尚晓田 王泽龙
浙江惠川水利工程技术有限公司 浙江 杭州 310000
在项目建设中，深基坑支护施工占据重要地位，对支护体系刚度和施工质量的要求都非常严格，如果支护体系刚度不足或是出现质量缺陷，可能引发基坑支护结构变形或是垮塌等事故，从而对深基坑施工进度和施工安全造成巨大负面影响，双排桩支护体系具备刚性和抗弯性优越等应用优势，将其合理应用于深基坑支护施工，能够防止深基坑支护结构变形问题的出现，由于当前的水利工程规模越来越大，在水利工程深基坑支护施工中应用双排桩支护施工技术是很有必要的。
双排桩支护技术首次出现于20世纪80年代，其核心内容是将两排平行的钻孔灌注桩设置在地基中，这种前后排桩可以依照多种不同的形式开展施工，比如较为常见的梅花桩以及长方形桩。完成灌注桩施工之后，利用刚性连梁将两排灌注桩进行有效的连接，使得灌注桩呈现出了门字形的结构特征。在具体的施工过程中因为基坑中所包含的不同因素的影响，以及施工现场条件的影响，使得在具体的施工过程中无法将内支撑以及土钉锚杆等相关结构进行有效的实施，在采用单排桩的过程中又无法应对基坑所产生的变形等其他影响，所以选择了双排桩进行支护能够实现较好的支护效果。
如果施工现场的地基地质情况较差，那么可能在基坑深度到达某一临界点时基坑所受到的变形压力就会逐渐升高。传统的施工技术所采用的单排桩无法承受这种基坑变形所带来的影响，但采用双排桩之后都有效改善了基坑的支护水平。同时因为双排支护结构本身具备的永久性特征，使得在进行混凝土灌注时所呈现出的灌注桩数量较多，使得工程的成本造价高于单排桩，通过总结双排中的主要特点包含以下几点：
首先，前后排桩能在支付过程中承担不同的压力，前排桩承担的来自土压力，而后排桩在承担土压力的同时还承担了击掌以及拉锚作用。其次，双排支护结构所组成的空间形式，使其能够应对在动态变化的载荷施加过程中所呈现出的自我调节能力，使得支护体系的刚度得到了有效的增强。最后，双排桩支护结构建立在土拱效应的原理之上，使其在具备较好的支护能力同时对土侧压力的分布产生了一定的改变作用[1]。
在基坑支护施工过程中较为常用的支护结构包含拉锚式，支撑式，悬臂桩等不同的类型，通过对比，双排式支护结构具备以下优势：
在使用单排悬臂桩支护结构是为了能够有效地保证企业发挥作用，在施工过程中需要将其嵌入的深度较深，悬臂桩在受到土压力的作用后，悬臂桩结构会受到桩身变形以及顶坑位移的影响。相比较单排桩双排桩在承受基坑深度变化的影响中其承受能力更高，不需要对其进行支撑和锚杆便能够发挥较好的抵抗位移和变形的能力。
单排悬臂桩结构在面对较为复杂的情况如不能够对载荷进行有效的估计时，其结构内力不能够得到有效的调整。双排桩改善了这种结构使其具备应对不同载荷条件下自我调整结构内力的能力。
单排中对基坑稳定性所产生的影响主要来自单排桩可能会出现滑裂面，而双排桩在结构上解决了产生这种问题的可能性，后排桩所产生的阻挡作用使得基坑的稳定性得到了进一步加强。
相比较支撑式支护结构双排桩因为不需要支撑，所以免去了拆除支撑以及设计支撑的烦琐工序，在基坑内进行开发或其他施工流程是不会受到支撑的影响使得工期大大缩短。特别是面对基坑深度较浅，基坑面积较小的基坑时，采用双排支护结构所产生的造价远远低于支撑式支护结构。
从实用性角度来讲如果基坑的深度符合标准，但是在基坑施工所对应的工期造价以及施工条件存在不足的情况下，悬臂式双排桩结构其适用性更好。
首先，相比较锚拉式支撑结构，采用双排桩支护结构能够解决锚拉式结构所存在的缺点，其主要体现在锚杆对于已经存在的地下结构或障碍物无法进行有效穿越。其次，在针对特殊地形采用锚杆施工企业施工风险会显著提高，如果锚杆施工所对应的土层不能够满足企业施工条件就无法实现有效的锚固力性能。最后，是某些区域地方性法规对于支护结构有着清晰的要求，最重要的要求是支护结构不得超出用地红线，这是选择双排桩支护结构的重要原因之一[2]。
双排桩支护结构其具备大量的应用优势但仍然存在一些缺点和应用难点，需要通过技术改进来克服这些问题：
当前国内在开展基坑施工时所采用的双排桩及深度通常较低，但是在国外较为先进的双排桩应用过程中已经出现了深度较深的双排桩技术。在试验和引进这些技术的过程中发现该技术的操作性难度较高，对于终身设计时所采用的计算方法不能够满足工程正常使用，无法在较大的范围内使用这种宽深较大的双排桩技术。我国当前所使用的双排桩技术间距通常以8倍桩进为主，在计算分析的过程中可以选择锚拉结构计算方法。但是在具体的应用过程中，国外学者认为这种双排结构不应当依照单一结构进行分析，需要采用复合分析的方法对两排桩以及中间填土进行分析计算，当桩体承受外部载荷时板桩墙和填土应当被看作是独立的两种外力载荷来源，要对这两种外力载荷进行单独的考量以及互相产生的影响。分析计算结果应当显示出两者共同作用的状态下，双排桩所产生的抵御侧向负载能力的水平[3]。
在进行土压力计算时依照传统的朗肯土压力或库仑土压力计算方式所获得的结果往往超过预期，但对钢筋进行实测的过程中其应力占比却呈现出较小的结果。这使得具体施工中出现了较为严重的钢筋浪费现象，更换计算方法后获得了较为统一的结果，但是当前总体的计算原理以及分析能力仍然有待提高。
在进行桩体位置排序的确定过程中，可以依据双排桩结构自身的布局特点，确定排距和桩距的数值的过程中，因为无法通过有效的计算公式来进行计算，使得这种施工过程缺乏相应的理论依据。
针对存在竖向锚索的双排桩支护结构仍然存在较大的应用理论支持，相比较当前使用较为广泛的悬臂式双排桩这种竖向的锚索双排桩支护结构能够更好地控制变形水平。但是针对双排桩的研究过程中，对于复合型双排桩制度结构的研究内容和理论依据仍然较少，特别是针对复合式双排桩土压力如何有效分配仍然需要更多的研究[4]。
4.1 工程简述
某围垦工程位于某城市入海口东岸，围垦面积总量约为8973210km2，该建筑的主要内容包含通航建筑物以及扩海堤和水闸。这些建筑物的建筑等级均为一级。该工程包含的北闸拥有10孔×8m以及6孔×8m+16m的水闸各一座[5]。
4.1.1 施工环境。该工程围堰与陆地相邻4km，施工现场的施工环境较为特殊主要包含以下特点：首先在开展了试验施工时，其施工环境位于海上受到海上气候环境因素的影响使得月度开工时间只有20d，围堰所属的地基为软地基，地基的主要形态为超过50m的淤泥土质，这种组织对于地基工程施工有着非常重要的影响。整个围堰施工周期可能会经历不低于三个台风期，为了保证围堰的安全需要对围堰进行科学有效的结构设计以保证围堰能够度过汛期。围堰处在施工区内孤岛与陆地距离较远所以整体施工环境较为恶劣。
4.1.2 地质条件。该围垦工程所包含的北闸施工区域处于江口地带，该地带的地质基础结构属于沉积形态，主要以砂性土以及粉粒土为主。因为泥流层的存在使得地基的含水量较高，具备较为丰富的孔隙，同时因为下层包含了深度较大的软土地基，使得整个地基呈现出较为明显的流塑性和压缩性[6]。
4.2 围堰布置
该工程的北闸围堰设计为环形设置，其基坑面积约为150km2，轴线长度为1634m。
主体结构的主要组成形式为浮置式双排钢板桩结构，通过两个土石围堰来对围堰两端和后期海堤进行连接。在进行钢板桩设置时其间隔设置为38m，通过一条横隔钢板桩使得围堰形成了多个不同的隔舱。该结构的钢板桩墙所采用的材料为U型冷弯钢板柱。钢板桩墙间距为12m内排顶高程为6.600m外排顶高程为7.400m。钢板桩墙外侧包含了抛石镇压平台，平台顶高程为-0.500m。在进行钢板桩设置的过程中采用了拉杆对腰梁和钢板桩连接方式，整体施工流程包含了地基施工，钢板桩施工镇压层以及舱内填土等4个施工流程，需要对施工流程进行质量控制同时，保证其质量符合施工设计要求。在完成围堰施工之后对围堰进行了抽水试验，结果显示围堰的渗漏水平处于合理范围内，其腰梁和桩体所受到的外力作用符合施工设计要求，通过竣工验收可以投入使用。
围堰工程的整体施工周期为15个月，与利用传统施工技术所建设的围堰施工周期相比较大大缩短了施工总周期，这使得工程的整体效益得到了良好的提升。该工程在投入使用后虽然经过了多个不同的台风汛期，但整体建筑结构的功能得到了有效的发挥没有出现渗漏现象，使得水闸的整体防汛能力得到了良好的体现[7]。
4.3 关键技术
该围垦工程中所包含的围堰施工是施工内容的重点项目，该施工内容因为其地基水平以及施工环境较差具备较高的难度。具体的施工过程中工程所涉及的淤泥地基具备较差的承载能力在进行钢板打桩时存在较大的困难，特别是工程位于孤岛之中在进行围堰时具备较高的安全风险，应当针对这些难点和重点问题进行必要的研究以保证围堰建设过程中的整体安全。本工程中采用的双排桩技术具有较高的技术性，因此必须对各环节进行严格技术要点控制，以下为各环节施工技术要点[8]。
4.3.1 吹砂换填加固技术。在进行钢板桩围堰施工时所面对的深淤泥地基本身具备较差的承载能力以及较高的含水量，因此在对这种地基进行改良的过程中是通过回填的方法来降低液体的结构受力水平，使得液体自身的垂直度得到了有效的保障。通过对淤泥地基的挖掘来置换具备较好强度的中粗砂，使得地基的承载能力得到了有效的改善，提供了承载能力的同时降低了变形的概率。通过对该工程的分析和研究表明该工厂的地基铁环厚度超过了5m，回填区域距离双排桩底部的距离为3m距离顶部桩体为6m。该工程的地基换填技术主要集中在海水下方开展施工，施工过程中所涉及的淤泥挖掘以及回淤问题是主要技术难点，为了攻克该技术难点主要采用了以下方法：首先是基础开发过程所选用的挖掘方式为分层挖掘，每层挖掘深度不超过两米发掘层数设定为三层。在进行置换时为了避免机槽出现淤泥回淤现象，在基础完成断面开挖过程之后对其进行了回填工作，回填材料包含粗填和细填两个步骤[9]。
4.3.2 仓内平台法。该工程的双排钢板桩围堰施工在施工的过程中面临着孤岛施工，同时距离陆地较远，施工环境恶劣的问题。特别是涉及多项海上施工过程容易受到环境因素影响，大多数海上钢板桩施工所选择的设备为船吊震动锤，这种设置在船上的机械设备企业高度无法与地面高度相比，但是所能够涉及的作业范围比陆地范围更大。然而受到距离陆地较远一些孤岛施工等物理因素的影响使得施工过程中的材料运输产生了较大的阻碍，同时施工过程中风浪对施工作业的精度产生了明显的影响。如何有效的控制作业导向是施工过程中的重要难点。为了解决这些问题本案里所选用的钢板桩施工技术为仓内平台打设方案。通过在双排钢板桩墙之间设置临时的平台使得机械设备以及作业人员能够在该平台上开展施工。该平台所选用的固定长度周转模式使得完成施工作业之后，能够对其进行拆除以及重复利用。在具体的设计过程中还要考虑到施工材料的堆积以及人员设备带来的载荷所产生的影响，与此同时，还要考虑到在出现海上恶劣天气时所带来的震动和竖向沉降影响。在进行平台立柱桩和联系梁施工的过程中，立柱桩所选用的材料为无缝钢管，地柱桩设定的一次性打车平台长度大约为120m。并采用防滑钢板来作为各平台面板。完成后的钢板桩作业平台能够有效地抵御风浪对企业带来的影响，同时使得钢板桩施工过程的精度水平得到了有效的控制。利用该平台进行施工能够有效地保证施工人员的人身安全，也提升了施工作业效率[10]。
4.3.3 梳齿槽导截流合龙技术。在进行海上钢板桩围堰施工的过程中龙口合龙是重要的施工内容，必须要在一个固定的时间内完成施工内容。然而本工程所涉及的基坑规模较为庞大，在进行龙口合拢时基坑内的对位于海面的潮汐变化无法形成有效的统一，这使得龙口内外侧的流速呈现出了较大的增长趋势。加之高水投带来的影响使得钢板桩的打设工作受到了一定程度的抑制。同时环境的变化会使得龙口地基受到淘刷的影响，使得钢板桩的入土深度受到抑制。所以最终采用了钢板桩围堰导截流方法来降低对工程施工进度的影响。该施工内容主要是在围堰龙口两侧设置相应的导流措施，使得龙口合龙之前能够有效地对导流段进行切割，保证其水平与内外侧钢板桩的平均潮位保持统一。该结构有上下两个部分组成，通过可开钢板桩上部，实现导流段钢板桩墙形成梳齿槽过流通道，具体的施工能够包含以下步骤：首先，要对围堰的龙口宽度以及位置进行确定，并在该位置上设置合龙仓，同时保证合龙仓两边存在导流仓。其次，在打车过程中要保证在导流舱内进行必要的回填作业流程，并进行腰梁和拉杆的安桩过程。依照导流仓钢板桩墙以不低于一根的顺序进行钢板桩的设置，保证在具体的高程位置进行导流仓的切割设置工作，在进行钢板桩上部结构和导流仓切割后，隔开钢板桩下部构件。通过该施工流程使得导流仓钢板桩墙具备梳齿槽过流通道[11]。
4.3.4 钢板桩墙合龙连接技术。钢板桩围堰施工本身的设计方式为环式结构，通过钢板桩合龙完成最后的操作。但是考虑到围堰的轴线长度以及施工过程中不可避免的误差，使得最后合拢过程中的宽度与单根钢板中的宽度产生不符的问题。为了解决这个问题，当前采用的主要办法是通过使用异型钢板桩依据合同宽度来制定异型钢板桩的宽度，通过该尺寸进行定制并运送到施工现场进行焊接来完成解决方案。但是从工厂运输到施工现场会受到周期影响以及施工环境可能对异型钢板桩产生的误差，导致施工质量以及成本上升的问题。考虑到本围堰工程属于滨海大面积圈围，这种类型会受到潮汐变换的影响使得龙口处的水位差形成对龙口进行不断地冲刷，导致龙口围堰出现安全问题，对龙口合龙质量产生影响。为了解决该问题，施工方选择了新型的钢板桩墙合龙技术，该技术的主要施工流程包含以下几点：首先，在进行钢板桩打设过程中选择了依次打设的方式，其目标是保证剩余龙口宽度低于两倍钢板桩宽度，同时在打车的过程中对钢板桩墙的角度进行了一定程度的调整，使得龙口两侧钢板桩墙间距与两倍钢板桩宽度保持统一。其次，在龙口两侧设置合龙桩和尾桩，并保持两桩依照小角度进行旋转，同时保持两桩处于背靠背方向。最后，提起合龙桩和尾桩依照50cm的间距打设螺栓孔，通过螺栓进行连接，将合龙桩和尾桩进行组合形成异型钢板桩。通过打设使得该异型钢板桩至设计高程。然后在合龙桩和尾桩下游设置钢管桩，同时将钢板桩和钢管桩周边进行填充。必要时可以采用沙袋进行辅助[12]。
4.5 工程效益分析
本次案例所涉及的围垦工程的北闸围堰选择了双排钢板桩施工技术，这是当前在同类工程项目中较少使用的技术。在具体的文件施工时解决了围堰地基承载能力不足以及钢板桩打设难度较高的问题，同时在面对孤岛施工过程中所出现的合龙风险，解决了钢板桩围堰合龙桩锁扣合难度较大的难题；
通过采用吹沙换田技术，解决了淤泥地基承载力不足的问题，有效地提高了地基的稳定性；
通过在仓内平台法施工解决了恶劣环境下钢板桩打设难度较高的问题，工程施工中所设置的梳齿槽有效降低了孤岛式钢板围堰合龙技术的风险；
通过改善合龙连接技术解决了合龙桩锁扣扣合难题。总之，综合运用上述技术，使得该工程在投入使用后获得了较好的施工效果，将该工程的功能得到有效的发挥[13]。
以上文章的核心重点是探讨双排桩在水利工程深基坑支护施工中的具体应用，文章以对双排桩体系的分析为入手点展开论述，继而比较全面细致地探讨了双排桩体系的优缺点及其存在的问题，并以某实际水利项目为参考，深入研究双排桩施工技术在水利工程中的具体实施，同时梳理了双排桩施工技术的应用效果，希望能成为同类施工的参考依据。
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