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1、排桩支护XX（山东科技大学 土木建筑学院 山东 青岛 266590）摘要：排桩支护作为深基坑支护的重要组成部分，本文简述以下几个方面的内容：拍桩支护结构的理论计算方法；排桩支护的各种形式特点；排桩的施工方法与分类，从而从整体上了解排桩支护的设计到施工流程。关键词：排桩支护；计算方法；形式分类；施工引言 随着高层建筑及超高层建筑的大量涌现，深基坑工程也越来越多，排桩支护作为深基坑支护的一个重要组成部分，在工程中已得到广泛应用。它随着科学技术的发展、随着时代的需要而产生；随着岩土工程，结构工程，环境工程的不断发展而发展；随着工程力学，计算方法，材料科学的发展，其受力特性将更加明确，形式将更加多样。
2、1 排桩支护的基本理论及计算方法1.1 排桩支护结构的古典理论极限平衡法是过去基坑设计计算应用较多的古典计算方法。其基本原理是围护结构在开挖过程中受侧向主动、被动土压力作用而达到受力平衡状态，计算时一般取围护结构受力达极限平衡状态，即桩墙产生侧向位移，使墙体被侧土压力达极限值主动土压力，坑内侧土压力达被动土压力。通过极限平衡条件，计算围护结构的内力，验算围护结构插入深度是否满足整体稳定、抗隆起稳定和抗管涌稳定的要求。1.2 弹性抗力法弹性抗力法又称土抗力法、弹性地基梁有限元法，是现行规范推荐的基坑支护结构计算方法。弹性抗力法取单位宽度的挡墙作为竖直放置的弹性地基梁，一般采用图 2-3 所示的两
3、种计算简图。在弹性抗力法中，基坑底面以上围护结构作为弹性梁单元，基坑底面以下围护结构作为弹性地基梁单元，支撑或拉锚视为弹性杆单元；围护结构所受荷载为主动侧的水土压力，土压力按古典土压力理论计算，围护结构内侧被动区土体简化为土弹簧。被动区由于围护结构位移而产生的土体抗力用弹簧模拟，弹簧的反力系数即水平抗力系数。1.3 有限元法在基坑变形及应力场问题分析方法中，有限元法有很大的优越性，它可以考虑多种因素对基坑变形的影响，因而在基坑开挖分析中得到越来越多的应用。基坑开挖分析有限元法分为杆系有限元法、平面有限元法和空间有限元法。杆系有限元法在弹性抗力法中得到应用。平面有限元法和空间有限元法为连续介质有
4、限元法。2 排桩支护的各种形式及特点2.1 悬臂式排桩支护结构悬臂式支护结构（如图一）主要是根据基坑周边的土质条件和环境条件的复杂程度选用，其技术关键之一是严格控制支护深度。根据深圳地区的经验，悬臂式支护结构适用于开挖深度不超过l0m 的粘土层，不超过5m的砂性土层，以及不超过4-5m的淤泥质土层。图一 悬臂式围护结构示意图悬臂式排桩结构的优缺点及适用范围优点：结构简单，施工方便，有利于基坑采用大型机械开挖。缺点：相同开挖深度的位移大，内力大，支护结构需要更大截面和插入深度。适用范围：场地土质较好，有较大的c、值，开挖深度浅且周边环境对土坡位移要求不严格。2.2 内支撑式排桩支护结构内撑式支护
5、结构（如图二）由支护结构体系和内撑体系两部分组成。支护结构体系常采用钢筋混凝土桩排桩墙、SMW工法、钢筋混凝土咬合桩等型式。内撑体系可采用水平支撑和斜支撑。根据不同开挖深度又可采用单层水平支撑、二层水平支撑及多层水平支撑，分别如图2.2a、b及d所示。当基坑平面面积很大，而开挖深度不太大时，宜采用单层斜支撑如图2.2c所示。图二 内支撑结构示意图内撑常采用钢筋混凝土支撑和钢管或型钢支撑两种。钢筋混凝土支撑体系的优点是刚度好、变形小，而钢管支撑的优点是钢管可以回收，且加预压力方便。内撑式支护结构适用范围广，可适用各种土层和基坑深度，如图在空间结构体系中的应用。内支撑结构造价比锚杆低。但对地下室结
6、构施工及土方开挖有一定的影响。但是在特殊情况下，内支撑式结构具有显著的优点。（1）桩撑支护结构的优点：施工质量易控制，工程质量的稳定程度高；内撑在支撑过程中是受压构件，可充分发挥出混凝土受压强度高的材性特点，达到的经济目的；桩撑支护结构的适用土性范围广泛，尤其适合在软土地基中采用。（2）桩撑支护结构的缺点：内撑形成必要的强度以及内撑的拆除都需占据一定工期；基坑内布置的内撑减小了作业空间，增加了开挖、运土及地下结构施工的难度，不利于提高劳动效率和节省工期，随着开挖深度的增加，这种不利影响更明显；当基坑平面尺寸较大时，不仅要增加内撑的长度，内撑的截面尺寸也随之增加，经济性较差。2.3 拉锚式排桩支
7、护结构拉锚式支护结构（如图三）由支护结构体系和锚固体系两部分组成。支护结构体系同于内撑式支护结构，常采用钢筋混凝土排桩墙和地下连续墙两种。锚固体系可分为锚杆式和地面拉锚式两种。随基坑深度不同，锚杆式也可分为单层锚杆、二层锚杆和多层锚杆。地面拉锚式支护结构和双层锚杆式支护结构示意图分别如图2.4a和b所示。地面拉锚式支护结构需要有足够的场地设置锚桩，或其它锚固物。锚杆式需要地基土能提供较大的锚固力。锚杆式较适用于砂土地基或粘土地基。由于软粘土地基不能提供锚杆较大的锚固力，所以很少使用。 图三 拉锚式围护结构示意图（1）桩锚支护结构的优点：桩锚支护结构的尺寸相对较小，而整体刚度大，在使用中变形小，
8、有利于满足变形控制的要求；与桩撑支护结构相比，桩锚支护结构的拉锚力与深基坑的平面尺寸无关，在平面尺寸较大的深基坑工程采用桩锚支护结构能凸显它的这个优势；桩锚支护结构的施工相对较为简单，而且由于基坑内没有支挡，坑内有较大的净空空间，从而能确保土方开挖与运输、结构地下部分施工所需的作业空间，也为提高劳动效率、节省工期创造了前提性条件；桩锚支护结构的造价相对较低，有利于节省工程费用。（2）桩锚支护结构的缺点：桩锚支护结构所占作业空间较大，锚杆的设立要求场地有较宽敞的周边环境和良好的地下空间；需要有稳定的土层或岩层以设置锚固体；地质条件太差或土压力太大时使用桩锚支护结构，容易发生支护结构的受弯破坏或倾
9、覆破坏。 3 排桩的施工3.1 钻孔灌注桩的干成孔施工对于地下水位以上的一般粘性土、砂上及人工填土地基的钻孔灌注桩，可采用干作业成孔法施工，即非泥浆无循环钻进法。一般采用螺旋钻孔机进行成孔。螺旋钻孔机由主机、滑轮、螺旋钻杆、钻头、滑动支架、出土装置等组成。主要利用螺旋钻头切削土壤，被切的土块随钻头旋转，并沿螺旋叶片上升而被推出孔外。这类钻机结构简单，使用可靠，成孔作业效率高、质量好，无振动、无噪声，最宜用于匀质粘性上，并能较快穿透砂层。干作业成孔中，螺旋转成孔应用最多，其施工工艺流程如图5.4所示。为了保证最终成桩后的质量，在施工中应注意以下几个方面：（1）在钻机就位检查无误后，使钻杆慢慢向下
10、移动，当钻头接触土面时，再开动电动机，且开始的钻速要慢，以减小钻杆的晃动，又易于校正桩位及垂直度；（2）如发现钻杆不正常地摆晃或难于钻进时，应立即提钻检查，排除地下块石或障碍物，避免设备损坏或桩位偏斜（3）遇硬土层时，应慢速钻进，以保证孔形及垂直度（4）钻到设计标高时，应在原深度处空转清土，停钻后，提出钻杆弃土。空转清土时， 不可钻进，提钻弃上时，不可回转钻杆（5）钻取出的土不可堆在孔口边，应及时清运（6）吊放钢筋笼时，应防止变形和碰控孔壁。钢筋笼外侧应设有预制的混凝土垫块，以保证混凝土保护层厚度（7）经检查合格的孔，应不隔夜及时浇注混凝土。混凝土从吊持的串桶内注入，一般深度大于6m时，靠混凝
11、土下冲力自身砸实，小于6m时，应以长竹杆入二插捣，当只剩下2m时，用混凝土振捣器捣实。常采用的混凝土坍落度为一般粘性土：宜用57cm，砂类土宣用79cm，黄土。宜用69cn。砼强度不低于C15。（8）桩顶标高低于地面时，孔口应有盖板，以防人、物坠落3.2 钻孔灌注桩湿作业成孔施工钻孔灌注桩的湿作业成孔法，适用于一般粘性土、淤泥和淤泥质土、砂性土和碎石类土，尤其适用于：在地下水位较高的土层中。湿作业法的成孔机械有冲击钻孔机、冲抓锥成孔机及正、反循环旋转钻机等，可应用在不同的土层中。旋转钻机成孔是利用旋转切削土体钻进，并在钻进的同时采用循环泥浆的方法护壁排渣，继续钻进成孔。现用旋转钻机按泥浆循环的
12、程序不同分为正循环与反循环两种。所谓正循环即在钻进的同时，泥浆泵将泥浆压进泥浆笼头，通过钻杆中心从钻头喷入钻孔内，泥浆挟带钻渣沿钻孔上升，从护筒顶部排浆孔排出流至沉淀池，钻渣在此沉淀而泥浆仍进入泥浆池循环使用。反循环与正循环程序相反，将泥浆用泥浆泵送至钻孔内，然后从钻头的钻杆下的钻头吸进，通过钻杆和砂石泵排到沉淀池，泥浆沉淀后再循环使用。反循环法吸泥有两种方式，即反循环泵方式和空气升液方式。反循环泵方式是钻管上端有软管与离心泵连接，吸泥时先用真空泵排出软管和钻管中的空气，再启动离心泵抽吸泥水。空气升液方式是钻管底端附近喷吹压缩空气，产生密度较小的空气和泥水混合物，形成管内外的密度差值，由此在管
13、内产生向上的水流。3.3 主要的施工过程（1）成孔施工。成孔工艺应根据：工程特点、地质条件和设计要求合理选择。成儿直径必须达到设计桩校，钻头应有保径装置。若采用锥形钻，其锥形夹角不得小于120度。钻头直径应根据施工工艺和设计桩径合理选定。在成孔施工过程中应经常检查核验钻头尺、必要时应进行修理。在正式施工前应进行试成孔，数量不得少于2个。核对地质资料，检验所边的设备、机具、施工工艺以及技术要求是否适宜。如孔径、垂直度、孔壁稳定和沉淤等检测指标不能满足设计要求时，应拟定补救技术措施，或重新选择成孔工艺。成扎施工应一次不间断地完成，成孔完毕至灌注混凝土的间隔时间不应大于24小时。护壁泥浆可采用原土造
14、浆或人工造浆。根据不同的成孔工艺和地质情况，选择也不同。（2）清孔。清孔应分二次进行。第一次清孔在成孔完成后立即进行；第二次在下钢筋笼和安装导管后进行。（3）钢筋笼施工。钢筋笼宜分段制作，分段长度应按成笼的整体刚度、来料钢筋长度及起重设备的有效高度等因素确定。为保证保护层厚度，钢筋笼上应设保护层垫块。钢筋笼在起吊、运输和安装中灾采取措施防止变形。起吊吊点宜设在加强箍筋部位。钢筋笼用分段沉放法时，纵向主筋的连接须用焊接，要特别汗意焊接质量。（4）水下很凝土施工。混凝土配合比设计方法应按建设部标准普通混凝土配合比设计技术规程JGJ 5581执行。水下混凝土灌注是确保成桩质量的关键工序，灌注前应做好
15、一切准备工作，保证混凝土灌注连续紧凑地进行。单桩混凝土灌注时间不宜超过8h。混凝：上灌注的充盈系数不得小于1，也不宜大于1.3。参考文献：1 吴铭炳 软土基坑排桩支护研究 工程勘探 2001年第4期2许锡昌，陈善雄，徐海滨 悬臂排桩支护结构空间变形分析岩土力学 第27卷第2期3刘奋兴 排桩支护结构嵌固深度分析及计算机应用 第十届全国工程设计计算机应用学术会议论文集广东.广州20004何建明 白世伟 深基坑排桩-圈梁支护系统空间协同作用的简化分析方法 第三届全国青年岩土力学与工程会议论文集，南京1998年4月5 莫海鸿 杨剑维 孙亮 姚朝军 考虑切向平面效应的支护桩结构空间分析 (工程力学增刊20016林雪梅 软土深基坑排桩支护的优化设计和监测 工程力学增刊20027 陈忠汉 程丽萍 深基坑工程 机械工业出版设8 余志成 施文华 深基坑支护设计和施工 中国建筑工业出版社9滕德宾等 深基坑支护方案设计与施工 第二届全国岩土和工程学术大会论文集
