区的双排桩支护结构需综合考虑各种因素，采用动态化设计及信息化施工，以防止基坑支护结构失稳与破坏。其它一些加固方式如下：（1）合理的土方开挖方案在深厚软土双排桩支护结构中至关重要，精细化的土方开挖会大大提高基坑的安全性，深厚软土中需分层分段均衡开挖，建议分段长度不超过20m，分层开挖高度控制在1.5m以内，严格控制开挖标高，避免超挖。（2）避免因基坑内出现较大高差导致坑内滑动而影响基坑内已施工工程桩及扰动被动土体，必要时需对软土地区基坑出土口进行加固。（3）严格控制基坑顶堆载，基坑超载应严格控制在设计超载范围内。（4）因软土具有蠕变特性，变形随时间的增加而增加，基坑开挖到底后，需尽快封底并进行下一步工序，减小基坑的暴露时间，降低基坑风险。（5）应严格根据基坑监测规范［7］的要求进行监测及现场巡查，动态施工，发现异常及时上报处理，当监测数据达到报警值时，立即停止施工启动应急预案。（6）加强排水，及时封闭基坑顶和坑底土体，按设计要求施工基坑顶和基坑底排水沟及集水井，确保排水通畅，严禁基坑内及基坑顶长时间积水。

6结语

本文阐述了深厚软土地区双排桩支护结构的影响因素，并结合软土基坑工程案例，总结了深厚软土地区双排桩支护结构的常见加固处理措施。从增加被动土压力、减小主动土压力、增设支点、加强支护结构等角度出发并采取针对性的措施，对提高双排桩支护结构的安全具有良好效果。本文研究成果可为深厚软土地区双排桩支护结构设计与加固提供参考。

参考文献

［1］JGJ120-2012，建筑基坑支护技术规程［S］.北京：中国建筑工业出版社，2012.

［2］黄朝煊，袁文喜.地基土预加固对双排桩结构内力和位移影响分析［J］.人民长江，2020，51（08）：197-202.

［3］王建丰，徐伟.双排桩支护结构施工阶段受力性状研究［J］.建筑施工，2011，33（6）：453-455.

［4］张跃进，曾纪文.深厚淤泥层基坑开挖动态监测与应急处理［J］.岩土工程学报，2014，28（6）：202-207.

［5］林鹏，TSUI.Y.双排桩结构在失稳基坑中的补强作用［J］.工业建筑2002，32（5）：82-84.

［6］田忠青，沈保根，刘乃盛，等.高深岸坡工程中三排桩支护结构的有限元计算研究［J］.中国水运：下半月，2016，16（9）：291-295.

［7］GB50497-2019,建筑基坑工程监测技术标准［S］.北京：计划出版社.

作者：黄文敏 陈玉新 单位：广东省水利电力勘测设计研究院有限公司