双排桩支护设计在金凯路永久边坡上的应用

双排桩支护设计在金凯路永久边坡上的应用
摘要：双排桩支护通过桩顶强大的连梁形成“门”式超静定受力体系，与传统的单排桩板墙支护相比，其刚度大，能有效地限制支挡结构的变形，同时大大降低了桩身的受力。

通过南宁市金凯路某边坡双排桩支护工程，介绍了双排桩支护设计的方案构思及设计过程，表明双排桩支护体系较适于受到空间及耐久性要求的永久边坡支护工程。

关键词：永久边坡；双排桩支护；设计
0 引言
随着城市建设的开发建设范围不断扩大，许多新建道路需在山区丘陵地带修建，随之而来的是道路周围永久边坡支护工程的不断出现。

边坡支护工程常见的是采用自由放坡形式。

该支护方法具有施工方便，坡面绿化后较美观的优点，也有占地大，土方开挖多的缺点。

当周边建筑物距离道路红线距离较近时，便不能再采用上面的放坡形式支护，一是施工面受限，二是支护结构的整体稳定性对建筑物的安全影响巨大。

桩板墙支护能较好的适应上述情况。

它先支护再开挖，安全性好，几乎不涉及到桩后土体开挖，有效保护了附近建筑物的安全。

传统的桩板墙一般为单排桩形式，在支护7、8米高的边坡时尚可，但随着边坡高度的进一步增大，土压力呈几何级增长，导致桩身受力和桩顶位移急剧增大，强度及刚度均难以满足要求。

通过增大桩径及减少桩间距虽然能改善受力，但也造成施工困难和耗材巨大，性价比低。

双排桩支护是近十几年来新发展的一种支护形式，它由前、后两排平行的钢筋混凝土桩以及冠梁、前后排桩顶间的连梁形成类似门架的空间结构，具有强大的侧向刚度，可以有效地限制支护结构的侧向位移而不需要设置锚杆（索）或内支撑结构，因而能更好地满足空间要求和永久支护耐久性的要求。

本文通过南宁市金凯路某永久边坡支挡工程，介绍了双排桩支护结构体系的设计方案，采用理正软件进行了计算分析，而且优化了施工方案，最后对双排桩支护设计特点进行了总结。

1 工程概况与工程地质条件
工程简介
南宁市金凯路工程在k1+080~k1+200段北侧有一山坡，属于邕江Ⅲ级阶地，丘陵地貌。

场地北高南低，现状地面标高在109.32～113.15米之间，山坡坡度约30～50°，局部达70°。

道路开挖后将形成十多米高的边坡，最高处达17米。

因
业主要求保留坡顶上的三座厂房，但由于建筑距离道路红线较近，不能采用自由放坡，故设计采用双排桩支护方案，断面如下图所示：
工程地质构造
据钻探资料揭示，上覆土层除新近堆积形成的填土外，尚分布有第四纪(Q)地层：粉质粘土和圆砾，下伏地层为第三系湖相沉积的泥岩、粉砂岩和煤。

第四系与第三系地层呈角度不整合接触。

场地岩土层分布特征描述如下：
（1）素填土①（Qml）：黄色、棕黄色、褐色，稍湿，松散，局部稍密，以粉质粘土、砾石为主，土质不均匀，局部地段有厚10cm的砼地板，层厚约0.1～0.3m，属高压缩性土层。

（2）粉质粘土④(Qal)：黄色、棕黄色等，稍湿，硬塑，含铁锰质氧化物及钙质，花斑状，土质不均匀，切面较光滑稍有光泽，无摇振反应，干强度较高，韧性中等，局部与粘土互层，层厚约0.2～0.8m，属中等压缩性土层。

（3）圆砾⑥(Qal)：黄色、浅黄色、灰白色，湿～饱和，以中密为主，局部密实，磨圆度好，级配差，粒径以2～20mm居多，砾石约占50％，母岩成分主要为石英质，主要以粗砂填充，含约20％粘粒，最大粒径约40mm，局部含铁质胶结层，土质不均匀，层厚约3.3～8.4m，属低压缩性土层。

（4）泥岩⑦(E)：灰褐色、灰白色、灰色，湿，全风化，硬塑。

原岩基本风化呈粘性土状，局部呈粉砂状，裂隙面局部见铁质氧化物渲染，结构面已基本破坏，场地内局部分布，层厚约0.9～7.9m，属中等压缩性土层。

（5）泥岩⑧(E)：灰色、灰褐色，稍湿，强风化，坚硬，裂隙较发育，裂隙面局部有铁质氧化物渲染，泥质结构，厚层～巨厚层构造，局部夹粉砂质泥岩及泥质粉砂岩薄层，岩芯较破碎，属极软岩，层厚约1.5～7.2m，岩体质量等级为Ⅴ级。

（6）泥岩⑪(E)：灰色、青灰色，稍湿，中风化，坚硬，裂隙稍发育，裂隙面局部有铁质氧化物渲染，泥质结构，厚层～巨厚层构造，局部夹粉砂质泥岩及泥质粉砂岩，岩芯较完整，属极软岩，岩体质量等级为Ⅴ级。

双排桩支护设计方案
2.1 双排桩支护参数的确定
（1）、桩径
根据南宁市常用钻孔机械的钻头直径以及本边坡的支护高度，选择1.5米的桩径较为合适。

（2）、桩长
桩长=悬臂长度+嵌固长度，主要受悬臂长度影响。

根据本边坡的地形地质情况，悬臂长度定为11米，桩顶通过放坡与现状接顺。

考虑到抗倾覆安全，嵌固段长度要求不小于悬臂段长度，本工程取13米，故桩总长为24米。

（3）、桩间距、排距
针对不同桩间距、前后桩排距进行优化计算，通过计算发现当得到排桩距离为5m、6m时受力较合理，且坡顶建筑沉降控制在20mm以内，结果如下表所示：
金凯路边坡双排桩支护优化设计成果表
从表中可以看出当桩中距为2.5m、3.5m时，桩身位移与坡顶沉降均满足要求；对于4.5m桩距，桩间空隙过大，桩间土拱效应明显，同时桩身位移过大，不予选择。

增加桩排距可以减少后排桩及连梁的变形和受力，但前排桩受力反而变大，而且也增加了连梁的工程量，故考虑取排距5米为宜。

为了缩短工期，节约工程费用，综合考虑设计采用桩距3.5m，排距为5m进行设计。

2.2 设计计算分析
设计计算采用北京理正软件设计研究院有限公司的理正深基坑FSPW6.5版本计算。

（1）、计算系数的取值
由于软件是按《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120-1999）编制的，而本工程为道路永久边坡支护，应该根据《公路路基设计规范》（JTGD30-2004）进行计算。

以下是两种规范体系计算系数的区别：
（注：基坑时按一级基坑计，挡墙按5米以上高度计）
结构的内力设计值=内力标准值×重要性系数荷载×荷载分项系数×弯矩（剪力）折减系数，因此用深基坑软件计算时，应将上述系数按公路规范套用，以便与本工程的属性相匹配。

（2）、计算过程
计算模型
假定桩顶连梁与桩的连接为刚性连接，支护桩视为弹性体，根据文克尔假定采用弹性地基梁法，地基土水平比例系数按“m”法分布，按照门式刚架模型进行双排桩的内力和位移计算结果如下图所示：
由上图可见，前排桩弯矩较大的截面的有：桩头与连梁节点处、地面以上2~3米处、地面以下4~5米处；后排桩弯矩较大的截面有：桩头与连梁节点处、地面以上2~3米处。

剪力较大的截面则是前排桩地面处，因此在配筋上应与内力的分布相适应，做到受力合理，节约材料。

为了形成强有力的刚架，特别是桩头与连梁的节点处受力较大，此处的施工质量一定要得到保证，要求施工时连梁混凝土与桩头一起浇筑。

（3）、施工方案
对于双排桩支护来说，其冠梁与连梁在桩顶处形成纵横交错的网格，中间的净距过小导致无法吊装挡土板。

针对此情况，常规的做法有以下两种：1、现砌浆砌片石挡土板（平面上砌成弧形以改善受力；2、在桩上植筋后现浇钢筋混凝土挡土板。

以上两种方案都有缺点：方案一采用浆砌片石现砌，耐久性差，规范也明确挡土板不宜采用圬工结构；方案二需要在桩身植筋，一是费工费时，二是桩身主筋布置密集，植筋时容易损伤桩身钢筋。