软土地基中不等距双排桩护岸结构计算分析

软土地基中不等距双排桩护岸结构计算分析

贾杰赵蕾

广东珠荣工程设计有限公司

摘要：广东省沿海地区河道整治、堤防加固等项目中常遇到软土地基，由于征占地条件受限，常采用直立式桩基护岸结构，当地基条件较差，单排桩不能满足设计要求时常考虑采用不等距双排桩，本文以广东省某河涌堤岸整治为例，阐述了理正深基坑软件在软土地基不等距双排桩护岸结构计算中的应用。

关键词：软土地基不等距双排桩

1工程概况

工程位于广东省东莞市，河涌两岸均为工业用地，现状河涌两岸为钢板桩+钢管对撑临时支护，使用寿命有限，与周边环境极不协调，整治需求迫切。河涌整治的目的是增强河涌防洪排涝作用，通过改善水环境，提升滨海湾新区的城市品质，改善区域的投资环境，将为滨海区域的发展带来新的机遇。河涌整治防洪标准为50年一遇，排涝标准达到20年一遇24小时暴雨不成灾，堤防级别为2级。工程主要建设内容包括清淤及抛石挤淤780m、新建堤岸1560m、新建穿堤涵10座等。

2地质资料

工程区地形平坦，一级堤身地面高程为1.25～3.37m（85国家高程，下同），二级堤身地面高程为4.20～6.47m，个别区域略有起伏。河涌现状河底高程约为-0.21～-0.54m，现状河道河口宽度为10~12m，河道岸线现状相对顺直。

工程区处于地质构造稳定性相对较为稳定区域，工程区地震动峰值加速度为0.10g，相应的地震基本烈度为Ⅶ度。

工程区内为珠江三角洲淤积和冲积平原地貌，主要被第四系填土层和冲积层覆盖。沿线地层主要为人工填土、第四系冲积层和风化岩组成。各土层岩土物理力学性质指标详见下表。

3堤岸结构设计

1）临水侧设第一排灌注桩，为C35钢筋砼灌注桩，桩径Φ1000mm，桩距1.1m，桩顶标高为1.3m，桩长10.9~17.4m，灌注桩桩底高程进入粘土层不小于2.5m；灌注桩背水侧桩间设Φ600mm高压旋喷桩以防止桩间漏土，与灌注桩中心距为0.3m，桩距1.1m，旋喷桩必须穿透软土层，进入花斑粘土层不小于0.5m。

2）在第一排灌注桩背水侧设第二排灌注桩，为C35钢筋砼灌注桩，桩径Φ1000mm，桩距5.5m，排距3.1m，桩顶标高为1.3，桩长14.2~17.3m，灌注桩桩底高程进入粘土层不小于2.5m。

3）两排灌注桩桩顶设C35钢筋砼承台，承台顶高程为2.0m，总宽4.4m，采用板梁结构，前排桩桩顶冠梁宽1.3m，高1.2m，后排桩桩顶冠梁宽1.2m，高1.2m，冠梁之间连接板厚0.3m；承台保证各桩形成整体体系的同时也为附近居民提供了亲水的空间，承台表面铺花岗岩火烧板厚30mm，临水侧设仿木栏杆，确保行人安全。

4）河床表层设2m厚抛石挤淤层，有效厚度1.4m，增强灌注桩临水侧土体被动土压力，同时为日常管理中清淤疏浚提供依据，避免超挖而危及堤岸安全

5）承台与堤顶之间1:3放坡连接，堤顶宽6m，其中堤顶路面宽5m，绿化带宽1m，堤顶采用C30砼路面结构，厚240mm，下设6%水泥稳定基层厚200mm。

4堤防结构内力及变形分析

4.1基本资料

本工程堤岸结构采用灌注桩+抛石方案，采用理正深基坑支护结构设计软件（单机版）计算灌注桩内力及变形，根据工程地质纵剖面，选取最不利钻孔位置进行计算。

地基土分层及埋深采用《工程地质勘察报告》中地勘成果，各土层岩土物理力学性质指标详见表1。

4.2施工工序

根据本工程堤岸结构及地质条件特征，施工工序对结构计算影响较大，应合理安排施工工序，计算时，应分阶段与各施工阶段相对应。

工程施工工序为：灌注桩施工→旋喷桩施工→清基及土方开挖→承台及挂板施工→淤泥开挖→抛石挤淤→钢板桩支护拆除→堤身填筑→其它附属工程。

为防止钢板桩支护拆除对浇筑的灌注桩造成受力破坏或桩顶产生过大位移，灌注桩之间的临时支撑钢管间距不得超过8m，且钢板桩拔桩必须在分段抛石挤淤完成之后进行，因此钢板桩的拆除需分段分部进行。现状钢管对撑间距4m，先拆除一根钢管对撑，然后进行分段长度（≤8m）的清淤，并跟进抛石挤淤施工，然后才能拔除该分段内的钢板桩支撑，上述工序逐段逐步进行。

4.3计算方法及过程

桩基结构计算一般采用理正深基坑支护结构设计软件，该软件可以计算单排桩情况，也可以计算等间距双排桩情况。本工程采用双排桩结构，但是前后排桩间距不同，前排桩间距1.1m，后排桩间距5.5m，无法直接利用软件进行计算。为了便于计算，本工程将后排桩作用简化为前排桩桩顶的水平集中力来考虑，经计算，后排灌注桩单桩水平承载力为141kN，间距为5.5m，相当于每根前排桩桩顶施加25kN的水平集中力。简化后即可将堤岸结构简化为单排桩计算模型，直接利用理正深基坑支护结构设计软件进行计算。

本工程地质条件较差，为优化桩基护岸结构受力变形条件，在河底设2m厚抛石挤淤层，增强桩前被动土压力，减小桩身内力及变形。考虑到块石体为散体状，计算时可将其有效厚度适当折减，确保安全。利用理正深基坑支护结构设计软件计算时，在“土层信息选项卡”中，“坑内加固土”选项选择“是”，将抛石挤淤层的重度、内摩擦角、粘聚力等信息填入下部“人工加固土”行，计算时即可考虑桩前抛石挤淤的加固作用，且效果显著。

根据施工工序，本次计算分两个施工阶段计算桩基内力及变形情况。第一阶段灌注桩施工完成，拆除1根现状钢管对撑，钢管对撑间距由4m变为8m，挖除8m范围内桩前淤泥，抛石挤淤未施工，本阶段堤后考虑20kPa均布施工荷载，计算时，以8m范围为计算单元，需考虑两侧钢管对撑的作用；第二阶段施工8m范围内抛石挤淤，继续拆除下1根钢管对撑，按照同样的工序进行施工，本阶段堤后考虑20kPa均布施工荷载，计算时，以8m范围为计算单元，由于一侧钢管对撑已经拆除，故不得考虑钢管对撑的作用。

两个阶段的桩基内力及变形情况详见下图，图中蓝色线为弹性法土压力成果，红色为经典法土压力成果，一般选用弹性法。

灌注桩完工，临时支撑间距8m，抛石挤淤未施工

4.4计算成果及桩型选定

根据理正深基坑支护结构设计软件计算成果，桩顶位移、最大弯矩、最大剪力的最大值分别为38.84mm、774.28kN•m、346.06kN。根据国家建筑标准设计图集10SG813《钢筋混凝土灌注桩》，选定D1000的G型C35砼灌注桩（受剪承载力设计值624kN，受弯承载力设计值922kN•m）可满足内力需要。根据《水工混凝土设计规范》，悬臂结构允许挠度为桩长的1/250，桩长10.9~17.4m，故最大允许位移为44~70mm，满足设计需要。

5结语

1）不等距双排桩护岸结构计算时，将后排桩作用简化为作用在前排桩桩顶的水平集中荷载，荷载的大小根据单桩水平承载力确定，这样可以将不等距双排桩护岸结构计算简化为单排桩计算模型，便于计算。

2）在软土地基中采用桩基结构时，桩前土体的加固对于改善桩基内力及变形条件的效果显著，且理正深基坑支护结构设计软件可以很方便的将其作为“人工加固土”考虑到计算当中。

3）对于软土地基中的桩基护岸结构计算，应当充分考虑其施工过程及工序，根据不同施工阶段对应的不同施工荷载拟定相应的计算工况，确保计算成果的合理性与可靠性。

参考文献

[1]卢廷浩，土力学（第二版），河海大学出版社，2004.

[2]建筑桩基技术规范（JGJ94-2008），中国建筑工业出版社，2008.

[3]余志成等，深基坑支护设计与施工，中国建筑工业出版社，2002.