PHC管樁在基坑支護工程中的應(yīng)用研究

(1. 廣東省高教建筑規(guī)劃設(shè)計院, 廣東510631; 2. 武漢理工大學, 武漢430070)

　　摘要: 　PHC 管樁是一種在工程中應(yīng)用得越來越多的樁型, 但其在基坑支護工程中卻應(yīng)用得較少 , 這主要是由于PHC 管樁的樁身抗彎能力不強。近幾年大量的工程實例表明PHC管樁在基坑支護工程中的應(yīng)用是可行的，而且有助于提高施工效率，并有很好的環(huán)境效應(yīng)，結(jié)合具體的工程實例，探討了PHC管樁在基坑支護工程中的應(yīng)用。

　　高強度預(yù)應(yīng)力混凝土管樁(簡稱PHC 管樁) 以其單樁承載力高; 樁身耐打, 穿透力強; 運輸快捷; 施工文明, 現(xiàn)場整潔等優(yōu)點, 已經(jīng)在國內(nèi)外很多地區(qū)和工程中得到廣泛的應(yīng)用。

　　基坑支護在建筑物的施工過程中是一項非常重要的工作, 它直接關(guān)系到建筑物的安全和使用。當前在基坑支護過程中普遍存在以下難題: (1) 基坑的開挖深度不斷增大, 施工難度也逐漸增大, 這主要是由于建筑物越建越高的緣故; (2) 建筑物周圍的環(huán)境很復(fù)雜。因此, 在對基坑進行設(shè)計和施工時, 就必須選擇技術(shù)可行、造價合理的支護結(jié)構(gòu)方案, 以確?；?FONT face=Verdana>支護體系有足夠的可靠性和安全度。

　　將PHC 管樁應(yīng)用于基坑支護工程中是近幾年才由一些學者提出來的, 并已經(jīng)在武漢等很多城市中得到了應(yīng)用。理論研究和工程應(yīng)用都表明, PHC吊裝方管樁作為承壓樁是可行的, 那么它能否作為受彎樁便, 接樁以承受水平向荷載呢? 經(jīng)過近幾年P(guān)HC 管樁的工程應(yīng)用和理論研究, 我們可以得出PHC 管樁在適宜件下作為支護結(jié)構(gòu)是完全可行的, 采用PHC 管樁對提高施工效率和縮短工期非常有利, 同時又有很好的環(huán)境效應(yīng)。本文將就PHC 管樁作為基坑支護樁的受力性能和擠土效應(yīng)等作出探討, 并結(jié)合工程實例介紹PHC 管樁在基坑支護工程中的應(yīng)用情況。

1　PHC 管樁在側(cè)向土體作用下的受力性能

　　在基坑開挖的過程中, 支護樁側(cè)土體將會發(fā)生位移, 并對樁體施加側(cè)向作用力?；娱_挖前, 坑底土體尚未移動, 樁在樁周土體的初始應(yīng)力作用下處于平衡狀態(tài), 如圖1 (a) 所示; 當基坑開挖時, 樁周土應(yīng)力逐漸發(fā)生變化, 同時使樁產(chǎn)生撓曲和內(nèi)力, 達到新的平衡狀態(tài), 如圖1 (b)。在開挖過程中, 樁周土體按照移動情況可分為穩(wěn)定層和不穩(wěn)定層, 滑動面介于這2 層之間?？砂凑胀翂毫碚? 將不穩(wěn)定土層中承受土體側(cè)向位移的上部樁段稱為“被動”部分; 而穩(wěn)定土層中的下部樁段受到上部樁段傳來的荷載, 這與樁頭直接承受水平荷載的樁類似, 稱之為“主動”部分。在這一過程中, 樁周土可能達到極限狀態(tài)并產(chǎn)生極限土壓力。

　　基坑開挖后, 坑內(nèi)土體卸除, 土體的側(cè)向位移由2 部分組成: Δ= Δ1+ Δ2。其中, Δ1 為原狀土體側(cè)向卸荷后產(chǎn)生的側(cè)向變形; Δ2 則為重塑區(qū)土體卸荷后產(chǎn)生的回彈變形。由于土體側(cè)向變形量相對較大, 這對管樁的變形控制不利, 因此有必要采取設(shè)置內(nèi)支撐或拉錨的措施以控制管樁的位移和減少樁身的彎矩。

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2　PHC 管樁的抗彎性能

　　用作基坑支護的PHC 管樁主要承受水平向側(cè)壓力, 在水平向荷載作用下樁身撓曲, 因此支護工程中發(fā)揮的是其抗彎性能。PHC 管樁樁身混凝土強度較高(強度不得低于C80) , 再加上使用了高強度、低松弛率的預(yù)應(yīng)力鋼筋使樁身具有較高的有效預(yù)壓力(4～ 10 N �2) , 因此PHC 管樁具有較大的抗彎和抗拉能力。但PHC 管樁為空心管形截面, 其抗彎剛度較實心樁要小, 故在水平荷載作用下易發(fā)生撓曲。工程應(yīng)用表明, 對于樁周側(cè)向土體壓力不是很大時, PHC 管樁都能較好的工作。

　　PHC 管樁的彎矩設(shè)計值可按沿周邊均勻配筋的環(huán)形截面(見圖2) 抗彎承載力計算。其計算式如下

　　式中, A 為環(huán)形截面面積; Ap 為全部縱向預(yù)應(yīng)力鋼筋的截面面積; f py 、f ′py 為預(yù)應(yīng)力鋼筋的抗拉、抗壓強度設(shè)計值; Ρp 0 為預(yù)應(yīng)力鋼筋合力點處混凝土法向應(yīng)力等于零時的預(yù)應(yīng)力鋼筋應(yīng)力; Α為縱向受拉鋼t筋截面面積與全部縱向鋼筋截面面積的比值, Α1t = -1.5Α。

3　管樁的擠土效應(yīng)問題

　　樁按照成樁對環(huán)境的影響可分為3 類: 擠土樁、部分擠土樁和非擠土樁。閉口管樁屬于擠土樁, 而開口管樁屬于部分擠土樁。管樁成樁時的擠土效應(yīng)是非常明顯的, 周圍土體受到樁體的擠壓作用, 土中超孔隙水壓力增長, 土體發(fā)生隆起, 對周圍環(huán)境造成嚴重的損害。管樁的壓入對樁周土產(chǎn)生強烈的擠壓、剪切擾動。打樁的強烈擾動將導(dǎo)致樁周土產(chǎn)生重塑區(qū), 對于打入樁, 重塑區(qū)范圍為離樁表面約0. 5d (d 為樁徑)。管樁作為支護樁時, 為密排線狀排列, 樁間間隔一般為20～ 30 cm , 壓樁時土體以向基坑內(nèi)外兩側(cè)位移為主, 在樁軸線內(nèi)外一倍樁徑范圍內(nèi)土體強烈擾動, 隨著距離增加土體擾動逐漸減少。其影響范圍還與土層強度有關(guān), 土層強度越低影響范圍越大。

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　　將管樁作為支護樁時, 一般采用單節(jié)樁, 其長度為10～ 15 m , 入土深度較小, 土體以側(cè)向擠壓為主, 施工時若不使用樁尖, 進土可達到樁長的2�5, 從而大大減小擠土效應(yīng), 地表隆起不明顯。

4　PHC 管樁在基坑支護中的應(yīng)用實例

　　4. 1　工程概況

　　武漢市大唐新都二期工程由3 棟高層(1 棟24 層、1 棟22 層和1 棟20 層), 及1 棟3 層的商場組成, 二期建筑用地面積為7 581 m 2, 建筑面積為39 987  m 2, 設(shè)有一層地下室。場地北側(cè)毗鄰大唐新都大樓 (一期), 南側(cè)靠近唐家墩水果批發(fā)市場。擬建場地原為2～ 3 層民宅, 經(jīng)拆除后場地平坦。

　　4. 2　場地地質(zhì)條件

　　本場地內(nèi)土層條件較差, 基坑開挖深度范圍內(nèi)有深厚軟土層。場地地貌屬長江沖積一級階地。地基巖土自上而下劃分4 個單元層: 第①單元層為地表人工填土、淤泥; 第②單元層為第四系全新統(tǒng)沖積沉積的一般粘性土、淤泥質(zhì)粘性土; 第③單元層為第四系全新統(tǒng)沖積沉積的砂土層; 第④單元為強風化巖層。

　　場地內(nèi)分布有2 種地下水, 一是上層滯水, 賦存于近地表第①層人工雜填土層中, 無統(tǒng)一地下水位, 接受大氣降水和生活用水滲透補給; 二是屬孔隙承壓水, 賦存于第③層砂性土中, 與長江水系有密切聯(lián)系。

　　4. 3 支護設(shè)計

　　該基坑中除AB段和DE段分別采用鉆孔灌注支護排樁加角撐時的支護外，其它邊坡段由于開挖范圍內(nèi)的土層較差，單純錨桿支護在軟土層效果不良，必須增加超前加固措施，選擇增加一排預(yù)應(yīng)力靜壓管樁聯(lián)合噴錨網(wǎng)支護，可提高工效；故采用靜壓管樁聯(lián)合噴錨網(wǎng)支護形式；為確保整個基坑的安全，降低地下水對基坑的不利影響，沿整個基坑范圍設(shè)置深層攪拌樁的增強加固體。管樁的布置形式如圖3所示。

　　選用<500 預(yù)應(yīng)力靜壓管樁, 樁身混凝土強度為C80, 型號為PHC2AB 2500, 壁厚為12. 5mm 。PHC 管樁間距為1. 0m 或0. 8m, 樁頂位于地表下2. 10 m, 樁長11. 0m, 為單樁壓入, 不允許有接頭?；又ёo結(jié)構(gòu)剖面圖如圖4 所示。

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　　4. 4　基坑支護施工

　　壓樁施工前樁位測放要準確, 樁位水平誤差小于20 mm , 施工誤差小于50 mm , 累計誤差不超過70mm , 垂直度偏差小于1% , 高程誤差控制在±20 mm 以內(nèi)。樁頂設(shè)置冠梁, 加強支護結(jié)構(gòu)的整體性。冠梁 頂面與自然地面齊平, 冠梁截面設(shè)計為寬×高: 700 mm ×500 mm , 支護管樁伸入冠梁300 mm , 以上梁混凝土強度采用C30 。在冠梁混凝土灌注施工時, 同時將PHC 管樁內(nèi)徑注滿填實, 以提高樁本身的抗剪能力。

　　深層攪拌水泥土樁樁徑500 mm , 咬合長度150 mm , 樁頂埋深與自然地面持平, 樁長12. 0m; 水泥采用32.5 普硅水泥, 水泥摻量50 kg/ m; 水泥土樁施工采用深層攪拌漿噴工藝, 樁體全長范圍復(fù)攪, 嚴格控制水泥摻入量; 軸線誤差應(yīng)小于10 mm , 樁位偏差小于20 mm , 樁體垂直偏差不超過1% ; 樁長誤差小于20 mm , 樁徑不應(yīng)小于500 mm 。

　　錨桿拉筋采用<48 鋼管注漿錨桿, 網(wǎng)筋采用<6. 5� 級鋼和16# 鋼板網(wǎng); 錨桿孔采用全長注漿, 注漿壓力為0. 4～ 0. 6M Pa, 注漿材料為32. 5 普硅水泥純水泥漿, 水灰比為0. 4～ 0. 5, 注漿應(yīng)飽滿; 錨桿與鋼筋網(wǎng)焊接處用加強筋, 要求焊接牢固; 噴射混凝土采用32. 5 普硅水泥、中粗砂、5～ 15 mm 石材料, 混凝土強度等級為C20 。

　　土方分層、分段開挖, 錨桿施工跟隨進行。每層土方開挖深度為該層錨桿下方0. 2～ 0. 3m, 嚴禁超挖, 每段開挖長度為25～ 35 m, 待此段支護施工完成后, 才可進行臨近段邊坡的土方開挖; 開挖后及時用噴射混凝土封閉暴露坡面。土方開挖過程中在每層坡腳以外0. 5m 設(shè)臨時排水溝, 對坑內(nèi)積水, 采用集水井抽水引排。

　　4. 5　基坑檢測

　　基坑在開挖過程中, 經(jīng)常監(jiān)測周圍土體及建筑物的動態(tài)變化, 如果發(fā)現(xiàn)問題就及時調(diào)整方案, 并采取有效措施以確保支護結(jié)構(gòu)及鄰近建筑物的安全。在坡頂每20～ 40 m 設(shè)一監(jiān)測點, 觀測土體位移, 并在坡頂關(guān)鍵位置布置若干測斜儀, 及時獲取準確支護結(jié)構(gòu)及邊坡土體深層面的位移變化。監(jiān)測結(jié)果顯示基坑開挖到底時支護樁最大位移和圈梁頂最大位移均在容許的變形范圍內(nèi), 可見采用預(yù)應(yīng)力錨桿和PHC 管樁聯(lián)合支護對控制支護結(jié)構(gòu)的變形效果顯著, 周邊道路和已建房屋沒有出現(xiàn)任何損壞現(xiàn)象。

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5　結(jié)　語

 　　(1) PHC 管樁在適宜條件下用作基坑支護樁是可行的, 但應(yīng)該使用單節(jié)樁, 而不要使用接樁。采用PHC 管樁作為支護樁對提高施工效率和縮短工期工作。

　?。?）基坑開挖時應(yīng)該是分層分段開挖，嚴禁超挖。開挖后盡快進行錨桿施工，并及時用噴射混凝土封閉暴露坡面。另外在基坑開挖過程中還應(yīng)做好排水工作。

　　(3) 為控制支護結(jié)構(gòu)的變形, 減少樁身所受彎矩, 可與內(nèi)支撐和拉錨結(jié)合使用。同時為減少壓樁的擠土效應(yīng), 樁底可不設(shè)樁尖。

　　參考文獻

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