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摘要：双排桩支护在基坑工程中的应用越来越多，但设计和计算理论还不够成熟。简要介绍了双排桩支护的计算模型，总结了双排桩支护技术的应用现状和设计要点，指出了需要进一步研究的方向，对于双排桩支护技术的研究和应用具有一定指导作用。
关键词: 双排桩;基坑;支护;应用
中图分类号：TV554.1+2 文献标识码：A
1、前言
排桩支护是近10年来发展起来的一种支护技术，近几年应用越来越多。双排桩支护在支护形式的分类上属于悬臂式支护，由于前后排桩、冠梁、连梁形成超静定的空间门架，前后排桩间土经加固后又具有重力式挡土墙的特点，能够承受比普通悬臂桩更大和更复杂的荷载，因此适用的范围和深度更大。对于受场地条件限制，不宜采用锚拉式和支撑式的基坑工程可考虑采用双排桩支护。由于城市建设的发展，越来越多的基坑工程施工受到场地条件的限制，这也促进了双排桩支护技术的应用，目前还出现了采用三排桩支护的案例。对于基坑深度较大(> l0m)或存在较厚软土层时双排桩的适用性应慎重考虑，近年来随着双排桩应用的增多，双排桩支护的设计和计算分析理论逐渐完善《建筑基坑支护技术规程》JCJ1202012对双排桩的设计、计算也作出了相应的要求，本文总结分析了双排桩支护的设计和应用，并且以南京小红山汽车客运站基坑双排桩支护结构为基础，分析双排桩支护结构形式的工作机理，探讨双排桩支护结构土压力计算模式（包括桩间土压力计算以及前、后排桩的土压力、整体计算方法）。基于有限元方法建立双排桩支护结构有限元模型，分布不同桩间距、排间距以及不同开挖阶段，双排桩的工作机理及桩的内力及变形变化，进行抗剪性能、抗弯性能分析，整体结构支护体系中连梁作用分析，同时与现场监测结果进行对比分析，计算结果可为类似工程设计提供依据。另外，在基坑工程实践中还出现双排桩+内支撑的支护形式还会出现双排桩+内支撑的支护形式，基坑深度达12.5m，属于组合支护形式。
2、双排桩支护设计
双排桩支护结构主要有前排桩、后排桩、桩顶冠梁及连梁组成，根据地质条件和截水需要，还可增设桩间加固带及截水帷幕。前后排桩可采用灌注桩或预制桩，前后排桩问距宜取2一5倍桩径，可采用前后排桩等间距布置，也可采用前排桩密布、后排桩疏布的布桩形式。为了加强前后排桩的整体稳定性，桩顶前后冠梁之问可以压顶板进行连接，压顶板板厚不宜<200 mm。桩顶连梁的刚度对支护结构受力影响较大，连梁梁高不宜<0. 8倍桩径。当开挖范围内存在软土、砂层时可采用桩间加固的力一式加固软弱土层，如搅拌桩、旋喷桩及注浆等。为了保护周边环境，截水时可在前后排桩间或后排桩外侧设计一道封闭的截水帷幕。双排桩支护的设计相对简单，主要是桩间距、连梁、嵌固深度及桩身配筋等。最常见双排桩支护设计形式如图1所示
图1 双排桩常见形式
2、双排桩支护结构受力特征分析
双排桩支护结构作为一空间组合支护结构，受力复杂，影响其支护性能的因素较多，本文利用有限元软件对双排桩支护结构体系进行分析计算。采用如表1的参数进行计算
表1 土层及桩体计算参数
层号 岩土名称 天然密度
(g/cm3) 粘聚力
c/kPa φ/° 弹性模量
E/MPa 泊松比μ
1 回填土 1.50 30.0 30.0 4 0.30
2 杂填土 1.98 18.0 14.4 4 0.34
3 强风化闪长岩 2.10 50 30 300 0.34
4 中风化闪长岩 2.52 40 38 1000 0.32
- 排桩及连系梁 2.45 - - 3000 0.25
《建筑基坑支护技术规程》JCJ120-2012仅推荐了前后排桩等间距矩形布置的计算方法，当前后排桩梅花形布置、不等间距布置时可采用规程的方法进行计算。支护结构的抗倾覆验算及整体稳定性验算理论相对成熟，可按照《型钢混凝土搅拌墙技术规程》JCJ/T199-2010方法进行验算。对于双排桩的计算模型，主要问题在于确定双排桩前后及桩间土压力分布形式，确定桩顶、桩底约束条件;根据对土压力分布及边界条件的不同假定，有不同的计算方法。目前常用的简便实用计算模型如图2所示，计算假定如下:①前排桩土抗力按照弹性支点法进行计算，与单排桩计算力一法相同;②后排桩后主动土压力基本按照朗肯土压力进行计算;③桩间土采用土的侧限约束假定，桩间土反力由土的压缩模量来确定的刚度系数来计算;④桩顶与连梁按照刚接考虑;⑤桩底按照土反力弹性支座考虑。通过计算可知，前排桩、后排桩桩顶位移量相等，且桩身最大侧移发生在桩顶处;靠近桩顶4m - 6m范围内，前排桩、后排桩的侧移量基本一致，但此点以下的后排桩桩身侧移大于前排桩，表明桩间土体受到挤压，双排桩靠前排桩、后排桩与桩间土的变形协调来传递土压力。根据前排桩、后排桩弯矩图的分析，前排桩、后排桩均受到交变应力作用，存在反弯矩点，且此点分布在基坑开挖面附近，后排桩的最大弯矩出现在桩顶。
连梁与桩顶铰结时，桩身的侧移有所增加，但只是发生在基坑开挖面以上部位，基坑开挖面以下没有变化，说明桩顶的刚性节点可以减小开挖面以上桩身的侧移;单排桩与双排桩相比，虽然桩身的总刚度相同，但桩身侧移增加很大，且分布于桩身全长范围内。连梁与桩顶铰结时桩顶弯矩为零，导致前排桩的基底以下部分桩身的弯矩值增大，偏于不安全。与单排桩相比，桩身最大弯矩减小1/3，说明双排桩门式刚架在基坑支护过程中优于单排桩，且双排桩桩顶与连梁的刚性連接优于铰结。
(1)双排支护桩是由连梁与前后排桩组成一个超静定结构，具有较大的侧向刚度，可有效地限制围护结构的侧向变形。应把桩顶与连梁做成刚性连接，以保证有效地发挥双排桩的支护效果。在基坑开挖过程中，桩问土受到挤压，桩间土与前排桩、后排桩协同作用。
(2)排距对双排桩支护结构受力影响较大，当排距为(}3一8}D之间，前后排桩可较好发挥抵抗侧向变形的能力。当排距小于3D时，桩身变形曲线有类似悬臂式单排桩的特性。当排距大于8D时，桩身变形曲线类似于拉锚式围护结构桩的特性。合理选择排距可获得较好的效果。
图2 双排桩支护截面图
3双排桩支护应用实践
目前，双排桩支护己经较多地应用于基坑工程，岩土工程者对不同地质条件及开挖深度的基坑工程进行了广泛的工程实践。在基坑底位于软土层时可采用坑内被动区土体加固增强支护结构的稳定性、减小位移。在较深的基坑工程中双排桩还可结合内支撑和锚杆联合支护。南京小红山汽车客运站位于南京市主城区北部，区域地形地貌复杂、地层类型多、变化大，工程水文地质条件复杂，场内软土、地下水发育。基坑呈不规则形状，开挖深度为10.45m-11.95m，大小约280×130m，北侧偏西一段采用桩锚形式，西北侧和南侧采用双排桩，钻孔灌注桩Φ1200@1400mm，桩间连梁厚500mm，围护结构基坑安全等级为一级。基坑周边环境复杂，南侧地下软土层分布厚度不一，并有坳沟穿越，离沪宁城际铁路较近，双排桩外侧离轨道最近24.5m，离城际铁路围墙仅2.3m，轨道对变形要求高。因此，双排桩支护结构形式的工作机理、不同开挖阶段双排桩内力、变形变化对基坑安全及稳定具有重要意义。
4基坑监测
本基坑南侧因离沪宁城际铁路较近，按安全等级为一级进行监测。通过采用现场试验及双排桩支护结构受力及变形特点分析、双排桩支护结构土压力计算模式、基于有限元的双排桩支护结构受力及变形分析以及双排桩对小红山客运站基坑及周边城际高铁的保护作用的研究，确定基坑施工过程监测的内容包括:支护结构顶部水平位移及沉降观测、支护桩监测、地下水位监测、支撑轴力测试、基坑周边构筑物沉降与位移监测。从监测成果分析来看:双排桩支护区域侧向最大位移<20 mm，在允许范围内，其余各项监测指标也均在允许范围内，说明双排桩支护结构起到了良好的支护效果。通过计算与分析，获得如下图所示的地表沉降变形，该图说明双排桩支护方式对铁轨路基处沉降变形的控制更好，沉降量相对于单排桩支护方式来说更小。而经过研究证明：
图3 不同支护方式下铁轨路基的沉降变形
1)悬臂式双排桩支护一般适用于,10m的基坑工程，对于深度> l0m的基坑应加强验算和复核，尤其是坑底以下存在软弱土层的基坑。
2)支护结构设计时前后排桩桩问距不宜过大，一般不宜>3m，应重视加强桩顶冠梁及连梁的连接及刚度，以加强支护结构的整体稳定性，改善支护结构内力分布。
3)根据前排桩抗压、后排桩抗拔的受力特征，可适当对前排桩加强。可采用前排密桩、后排疏桩的布桩形式，以及前排长桩、后排短桩的布桩形式。
4)对于存在软弱或砂层的基坑工程，可采取增设截水帷幕、桩间土加固及被动区土体加固的措施，对基坑原位土层进行处理。
5)为了更好满足较深基坑的支护，可适当降低桩顶冠梁标高，可结合上部放坡、设置平台或上部设挡墙等方式对基坑进行支护。
结束语
目前，双排桩支护理论研究还不成熟，结构计算模型有待进一步完善，已有的研究和工程实践取得了一定的成果，积累了比较丰富的经验。相比于其他方式的悬臂桩，双排桩具有良好的推广前景。（1）与单排悬臂桩相比，双排桩为钢架结构，抗侧移刚度大，内力分布优，同耗材下，桩顶位移明显小，安全可靠性、经济合理性优；（2）与支撑式结构相比，不影响基坑开挖、地下结构施工，节省设置、拆撑的工序，大大缩短工期；（3）与拉锚式支档结构相比，可避免拉锚式支档结构的缺点。如拉锚处有已建地下结构、障碍物；土层无法提供要求的锚固力；法律规定不能超出红线区域等；（4）双排桩本身施工工艺简单、不与土方交叉作业、工期短等特点，适用于场地条件特殊、作业空间小、工期紧、变形要求高等支护工程；由于具有以上优点，建筑工程、水利工程中围堰、码头、边坡治理工程，特别是建筑基坑工程应用前景非常广阔。但是雙排桩支护理论还应进一步加强研究，笔者认为以下几点应成为研究的重点;①基坑内侧土反力的分布模式及计算;②前后排桩桩间土变形及土压力的分布;③支护结构内力的分布特征;④不同布桩形式对土压力分布及支护结构内力的影响等。
参考文献:
（1）何颐华，杨斌，金宝森，等.双排护坡桩试验与计算的研究. 建筑结构学报
（2）郑刚，李欣，刘畅，等.考虑桩上相互作用的双排桩分析田.建筑结构学报
（3）吴刚，自冰，聂庆科.深基坑双排桩支护结构设计计算方法研究.岩上力学
（4）陈九鸿.双排桩在武汉1818中心深基坑支护中的应用田.施工技术，
（5）庞建国，双排桩支护及被动区土体加固对城际铁轨的保护效应，科学技术与工程，2013年第7期。
关键词: 双排桩;基坑;支护;应用
中图分类号：TV554.1+2 文献标识码：A
1、前言
排桩支护是近10年来发展起来的一种支护技术，近几年应用越来越多。双排桩支护在支护形式的分类上属于悬臂式支护，由于前后排桩、冠梁、连梁形成超静定的空间门架，前后排桩间土经加固后又具有重力式挡土墙的特点，能够承受比普通悬臂桩更大和更复杂的荷载，因此适用的范围和深度更大。对于受场地条件限制，不宜采用锚拉式和支撑式的基坑工程可考虑采用双排桩支护。由于城市建设的发展，越来越多的基坑工程施工受到场地条件的限制，这也促进了双排桩支护技术的应用，目前还出现了采用三排桩支护的案例。对于基坑深度较大(> l0m)或存在较厚软土层时双排桩的适用性应慎重考虑，近年来随着双排桩应用的增多，双排桩支护的设计和计算分析理论逐渐完善《建筑基坑支护技术规程》JCJ1202012对双排桩的设计、计算也作出了相应的要求，本文总结分析了双排桩支护的设计和应用，并且以南京小红山汽车客运站基坑双排桩支护结构为基础，分析双排桩支护结构形式的工作机理，探讨双排桩支护结构土压力计算模式（包括桩间土压力计算以及前、后排桩的土压力、整体计算方法）。基于有限元方法建立双排桩支护结构有限元模型，分布不同桩间距、排间距以及不同开挖阶段，双排桩的工作机理及桩的内力及变形变化，进行抗剪性能、抗弯性能分析，整体结构支护体系中连梁作用分析，同时与现场监测结果进行对比分析，计算结果可为类似工程设计提供依据。另外，在基坑工程实践中还出现双排桩+内支撑的支护形式还会出现双排桩+内支撑的支护形式，基坑深度达12.5m，属于组合支护形式。
2、双排桩支护设计
双排桩支护结构主要有前排桩、后排桩、桩顶冠梁及连梁组成，根据地质条件和截水需要，还可增设桩间加固带及截水帷幕。前后排桩可采用灌注桩或预制桩，前后排桩问距宜取2一5倍桩径，可采用前后排桩等间距布置，也可采用前排桩密布、后排桩疏布的布桩形式。为了加强前后排桩的整体稳定性，桩顶前后冠梁之问可以压顶板进行连接，压顶板板厚不宜<200 mm。桩顶连梁的刚度对支护结构受力影响较大，连梁梁高不宜<0. 8倍桩径。当开挖范围内存在软土、砂层时可采用桩间加固的力一式加固软弱土层，如搅拌桩、旋喷桩及注浆等。为了保护周边环境，截水时可在前后排桩间或后排桩外侧设计一道封闭的截水帷幕。双排桩支护的设计相对简单，主要是桩间距、连梁、嵌固深度及桩身配筋等。最常见双排桩支护设计形式如图1所示
图1 双排桩常见形式
2、双排桩支护结构受力特征分析
双排桩支护结构作为一空间组合支护结构，受力复杂，影响其支护性能的因素较多，本文利用有限元软件对双排桩支护结构体系进行分析计算。采用如表1的参数进行计算
表1 土层及桩体计算参数
层号 岩土名称 天然密度
(g/cm3) 粘聚力
c/kPa φ/° 弹性模量
E/MPa 泊松比μ
1 回填土 1.50 30.0 30.0 4 0.30
2 杂填土 1.98 18.0 14.4 4 0.34
3 强风化闪长岩 2.10 50 30 300 0.34
4 中风化闪长岩 2.52 40 38 1000 0.32
- 排桩及连系梁 2.45 - - 3000 0.25
《建筑基坑支护技术规程》JCJ120-2012仅推荐了前后排桩等间距矩形布置的计算方法，当前后排桩梅花形布置、不等间距布置时可采用规程的方法进行计算。支护结构的抗倾覆验算及整体稳定性验算理论相对成熟，可按照《型钢混凝土搅拌墙技术规程》JCJ/T199-2010方法进行验算。对于双排桩的计算模型，主要问题在于确定双排桩前后及桩间土压力分布形式，确定桩顶、桩底约束条件;根据对土压力分布及边界条件的不同假定，有不同的计算方法。目前常用的简便实用计算模型如图2所示，计算假定如下:①前排桩土抗力按照弹性支点法进行计算，与单排桩计算力一法相同;②后排桩后主动土压力基本按照朗肯土压力进行计算;③桩间土采用土的侧限约束假定，桩间土反力由土的压缩模量来确定的刚度系数来计算;④桩顶与连梁按照刚接考虑;⑤桩底按照土反力弹性支座考虑。通过计算可知，前排桩、后排桩桩顶位移量相等，且桩身最大侧移发生在桩顶处;靠近桩顶4m - 6m范围内，前排桩、后排桩的侧移量基本一致，但此点以下的后排桩桩身侧移大于前排桩，表明桩间土体受到挤压，双排桩靠前排桩、后排桩与桩间土的变形协调来传递土压力。根据前排桩、后排桩弯矩图的分析，前排桩、后排桩均受到交变应力作用，存在反弯矩点，且此点分布在基坑开挖面附近，后排桩的最大弯矩出现在桩顶。
连梁与桩顶铰结时，桩身的侧移有所增加，但只是发生在基坑开挖面以上部位，基坑开挖面以下没有变化，说明桩顶的刚性节点可以减小开挖面以上桩身的侧移;单排桩与双排桩相比，虽然桩身的总刚度相同，但桩身侧移增加很大，且分布于桩身全长范围内。连梁与桩顶铰结时桩顶弯矩为零，导致前排桩的基底以下部分桩身的弯矩值增大，偏于不安全。与单排桩相比，桩身最大弯矩减小1/3，说明双排桩门式刚架在基坑支护过程中优于单排桩，且双排桩桩顶与连梁的刚性連接优于铰结。
(1)双排支护桩是由连梁与前后排桩组成一个超静定结构，具有较大的侧向刚度，可有效地限制围护结构的侧向变形。应把桩顶与连梁做成刚性连接，以保证有效地发挥双排桩的支护效果。在基坑开挖过程中，桩问土受到挤压，桩间土与前排桩、后排桩协同作用。
(2)排距对双排桩支护结构受力影响较大，当排距为(}3一8}D之间，前后排桩可较好发挥抵抗侧向变形的能力。当排距小于3D时，桩身变形曲线有类似悬臂式单排桩的特性。当排距大于8D时，桩身变形曲线类似于拉锚式围护结构桩的特性。合理选择排距可获得较好的效果。
图2 双排桩支护截面图
3双排桩支护应用实践
目前，双排桩支护己经较多地应用于基坑工程，岩土工程者对不同地质条件及开挖深度的基坑工程进行了广泛的工程实践。在基坑底位于软土层时可采用坑内被动区土体加固增强支护结构的稳定性、减小位移。在较深的基坑工程中双排桩还可结合内支撑和锚杆联合支护。南京小红山汽车客运站位于南京市主城区北部，区域地形地貌复杂、地层类型多、变化大，工程水文地质条件复杂，场内软土、地下水发育。基坑呈不规则形状，开挖深度为10.45m-11.95m，大小约280×130m，北侧偏西一段采用桩锚形式，西北侧和南侧采用双排桩，钻孔灌注桩Φ1200@1400mm，桩间连梁厚500mm，围护结构基坑安全等级为一级。基坑周边环境复杂，南侧地下软土层分布厚度不一，并有坳沟穿越，离沪宁城际铁路较近，双排桩外侧离轨道最近24.5m，离城际铁路围墙仅2.3m，轨道对变形要求高。因此，双排桩支护结构形式的工作机理、不同开挖阶段双排桩内力、变形变化对基坑安全及稳定具有重要意义。
4基坑监测
本基坑南侧因离沪宁城际铁路较近，按安全等级为一级进行监测。通过采用现场试验及双排桩支护结构受力及变形特点分析、双排桩支护结构土压力计算模式、基于有限元的双排桩支护结构受力及变形分析以及双排桩对小红山客运站基坑及周边城际高铁的保护作用的研究，确定基坑施工过程监测的内容包括:支护结构顶部水平位移及沉降观测、支护桩监测、地下水位监测、支撑轴力测试、基坑周边构筑物沉降与位移监测。从监测成果分析来看:双排桩支护区域侧向最大位移<20 mm，在允许范围内，其余各项监测指标也均在允许范围内，说明双排桩支护结构起到了良好的支护效果。通过计算与分析，获得如下图所示的地表沉降变形，该图说明双排桩支护方式对铁轨路基处沉降变形的控制更好，沉降量相对于单排桩支护方式来说更小。而经过研究证明：
图3 不同支护方式下铁轨路基的沉降变形
1)悬臂式双排桩支护一般适用于,10m的基坑工程，对于深度> l0m的基坑应加强验算和复核，尤其是坑底以下存在软弱土层的基坑。
2)支护结构设计时前后排桩桩问距不宜过大，一般不宜>3m，应重视加强桩顶冠梁及连梁的连接及刚度，以加强支护结构的整体稳定性，改善支护结构内力分布。
3)根据前排桩抗压、后排桩抗拔的受力特征，可适当对前排桩加强。可采用前排密桩、后排疏桩的布桩形式，以及前排长桩、后排短桩的布桩形式。
4)对于存在软弱或砂层的基坑工程，可采取增设截水帷幕、桩间土加固及被动区土体加固的措施，对基坑原位土层进行处理。
5)为了更好满足较深基坑的支护，可适当降低桩顶冠梁标高，可结合上部放坡、设置平台或上部设挡墙等方式对基坑进行支护。
结束语
目前，双排桩支护理论研究还不成熟，结构计算模型有待进一步完善，已有的研究和工程实践取得了一定的成果，积累了比较丰富的经验。相比于其他方式的悬臂桩，双排桩具有良好的推广前景。（1）与单排悬臂桩相比，双排桩为钢架结构，抗侧移刚度大，内力分布优，同耗材下，桩顶位移明显小，安全可靠性、经济合理性优；（2）与支撑式结构相比，不影响基坑开挖、地下结构施工，节省设置、拆撑的工序，大大缩短工期；（3）与拉锚式支档结构相比，可避免拉锚式支档结构的缺点。如拉锚处有已建地下结构、障碍物；土层无法提供要求的锚固力；法律规定不能超出红线区域等；（4）双排桩本身施工工艺简单、不与土方交叉作业、工期短等特点，适用于场地条件特殊、作业空间小、工期紧、变形要求高等支护工程；由于具有以上优点，建筑工程、水利工程中围堰、码头、边坡治理工程，特别是建筑基坑工程应用前景非常广阔。但是雙排桩支护理论还应进一步加强研究，笔者认为以下几点应成为研究的重点;①基坑内侧土反力的分布模式及计算;②前后排桩桩间土变形及土压力的分布;③支护结构内力的分布特征;④不同布桩形式对土压力分布及支护结构内力的影响等。
参考文献:
（1）何颐华，杨斌，金宝森，等.双排护坡桩试验与计算的研究. 建筑结构学报
（2）郑刚，李欣，刘畅，等.考虑桩上相互作用的双排桩分析田.建筑结构学报
（3）吴刚，自冰，聂庆科.深基坑双排桩支护结构设计计算方法研究.岩上力学
（4）陈九鸿.双排桩在武汉1818中心深基坑支护中的应用田.施工技术，
（5）庞建国，双排桩支护及被动区土体加固对城际铁轨的保护效应，科学技术与工程，2013年第7期。