PHC管樁在基坑支護(hù)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(xué), 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(hù)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(qiáng)。近幾年大量的工程實(shí)例表明PHC管樁在基坑支護(hù)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(shí)例，探討了PHC管樁在基坑支護(hù)工程中的應(yīng)用。

　　高強(qiáng)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(qiáng); 運(yùn)輸快捷; 施工文明, 現(xiàn)場整潔等優(yōu)點(diǎn), 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(hù)在建筑物的施工過程中是一項(xiàng)非常重要的工作, 它直接關(guān)系到建筑物的安全和使用。當(dāng)前在基坑支護(hù)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(jìn)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(hù)結(jié)構(gòu)方案, 以確?；?FONT face=Verdana>支護(hù)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(hù)工程中是近幾年才由一些學(xué)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(hù)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(hù)樁的受力性能和擠土效應(yīng)等作出探討, 并結(jié)合工程實(shí)例介紹PHC 管樁在基坑支護(hù)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(hù)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(dāng)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(dá)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。可按照土壓力理論, 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(dá)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(hù)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(hù)工程中發(fā)揮的是其抗彎性能。PHC 管樁樁身混凝土強(qiáng)度較高(強(qiáng)度不得低于C80) , 再加上使用了高強(qiáng)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(shí)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(qiáng)度設(shè)計值; Ρp 0 為預(yù)應(yīng)力鋼筋合力點(diǎn)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?jǐn)D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?jǐn)D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(yán)重的損害。管樁的壓入對樁周土產(chǎn)生強(qiáng)烈的擠壓、剪切擾動。打樁的強(qiáng)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(hù)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(qiáng)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(qiáng)度有關(guān), 土層強(qiáng)度越低影響范圍越大。

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　　將管樁作為支護(hù)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(jìn)土可達(dá)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(hù)中的應(yīng)用實(shí)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(qiáng)風(fēng)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(bǔ)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(hù)設(shè)計

　　該基坑中除AB段和DE段分別采用鉆孔灌注支護(hù)排樁加角撐時的支護(hù)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(hù)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(hù)，可提高工效；故采用靜壓管樁聯(lián)合噴錨網(wǎng)支護(hù)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(qiáng)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(qiáng)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。基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)剖面圖如圖4 所示。

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　　4. 4　基坑支護(hù)施工

　　壓樁施工前樁位測放要準(zhǔn)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(qiáng)支護(hù)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(hù)管樁伸入冠梁300 mm , 以上梁混凝土強(qiáng)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(shí), 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(yán)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(qiáng)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(qiáng)度等級為C20 。

　　土方分層、分段開挖, 錨桿施工跟隨進(jìn)行。每層土方開挖深度為該層錨桿下方0. 2～ 0. 3m, 嚴(yán)禁超挖, 每段開挖長度為25～ 35 m, 待此段支護(hù)施工完成后, 才可進(jìn)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(hù)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(diǎn), 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(zhǔn)確支護(hù)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(hù)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(hù)對控制支護(hù)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(hù)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(hù)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(yán)禁超挖。開挖后盡快進(jìn)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(hù)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(xiàn)

　　[1] 　吳步青. 預(yù)應(yīng)力管樁在基坑開挖中的受力特 性及有限元分析[J ]. 結(jié)構(gòu)工程師, 2005, 3 (21).

　　[2] 　黃廣龍, 李　勇, 宰金珉, 等. 預(yù)應(yīng)力混凝土管樁在深基坑支護(hù)工程中的應(yīng)用研究[J ]. 建筑施工, 2005, 27 (4).

　　[3] 　高大釗, 趙春風(fēng), 徐　斌. 樁基礎(chǔ)的設(shè)計方法與施工技術(shù)[M]。北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1999。