預(yù)應(yīng)力管樁在基坑支護(hù)工程中的設(shè)計與施工

陶勇

(四川省川建勘察設(shè)計院，四川 成都 610000)

1.前言

基坑支護(hù)工程是高層建筑基礎(chǔ)工程中的重要技術(shù)之一。近年來，在基坑支護(hù)工程中，由于預(yù)應(yīng)力管樁具有樁身質(zhì)量穩(wěn)定、力學(xué)性能好、施工效率高等優(yōu)點而在工程中得到越來越多的應(yīng)用。為了拓展預(yù)應(yīng)力管樁的應(yīng)用范圍，本文將其使用引入深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)中，做了一種很好的嘗試。

2.工程概況及地質(zhì)條件

某建筑地上12層，地下1層，采用框剪結(jié)構(gòu)，基坑開挖深度4.0米。由于工程地處人口稠密的舊城區(qū)，毗鄰交通主干道，基坑開挖對周圍環(huán)境的影響受到嚴(yán)格限制，要求支護(hù)結(jié)構(gòu)能有效控制周邊變形和確保交通干道周圍民宅的安全。該場地土層自上而下為上部由素填土、粉質(zhì)粘土、淤泥組成。其素填土屬新近回填，密實度差，強(qiáng)度低；粉質(zhì)粘土分布均勻有一定強(qiáng)度，淤泥為流塑，厚度大，強(qiáng)度低。中部由粘質(zhì)粉土，淤質(zhì)土，含礫粘土，含泥中砂，泥質(zhì)卵礫石、卵礫石、含礫細(xì)砂等組成，粘質(zhì)粉土軟硬塑、淤質(zhì)土流塑、工程性能差，含礫粘土、含泥中砂，厚度薄，有一定強(qiáng)度，泥質(zhì)卵礫石，卵礫石、含礫細(xì)砂只是相變原因呈透鏡體分布，下部由殘積土，強(qiáng)風(fēng)化、中等風(fēng)化巖組成。此三層是由花崗巖風(fēng)化而成，其特點是硬——堅硬、強(qiáng)度高，各土層厚度及物理力學(xué)指標(biāo)見表1。

表1 基坑工程地質(zhì)參數(shù)

3.基坑支護(hù)設(shè)計計算

本工程采用排樁加內(nèi)支撐支護(hù)體系，基坑周圍附加地面荷載按15kPa。圍護(hù)樁采用φ500@900排樁，原設(shè)計為沉管灌注樁，由于沉管灌注樁施工周期長，樁身質(zhì)量較難保證，后經(jīng)論證改用φ500預(yù)應(yīng)力管樁，樁長12m，圍護(hù)預(yù)應(yīng)力管樁頂端嵌入鎖口梁，支護(hù)結(jié)構(gòu)平面布置見圖1。

采用上海同濟(jì)啟明星科技發(fā)展有限公司研制的深基坑支擋結(jié)構(gòu)分析計算軟件FRWS2006進(jìn)行計算，計算簡圖如圖2，內(nèi)力計算結(jié)果如圖3。由計算結(jié)果可知，計算寬度取0.9m，每根支護(hù)樁承受最大彎矩值為135kN·m，計算支護(hù)最大水平位移為11.8mm。

鎖口梁按多跨連續(xù)梁進(jìn)行計算，通過計算確定截面尺寸為700×700，每邊配置5φ25鋼筋。圍護(hù)結(jié)構(gòu)支撐布置必須確保傳力和變形協(xié)調(diào)，保證整個支護(hù)體系的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、剛度與穩(wěn)定。支撐結(jié)構(gòu)通常采用多次超靜定結(jié)構(gòu)形式，其目的即使局部構(gòu)件失效也不導(dǎo)致整個支撐結(jié)構(gòu)體系的失穩(wěn)。鎖口梁與支撐結(jié)構(gòu)體系由現(xiàn)澆鋼筋混凝土拉梁、斜梁及鋼管支承樁組成。

采用預(yù)應(yīng)力管樁作為支護(hù)樁設(shè)計時應(yīng)注意以下幾個問題：

圖1 支護(hù)結(jié)構(gòu)平面布置簡圖

圖2 支護(hù)結(jié)構(gòu)計算簡圖

圖3 支護(hù)樁內(nèi)力計算結(jié)果

(1)由于支護(hù)樁以承受彎矩為主，設(shè)計預(yù)應(yīng)力管樁選型時應(yīng)選擇樁身抵抗彎矩值較高的樁型，比如AB型、B型樁；(2)由于基坑開挖深度范圍主要土層為淤泥，若管樁樁端在淤泥層中，豎向承載力很低，勢必造成支護(hù)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較大的豎向變形，對整個支護(hù)結(jié)構(gòu)將產(chǎn)生不良的影響。為此，確定支護(hù)樁嵌固深度時應(yīng)將預(yù)應(yīng)力管樁的樁端落在較好的土層面 (本工程如粘質(zhì)粉土層)上，保證支護(hù)結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定；(3)由于預(yù)應(yīng)力管樁對水平位移比較敏感，應(yīng)嚴(yán)格控制支護(hù)結(jié)構(gòu)的水平位移，最大位移值不宜超過20mm。為減少水平位移量，支護(hù)結(jié)構(gòu)宜選擇內(nèi)支撐體系，不宜采用懸壁型體系。

4.預(yù)應(yīng)力管樁選型

預(yù)應(yīng)力管樁是使用高強(qiáng)度低松馳率的預(yù)應(yīng)力鋼筋使樁身具有較高的有效壓力，因此預(yù)應(yīng)力管樁具有較好的抗彎和抗拉能力，管樁的彎矩設(shè)計值可按沿周邊均勻配筋的環(huán)形截面抗彎承載力計算，即上式中若混凝土和鋼筋采用強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行計算，則可得預(yù)應(yīng)力管樁的極限彎矩值Mak，使用預(yù)應(yīng)力混凝土管樁標(biāo)準(zhǔn)圖集可省去管樁環(huán)形截面抗彎承載力的繁復(fù)計算。因為預(yù)應(yīng)力管樁標(biāo)準(zhǔn)圖集中已經(jīng)提供經(jīng)計算好的各型號管樁的彎矩設(shè)計值和極限彎矩值，設(shè)計人員使用起來非常方便。

根據(jù)計算求得的預(yù)應(yīng)力管樁內(nèi)力，從省建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計《先張法預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)混凝土管樁》標(biāo)準(zhǔn)圖集中選用PHC500-100B型管樁，管樁外徑φ500，壁厚 100，混凝土等級 C80，樁長 12m，預(yù)應(yīng)力鋼筋數(shù)量及直徑為14φ10.7，其彎矩設(shè)計值為144kN·m，極限彎矩值為258kN?m，從上述計算中求得的預(yù)應(yīng)力管樁承受的最大彎矩值Mmax=135<144kN·m，滿足設(shè)計要求。

5.管樁支護(hù)施工

本工程樁基礎(chǔ)采用預(yù)應(yīng)力管樁，施工時用一臺YZY-680全液壓靜力壓樁機(jī)施工，當(dāng)工程樁施工完畢后，開始支護(hù)樁施工。支護(hù)樁壓樁施工時應(yīng)注意以下幾個問題：

(1)壓樁時應(yīng)嚴(yán)格控制樁頂標(biāo)高一致，便于鎖口梁施工；

(2)由于管樁施工擠土效應(yīng)明顯，且支護(hù)樁間距小，為避免因擠樁產(chǎn)生樁身質(zhì)量事故，壓樁時應(yīng)嚴(yán)格跳打施工；

(3)為避免支護(hù)樁未達(dá)持力層使支護(hù)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較大的豎向沉降，施工時應(yīng)將支護(hù)樁壓至較好的持力層，地質(zhì)情況變化時可適當(dāng)增加樁長。

(4)由于預(yù)應(yīng)力管樁的接頭剛度較差，支護(hù)樁施工時應(yīng)以單節(jié)樁為宜，避免接樁。

6.結(jié)束語

(1)預(yù)應(yīng)力管樁樁身質(zhì)量可靠，混凝土強(qiáng)度高，具有一定的抗彎能力，在不超過管樁能承受的允許彎矩值時，作為支護(hù)排樁是完全可行的。

(2)使用預(yù)應(yīng)力管樁作支護(hù)時，應(yīng)選用樁身抵抗彎矩值較高的樁型。確定支護(hù)樁嵌固深度時，應(yīng)注意使支護(hù)樁樁端進(jìn)入較好持力層。

(3)采用預(yù)應(yīng)力管樁對提高施工效率和縮短工期非常有利，同時對施工環(huán)境也無污染。施工時應(yīng)嚴(yán)格控制樁頂標(biāo)高一致，并采用跳打施工。

(4)內(nèi)支撐式支護(hù)結(jié)構(gòu)整體性好，剛度高，大大增強(qiáng)預(yù)應(yīng)力管樁的抗彎能力，基坑位移容易控制，被設(shè)計人員樂于采用。

[1]徐醒華.高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力混凝土管樁設(shè)計和施工中的若干技術(shù)問題[J].廣東土木與建筑，2004.01期.

[3]葛鵬.佴小彬預(yù)應(yīng)力砼管樁支護(hù)體系的設(shè)計與施工地質(zhì)學(xué)刊.2010，01期.