双排微型桩挡土墙的设计与应用

陈 璞，许干华

(1.杭州市城市建设发展有限公司，浙江杭州 310020；2.杭州市城市建设发展有限公司，浙江杭州 310020)

双排微型桩挡土墙的设计与应用

陈 璞1，许干华2

(1.杭州市城市建设发展有限公司，浙江杭州 310020；2.杭州市城市建设发展有限公司，浙江杭州 310020)

简要介绍了双排微型桩挡土墙的基本概念,同时阐述了微型桩挡土墙的特点及计算方法,并介绍了其在某河道整治工程中的应用及取得的效果，有关经验可供相关专业人员参考。

微型桩；挡土墙；河道整治

1 概述

微型桩 (micropile，minipile)又称树根桩(rootpile)，一般指桩径小于300 mm、长细比大于30、采用钻孔和压力注浆工艺的小直径钻孔灌注桩。自20世纪50年代初由意大利的Fondedile公司Femando Lizzi首创以来［1］，应用范围己经从最初古建筑物基础补强和托换工程,扩展到边坡稳定、堤坝加固及基坑支护等工程领域。

排桩挡土墙是指以某种桩型按队列式布置组成的支护结构,其作用主要是挡土、截水和防渗,多为临时支护结构。近年来，由于其布置形式灵活、施工场地不大、可以省去基坑支护等优点，部分学者已将其作为永久性支护结构成功应用于铁路工程、电力工程及河岸工程［2-4］。由于排桩围护结构主要承受侧向压力，因此常采用桩身强度、桩径较大的钻孔灌注桩。

双排微型桩挡土墙作为一种新型支护类型,采用两排竖向微桩及桩顶冠梁构成空间门架式挡土结构体系，既克服了微型桩强度、刚度相对弱小的缺点,又具有工艺设备简便、对地基扰动小、适宜在工作面狭窄场地施工等优点，是一种值得推广的新型挡土结构。对于双排微型桩支护结构的工作机制，一些学者已经进行了深入研究。孙文怀等［5］采用数值分析的手段模拟对比了微型桩的不同布置形式对支护效果的影响，研究结果表明采用双排微型桩梅花形布置能更好地发挥微型桩的支护作用。俞峰等［6］在软黏土场地内施工 88根微型桩构成双排桩围护结构，通过现场试验和数值分析证实了微型桩通过双排布置形式也具有良好的围护效果。

2 双排微型桩挡土墙的设计

双排微型桩挡土墙一般排距较小，可以根据等效抗弯刚度原理［7］,把双排微型桩等效为连续墙，从而运用悬臂式支挡结构的弹性支点法［8］进行计算。

2.1 等效抗弯刚度计算

设前排桩径d1,桩距t1,后排桩桩径d2,桩距t2，前后排桩之间距离为t3。根据刚度等效的原则,前后排桩可分别等效为厚度h1，h2的连续墙。h1,h2按式(1)、式(2)计算∶

前后排桩桩间土体厚度为h3(h3=t3-d1/2-d2/2)，见图1。

图1 双排桩平面布置与简化图

以1 m为例,其整体抗弯刚度为：

式中∶EI——整体抗弯刚度,MN·m2；

E1I1——前排桩抗弯刚度,MN·m2；

E1——前排桩的弹性模量,MPa；

E2——后排桩的弹性模量,MPa；

E3——前后排桩中间加固体的弹性模量,MPa。

等效抗弯刚度法适用于桩身强度、直径较大的钻孔灌注桩，而微型桩采用注浆工艺，导致挡土墙刚度对土体性质的依赖性较大,因此需要对抗弯刚度进行折减，折减系数φ建议为0.6～0.7。

2.2 弹性支点法

图2是分析计算围护结构内力和变形的弹性支点法采用的计算参数和边界条件,以“m”法为例,围护结构开挖面以上及以下的基本挠曲方程为∶

式中：eauk——i点水平荷载标准值；

M——地基土水平抗力系数的比例系数；

b0——抗力计算宽度，取单位宽度；

bs——荷载计算宽度，取单位宽度；

z、y——分别为排桩挡土墙顶至计算点距离、计算点水平变形；hn—第n工况开挖深度。

图2 《基坑规程》弹性支点法计算简图

3 工程实例

3.1 工程概况

杭州市某河道综合整治工程，北起上塘河，南至绕城高速公路，全长约1.77 km，规划控制河宽15 m。驳坎设计采用浆砌块石直立式挡墙，松木桩基础，克顶标高控制在2.7 m，上部采用缓坡入水形式。其中，沿河道岸线局部区域有多栋建筑物及配电房，建筑物基础型式均为条基，下无桩基础，其中距河道最近处仅13 m，涉及长度范围155 m，见图3。

图3 平面示意图

3.2 地质条件

根据勘察报告，场地地层上、中部为晚更新世海相、海陆交替沉积地层，下部为中更新世河流相冲积或山前洪积地层。场区土层分布自上而下分为①层杂填土(Q4ml)，②-1层亚粘土(Q4al)，②-2层亚粘土(Q4al)，②-3层亚砂土(Q4al)，④层淤泥质粘土(Q4m)，⑥层淤泥质亚粘土(Q4m)。场地有关设计参数见表1。

表1 围护设计参数表

3.3 方案选择

由于河道前期封道施工已与居民发生纠纷，要求在施工过程中保留3 m的临时便道供行人通过。因此，如果按原设计浆砌块石挡墙施工，基坑开挖深度为6.15 m，必须设置临时基坑支护再开挖。对于此段河道驳坎施工提出了两个方案：方案一采用双排桩基坑围护+块石挡墙(见图4)，方案二采用双排微型桩挡土墙(见图5)。通过表2可以得出，针对本工程的特点及周围建筑物的情况，采用双排微型桩挡土墙的方案较为合理。

设计方案采用两排直径0.3 m微桩，前后排桩间距均为0.4 m，梅花型布置，桩长均为15 m，排桩距取0.3m，桩顶采用宽0.8m，厚0.2m的压顶梁将双排微桩连成整体。为防止河道水流冲刷、掏空桩间土，同时为保证前排桩临水侧的平整、美观，于前排桩前设半皮松木桩贴面及6 m松木桩密打。

表2 方案比较表

图4 方案一双排桩基坑围护+块石挡墙(单位：mm)

图5 方案二双排微型桩挡土墙(单位：mm)

3.4 实例计算

将桩弹性模量取30 000 MPa并将有关数据代入式(1)～式(3)得到：

由此可以将双排微型桩等效为悬臂连续墙，弹性支点法可以采用理正深基坑软件进行计算，计算结果见图6、图7。

通过验算,桩顶最大水平位移27 mm，最大沉降量26 mm，结构整体稳定安全系数K=1.988,抗倾覆安全系数K=2.843,满足安全要求。

图6 位移及内力图

图7 沉降计算图

3.5 施工及监测结果

微型桩挡土墙的施工工序依次为成孔、清孔→钢筋笼吊放→填灌骨料→配制浆液并注浆→浇注压顶梁。

(1)成孔：采用液压地质钻机成孔，孔的深度比设计的桩长深0.5 m，钻机的钻头与桩径相同。

(2)清孔：成孔后对孔内注浆进行转换，达到要求的一定比重泥浆水或基本达到溢出清水。

(3)钢筋笼吊放：按规范制作安放钢筋笼，注浆管采用直径20 mm铁管。

(4)填灌骨料：缓慢均匀投入石子，边投料边注水，填满至孔口后略加捣实，待孔返出清水后才能注浆，碎石粒径宜在10～25 mm以内。

(5)配制浆液并注浆：浆液采用水泥浆，水灰比为0.5∶1, 每米桩长水泥用量约80 kg。若采用一次注浆时，泵的最大工作压力不应低于1.5 MPa，开始注浆时,需要1 MPa的起始压力，将浆液经注出孔口从孔底压出，接着注浆压力宜为0.1～0.3 MPa，使浆液逐渐上冒，直至浆液泛出孔口停止注浆；若采用二次注浆时，泵的最大工作压力不应低于4 MPa。待第一次注浆的浆液初凝时方可进行第二次注浆，第二次注浆压力宜为2～4 MPa。

(6)浇注压顶梁：凿开微型桩顶混凝土，露出钢筋，锚入所浇注的压顶梁内。

为保证施工过程中附近建筑物的安全，在排桩压顶梁布置3个测点，对施工过程中桩顶变形进行观测，观测到桩顶最大位移是33 mm，与计算基本相符。现场见图6。

图6 现场施工照片

4 结论

在施工技术或场地条件等受限制时，双排微型桩挡土墙是代替重力式挡墙结构、桩锚结构的一种较好的支护形式。其施工简单、速度快、投资省，特别适合于施工作业面狭窄、紧靠相邻建筑物条件下的河道整治中应用。

［1］ Bruce D A,Dimillio A F,Juran I.Introduction to Micropiles∶ An International Persepective, Foundation Upgrading In∶ William F, Kane and John M Tehaney［J］.Geotechnical Special Publicatiom and Repair for Infrastructure Improvement. New York∶ Geotechnical Special Publication,ASCE,1995(50)∶1-26.

［2］ 崔俊杰,韩志霞.排桩挡土墙的设计及有关问题探讨［J］.铁道标准设计,2006(11)∶13-15.

［3］ 韩晓晶.排桩挡土墙在电力工程中的应用［J］.山西建筑,2011(22)∶56-57

［4］ 陈俊珉.排桩挡土墙在河岸工程中的应用［J］.城市道桥与防洪. 2007(9)∶52-56.

［5］ 孙文怀.深基坑微-型桩布置形式对支护效果的影响分析［J］.山西建筑,2014(40)∶44-45.

［6］ 俞峰.软黏土中双排微型桩围护结构的开挖过程性能分析［J］.岩石力学与工程学报,2003(23)∶1175-1184.

［7］ 熊巨华.一类双排桩支护结构的简化计算方法［J］.勘察科学技术,1999(2)∶32-34.

［8］ JGJ 120-2012,建筑基坑支护技术规程［S］.

U417.1+1

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1009-7716(2015)08-0062-04

2015-04-09

陈璞(1983-)，男，浙江杭州人，工程师，从事市政设计与管理工作。