第12章排桩围护体的设计与施工.doc

第12章排桩的设计与施工12.1概述排桩围护体是利用常规的各种桩体， 例如钻孔灌注桩、挖孔桩、预制桩及混合式桩等并排连续起来形成的地下挡土结构12.1.1排桩围护体的种类与特点按照单个桩体成桩工艺的不同，排桩围护体桩型大致有以下几种： 钻孔灌注桩、预制混凝土桩、挖孔桩、压浆桩、 SMW工法（型钢水泥土搅拌桩）等这些单个桩体可在平面布置上采取不同的排列形式形成挡土结构， 来支挡不同地质和施工条件下基坑开挖时的侧向水土压力图12-1中列举了几种常用排桩围护体形式其中，分离式排列适用于无地下水位较深， 土质较好的情况在地下水位较高时应与其它防水措施结合使用，例如在排桩后面另行设置止水帷幕 一字形相切或搭接排列式，往往因在施工中桩的垂直度不能保证及桩体扩颈等原因影响桩体搭接施工，从而达不到防水要 求当为了增大排桩围护体的整体抗弯刚度时，可把桩体交错排列，见图 12-1（ c）所示有时因场地狭窄等原因，无法同时设置排桩和止水帷幕时，可采用桩与桩之间咬合的形式， 形成可起到止水作用的排桩围护体，图 12-1（ d）所示相对于交错式排列，当需要进一步增大排桩的整体抗弯刚度和抗侧移能力时， 可将桩设置成为前后双排，将前后排桩桩顶的帽梁用横向连梁连接，就形成了双排门架式挡土结构，图 12-1（ e）所示。

有时还将双排桩式排桩进一步发展为格栅式排列，在前后排桩之间每隔一定的距离设置横隔式的桩墙， 以寻求进一步增大排桩的整体抗弯刚度和抗侧移能力设置因此，除具有自身防水的 SMW桩型挡墙外，常采用间隔排列与防水措施结合，具有施 工方便，防水可靠，成为地下水位较高软土地层中最常用的排桩围护体形式w U） ⑴图12-1排桩围护体的常见形式（a）分离式排桩； （b）相切式排桩； （c）交错式排列d）咬合式排桩； （e）双排式排桩； （f）格栅式排列12.1.2排桩围护体的止水对图12-1所示的各种形式，仅图12-1（ d）所示的咬合式排桩兼具止水作用，其它形式 都没有隔水的功能当在地下水位高的地区应用除咬合桩排桩以外的排桩围护体时， 还需另行设置止水帷幕最常见的止水帷幕是采用水泥搅拌桩（单轴、双轴或多轴）相互搭接、咬合形成一排或多排连续的水泥土搅拌桩墙， 由于搅拌均匀的水泥土渗透系数很小， 可作为基坑施工期间的止水帷幕止水帷幕应设置在排桩围护体背后，如图所示 12-2（ a）所示当因场地狭窄等原因，无法同时设置排桩和止水帷幕时，除可采用咬合式排桩围护体外，也可采用图 12-2（b）所示的方式，在两根桩体之间设置旋喷桩，将两桩间土体加固，形成止水的加固体。

但该方法常因桩距大小不一致和旋喷桩沿深度方向因土层特性的变化导致的旋喷桩体直径 不一而导致渗漏水此时，也可采用图 12-2（c）、（d）所示的咬合型止水，其中图 12-2（ c）中，先施工水泥土搅拌桩，在其硬结之前，在每两组搅拌桩之间施工钻孔灌注桩，因灌注桩 直径大于相邻两组搅拌桩之间净距， 因此可实现灌注桩与搅拌桩之间的咬合， 达到止水的效果；而在图12-2（ d）中，则是利用先后施工的灌注桩的混凝土咬合，达到止水的目的当采用双排桩时，视场地条件，可在双排桩之间或之后设置水泥搅拌桩止水帷幕，分别于图12-2 （ e）、（f）所示3虹12-2排桩围护体的止水措施1WE（a）连续型止水； （b）分离式止水； （c）咬合型止水形式1（d ）咬合型止水形式2 ； （ e）双排桩止水帷幕形式 1； （ f）双排桩止水帷幕形式 2采用水泥搅拌桩排桩止水帷幕相对比较经济，按一般的工程经验，该法在基坑深度为9~10以内时，通常只需设一排搅拌墙止水，当深度超过 10m或环境条件有特殊要求时，可增至2排搅拌桩，甚至在钻孔桩之间再补以压密注浆 目前国内深层搅拌桩成桩深度一般不超过15~18m，所以，对于防渗深度超过此施工限制时，需另外选择止水措施，例如采用三 轴SMW工法，目前国内施工深度可达 35m左右，近期引进了日本的新设备，例如可逐节接长钻杆的超深 SMW工法，成墙深度可达 60m，以及TRD工法，成墙深度也可达 60m以 上，其施工工艺见止水帷幕施工部分。

抗渗墙的深度应根据抗渗流或抗管涌稳定性计算确定，墙底通常应进入不透水层3m~4m，并应满足抗渗稳定的要求防渗墙应贴近围护墙，其净距不宜大于 200mm帷幕墙顶面及与围护墙之间的地表面应设置混凝土封闭面层， 防止地表水渗入，当土层的渗透性较大且环境要求严格时，宜在防渗墙与围护墙之间注浆，防渗墙的渗透系数不宜大于10-6cm/s渗透系数应根据不同的地质条件采用不同的水泥含量，经试验确定，常用的水泥 含量为10%~12%12.1.3排桩围护体的应用排桩围护体与地下连续墙相比，其优点在于施工工艺简单，成本低，平面布置灵活，缺 点是防渗和整体性较差，一般适用于中等深度（ 6~10m）的基坑围护，但近年来也应用于开挖深度20m以内的基坑其中压浆桩适用的开挖深度一般在 6m以下，在深基坑工程中， 有时与钻孔灌注桩结合，作为防水抗渗措施，见图 12-2d采用分离式、交错式排列式布桩以及双排桩时，当需要隔离地下水时，需要另行设置止水帷幕，这是排桩围护体的一个重要特 点，在这种情况下，止水帷幕防水效果的好坏，直接关系到基坑工程的成败，须认真对待非打入式排桩围护体与预制式板桩围护相比，有无噪声、无振害、无挤土等许多优点， 从而日益成为国内城区软弱地层中中等深度基坑（ 6~15m）围护的主要形式。

钻孔灌注桩排桩围护体最早在北京、广州、武汉等地使用，以后随着防渗技术的提高， 钻孔灌注桩排桩围护体适用的深度范围已逐渐被突破 如上海港汇广场基坑工程，开挖最深达15m之多，采用（［1000钻孔围护桩及两排深层搅拌桩止水的复合式围护，取得了较好的 效果此外，天津仁恒海河广场，基坑开挖深度达 17.5m，采用 柳200钻孔围护桩，并采用三轴水泥搅拌桩机设置了 枷50@650、33m深止水帷幕（止水帷幕截断第一承压含水层） ，工程也获得了很好的效果SMW （Soil Mixing Wall ）工法在日本东京大阪等软弱地层中的应用非常普遍，适应的 开挖深度已达几十米，与装配式钢结构支撑体系相结合，工效较高在引进改工法的初期， 由于该工法由于钻机深度所限（ <20m）所以 在国内应用较少1994年，同济大学会同上海基础工程有限公司把该工法首次应用于上海软弱地层 （上海环球世界广场，基坑深8.65m ,桩长18m）取得了成功的经验，随着施工机械的发展，该工法正逐渐被推广使用目前国内 施工深度可达35m左右，近期引进了日本的新设备，成墙深度可达 60m挖孔桩常用于软土层不厚的地区， 由于常用的挖孔桩桩直径较大， 在基坑开挖时往往不设支撑。

当桩下部有坚硬基岩时，常采用在挖孔桩底部加设岩石锚杆使基岩受力为一体， 这类工程实例在我国东南沿海地区也有报道压浆桩也称树根桩，其直径常 <400mm，有时也称为小口径混凝土灌注桩，它除了具有 定的强度外，还具有一定的抗渗漏能力12.2钻孔灌注排桩挡墙设计12.2.1柱体材料钻孔灌注桩采用水下混凝土浇筑，混凝土强度等级不宜低于 C20 （常取C30）,所用水泥通常为425#或525#普通硅酸盐水泥受弯受力钢筋采用 HRB335级和HRB400级，常用螺纹钢筋，螺旋箍筋常用 HPB235 钢筋，圆钢12.2.2柱体平面布置及入土深度当基坑不考虑防水（或已采取了降水措施） 时，钻孔桩可按一字形间隔排列或相切排列 对分离式排列的桩，当土质较好时，可利用桩侧 土拱”作用适当扩大桩距，桩间距最大可为2.5~3.5倍的桩径，当基坑需考虑防水时，当利用桩体作为防水墙时，如图 12-2（d）所示，桩体间需满足不渗漏水的要求当按间隔或相切排列，需另设防渗措施时，桩体净距可根据桩径、桩长、 开挖深度、垂直度，以及扩径情况来确定，一般为 100~150mm桩径和桩长应根据地质和环境条件由计算确定，常用桩径为 桁00 ~ 1000mm,当开挖深度较大、且水平支撑相对较少时，宜采用较大的桩径。

桩的入土深度需考虑围护结构的抗隆起、 抗滑移、抗倾覆及整体稳定性 其具体计算方法见本手册第5章和第6章有关内容由于排桩围护体的整体性不及壁式钢筋混凝土地下连续墙， 所以，在同等条件下，其入土深度的确定，应保障其安全度略高于壁式地下墙 在初步设计时，沿海软土地区通常取入土深度为开挖深度的 1.0~1.2倍为预估值为了减小入土深度，应尽可能减小最下道支撑（或锚撑）至开挖面的距离，增强该道支 撑（或锚撑）的刚度；充分利用时空效应，尽快及时浇筑坑底垫层作底撑；以及对桩脚与被 动侧土体进行地基加固或坑内降水固结12.2.3单排桩内力与变形计算1.柱列式排桩内力与变形分析要点柱列式挡墙虽由单个桩体并成， 但其竖向受力形式与壁式地下连续墙是类似的， 其与壁式地下连续墙的区别是，由于分离式布置的排桩之间不能传递剪力和水平向的弯矩， 所以在横向的整体性远不如地下连续墙 在设计中，一般可通过水平向的腰梁来加强桩墙的整体性目前设计计算时，一般将桩墙按抗弯刚度相等的原则等价为一定厚度的壁式地下墙进行 内力分析，仅考虑桩体竖向受力与变形，此法称之为等刚度法 [1]由于忽略腰梁给分离式桩墙带来的水平向的整体型带来的空间效应及基坑有限尺寸给墙后土体作用在桩墙上土压力带来的空间效应， 因此，按等价的壁式地下墙按平面问题进行内力计算分析与设计， 其结果是偏于安全的。

实测及计算分析表明，由于上述空间作用的影响，基坑一侧的排桩，接近图12-3桩体刚度折算基坑角部的桩体的内力与变形均显著小于中间部位桩体的内力与变形 2.计算步骤（1）计算等刚度壁式地下墙折算厚度 h设钻孔桩桩径为 D，桩净距为t,见图12-3，则单根桩应 等价为长D+t的壁式地下墙，令等价后的地下墙厚为 h,按二 者刚度相等的原则可得：1 1（D+t）h3= £4 （12-1）12 64h = 0.838 D(12-2)若采用一字相切排列，t<

具体计算步骤如下：(1)a ?fcm ?A(1-a ) f y ? As = 06根mm);。