PRC管樁在基坑支護(hù)工程中的應(yīng)用

常玉軍，劉 毅，張吉慶，邵海波

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PRC管樁在基坑支護(hù)工程中的應(yīng)用

常玉軍，劉 毅，張吉慶，邵海波

(青島瑞源工程集團(tuán)有限公司，山東 青島 266555)

青島龍湖D2地塊基坑支護(hù)工程中，支護(hù)樁對(duì)應(yīng)土層為素填土、粗砂、粉質(zhì)粘土。采用PRC-I 600AB110單節(jié)預(yù)應(yīng)力管樁作為支護(hù)樁，樁徑600 mm，樁長(zhǎng)分別為7 m和8 m，樁端進(jìn)入粉質(zhì)粘土地層約3 m深。該樁剛度大，施工速度快?；娱_(kāi)挖后，坡頂?shù)孛嫖闯霈F(xiàn)明顯裂縫和沉降。基坑經(jīng)過(guò)監(jiān)測(cè)，水平、豎向位移等監(jiān)測(cè)項(xiàng)目均在允許位移范圍內(nèi)，滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。

PRC管樁;基坑支護(hù);支護(hù)樁；基坑監(jiān)測(cè)

0 引言

日本是世界上應(yīng)用預(yù)制管樁最先進(jìn)的國(guó)家。其中PHC管樁早在20世紀(jì)70年代初就誕生在日本，并且在今后的實(shí)際工程中被廣泛應(yīng)用。管樁有很多類(lèi)型，主要有PC管樁(預(yù)應(yīng)力混凝土管樁)、PTC管樁(預(yù)應(yīng)力混凝土薄壁管樁)、PHC管樁(高強(qiáng)度預(yù)應(yīng)力混凝土管樁)、 SC管樁(鋼管混凝土樁)、AG管樁(竹節(jié)管樁)等。其主要承受豎向作用力，具有單樁承載力高、造價(jià)低、施工速度快、不污染周?chē)h(huán)境等優(yōu)點(diǎn)，所以被普遍當(dāng)作工程樁，應(yīng)用在樁基工程中。而在基坑支護(hù)工程中，支護(hù)樁主要承受周?chē)馏w的水平作用力，這就要求樁身有足夠的抗彎、抗剪能力。如何將傳統(tǒng)管樁的優(yōu)點(diǎn)應(yīng)用在支護(hù)工程中，同時(shí)克服自身抗彎性能不足的缺點(diǎn)，成為一項(xiàng)極具實(shí)用價(jià)值的研究。

青島龍湖D2地塊基坑支護(hù)工程中采用了新型管樁——PRC管樁(混合配筋預(yù)應(yīng)力混凝土管樁)作為支護(hù)樁。PRC管樁的鋼筋用高強(qiáng)度、低松弛率的預(yù)應(yīng)力鋼筋和非預(yù)應(yīng)力鋼筋混合配置，樁身采用高強(qiáng)度混凝土。從而使其具有了較大的水平抗彎、抗拉能力，其延性和抗震性也有所提高。PRC管樁具有施工速度快、單樁承載力高、穿透力強(qiáng)、施工場(chǎng)地清潔、對(duì)周邊環(huán)境影響較小的優(yōu)點(diǎn)。PRC管樁也存在一定的局限性。送樁時(shí)，一般采用錘擊或靜壓的方式，在對(duì)噪聲有限制要求的居民區(qū)，不應(yīng)采用錘擊方式送樁；PRC管樁與鋼管樁相比，價(jià)格優(yōu)勢(shì)不明顯；另外PRC管樁對(duì)地質(zhì)條件要求較高，不適合應(yīng)用在含有大塊石的雜填土、堅(jiān)硬土層和風(fēng)化巖等地質(zhì)條件下，其支護(hù)深度一般不大(此工程中最深處為5.3 m)。

1 工程概況

青島龍湖D2地塊基坑支護(hù)工程場(chǎng)區(qū)位于青島市青銀高速東側(cè)的安樂(lè)村。北側(cè)為源頭河，西邊臨近青銀高速沿線(xiàn)，南邊靠近云頭崮水庫(kù)北岸?；娱_(kāi)挖深度4～5.3 m，支護(hù)長(zhǎng)度約390 m，基坑安全等級(jí)為二級(jí)，使用年限為12個(gè)月。

2 工程地質(zhì)條件

工程場(chǎng)地南部為山前沖洪積地貌，北部為干涸河流，地形起伏較大。地層分為素填土、粗砂、粉質(zhì)粘土、礫砂、粉質(zhì)粘土、花崗巖風(fēng)化帶。

(1)素填土：黃褐色,松散—稍密,稍濕,主要以粘性土為主，頂部含大量植物根系。場(chǎng)區(qū)普遍分布，揭露厚度1.50～11.60 m,平均5.26 m。該層成分復(fù)雜，工程性質(zhì)不穩(wěn)定。

(2)粗砂：黃色，松散，濕—飽和，磨圓度一般，級(jí)配較好。局部含有少量粘性土。場(chǎng)區(qū)北部分布，揭露厚度0.90～4.10 m,平均1.90 m。

(3)粉質(zhì)粘土：黃褐色,可塑—硬塑,含有少量粗砂，局部含有30%左右粗砂。場(chǎng)區(qū)局部分布，揭露厚度0.50～5.90 m,平均2.60 m。

(4)礫砂：黃褐色，松散—稍密，飽和，土質(zhì)不均勻，磨圓度一般，級(jí)配較好。局部含有少量粘性土。場(chǎng)區(qū)普遍分布，揭露厚度0.50～6.00 m,平均2.26 m。

(5)粉質(zhì)粘土：褐黃色,可塑—硬塑,含有少量粗砂，局部含有30%左右粗砂。場(chǎng)區(qū)普遍分布，揭露厚度0.70～7.90 m,平均3.35 m;局部未穿透。

(6)強(qiáng)風(fēng)化花崗巖：黃褐—肉紅色,粗粒結(jié)構(gòu),塊狀構(gòu)造，裂隙極發(fā)育,組織結(jié)構(gòu)大部分破壞,但尚可辨識(shí),長(zhǎng)石已風(fēng)化成次生礦物,手搓呈砂土狀，干鉆不易進(jìn)尺。場(chǎng)區(qū)普遍分布，揭露厚度0.40～5.70 m,平均1.52 m;局部未穿透。巖體完整程度極破碎，巖石強(qiáng)度等級(jí)Ⅴ級(jí)。

(7)中風(fēng)化粗?；◢弾r：肉紅色,粗粒結(jié)構(gòu),塊狀構(gòu)造，裂隙較發(fā)育,巖心采取率>80%，干鉆不進(jìn)尺。該層局部揭露，且未穿透，最大揭露厚度6.00 m。巖體完整程度較破碎，巖石強(qiáng)度等級(jí)Ⅳ級(jí)。

擬建場(chǎng)區(qū)屬較穩(wěn)定地塊，無(wú)滑坡、泥石流等不良地質(zhì)作用，無(wú)活動(dòng)斷裂。

3 支護(hù)方案設(shè)計(jì)

基坑北側(cè)現(xiàn)狀標(biāo)高低于基坑標(biāo)高，故無(wú)需支護(hù)。第二支護(hù)單元(2-2剖面)緊鄰擬建15、9、11、20號(hào)樓，距離2～5 m，不具備放坡條件。因開(kāi)挖土層為粉質(zhì)粘土和礫砂，開(kāi)挖深度4～5.3 m，土釘墻和微型樁支護(hù)方案水平位移控制差，不應(yīng)采取，可選用樁錨支護(hù)方案。第三支護(hù)單元(3-3剖面)距離擬建房屋較遠(yuǎn)，開(kāi)挖深度4～5 m，采用土釘墻支護(hù)。場(chǎng)區(qū)內(nèi)地下水采用坑內(nèi)集水明排方式處理。

根據(jù)基坑開(kāi)挖深度、工程地質(zhì)條件及周邊環(huán)境特點(diǎn)，本工程支護(hù)形式采用天然放坡+土釘墻+排樁支護(hù)體系，分為3個(gè)支護(hù)單元(見(jiàn)圖1)：

(1)第一支護(hù)單元(1-1剖面)為AB、CD、GH、FF′段，采用天然放坡支護(hù)方案，長(zhǎng)度236.70 m;

(2)第二支護(hù)單元(2-2剖面)為BC、DE、FG、HI段，采用樁錨支護(hù)方案(見(jiàn)圖2)，支護(hù)長(zhǎng)度58.20 m；

(3)第三支護(hù)單元(3-3剖面)為EF'段，采用土釘墻支護(hù)方案，支護(hù)長(zhǎng)度91.60 m。

4 PRC管樁設(shè)計(jì)

第二支護(hù)單元(2-2剖面)采用樁錨支護(hù)，開(kāi)挖深度淺，坡頂位移要求嚴(yán)，施工工期要求緊。設(shè)計(jì)采用單節(jié)PRC預(yù)制管樁作為支護(hù)樁，長(zhǎng)度為7 m和8 m。主要考慮此樁長(zhǎng)不需接樁，且無(wú)養(yǎng)護(hù)期，施工速度快；支護(hù)樁對(duì)應(yīng)土層為素填土、粗砂、粉質(zhì)粘土，土層條件適宜；支護(hù)單元長(zhǎng)度短，僅為58.20 m；附近住宅樓設(shè)計(jì)采用PHC管樁作為樁基礎(chǔ)，考慮節(jié)省成本，利用同一臺(tái)夯錘樁機(jī)，先施工PRC支護(hù)樁，再施工PHC樁基礎(chǔ)。

圖1 基坑支護(hù)單元?jiǎng)澐謭D

圖2 樁錨支護(hù)剖面圖

青島地區(qū)抗震設(shè)防烈度為6度，設(shè)計(jì)地震分組為第三組，設(shè)計(jì)基本地震加速度值為0.05g。場(chǎng)地類(lèi)別為Ⅱ類(lèi)建筑場(chǎng)地，擬建建筑物抗震設(shè)防類(lèi)別為丙類(lèi)，設(shè)計(jì)特征周期為0.45 s。PRC管樁彌補(bǔ)了普通管樁的缺點(diǎn)，具有較大的水平抗彎、抗拉能力，其延性和抗震性也有所提高。

根據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50011—2010)第4.3.2條中的相關(guān)規(guī)定和野外鉆探結(jié)果，無(wú)可液化土層，無(wú)需進(jìn)行液化判別。

應(yīng)用理正深基坑軟件進(jìn)行計(jì)算，結(jié)構(gòu)計(jì)算各工況如圖3所示，內(nèi)力位移包絡(luò)圖如圖4所示，地表沉降圖如圖5所示。內(nèi)力取值見(jiàn)表1。

表1 內(nèi)力取值表

根據(jù)計(jì)算結(jié)果，選用的PRC管樁參數(shù)為： PRC-I 600AB110單節(jié)預(yù)制管樁，水平間距1 m。其外徑600 mm，壁厚110 mm，預(yù)應(yīng)力筋中心所在圓直徑506 mm，預(yù)應(yīng)力鋼筋16?10.7，非預(yù)應(yīng)力筋16?12，極限彎矩檢驗(yàn)值532 kN·m，彎矩設(shè)計(jì)值434 kN·m，抗剪承載力設(shè)計(jì)值314 kN。

錨桿參數(shù)為：錨索類(lèi)型1?S15.2，自由段長(zhǎng)度6.0 m，錨固段長(zhǎng)度6.0 m，水平間距2.0 m，豎向間距2.0 m，入射角20°，預(yù)應(yīng)力90 kN。

5 PRC管樁施工步驟

施工準(zhǔn)備工作→場(chǎng)地整平→測(cè)量放線(xiàn)→標(biāo)記樁位→樁機(jī)就位→吊樁→控制垂直度→沉樁→挖樁頭→檢查驗(yàn)收。

6 主要技術(shù)措施

6.1 抵抗側(cè)向壓力

基坑內(nèi)土體開(kāi)挖后，周?chē)馏w會(huì)對(duì)支護(hù)樁產(chǎn)生側(cè)向壓力。PRC管樁中間為空心管，截面呈圓環(huán)形。這樣的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使它的抗彎剛度要比實(shí)心樁小，在樁外側(cè)土壓力的作用下易發(fā)生撓曲。為防止變形過(guò)大，坡頂設(shè)置冠梁600 mm×800 mm，中間設(shè)置一層腰梁。錨桿為1根鋼絞線(xiàn)，長(zhǎng)度12 m，其中錨固段長(zhǎng)度6 m。腰梁兩側(cè)采用18a型鋼固定錨桿。在管內(nèi)灌滿(mǎn)混凝土，增強(qiáng)樁身強(qiáng)度。通過(guò)以上措施，減小了樁身彎矩和管樁位移，防止了傾覆破壞。

6.2 密排線(xiàn)狀排列布置

圖3 結(jié)構(gòu)計(jì)算工況圖

圖4 內(nèi)力位移包絡(luò)圖

圖5 地表沉降圖

支護(hù)樁采用密排線(xiàn)狀排列布置(見(jiàn)圖6)。PRC管樁作為管樁的一種，屬于部分?jǐn)D土樁。這與傳統(tǒng)的支護(hù)樁有所區(qū)別，壓樁時(shí)土體主要向基坑內(nèi)外兩側(cè)偏移。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，土體在樁軸線(xiàn)內(nèi)外600 mm(即1倍樁徑)范圍內(nèi)擾動(dòng)大，距離越遠(yuǎn)，土體擾動(dòng)影響越小。因場(chǎng)地離周?chē)ㄖ镙^遠(yuǎn)，本次排樁施工時(shí)(單排支護(hù)管樁)，未設(shè)置減壓孔，打樁方向?yàn)閺囊欢讼蛄硪欢诉M(jìn)行跳打施工。雖樁周?chē)型馏w隆起現(xiàn)象，但并沒(méi)有對(duì)周邊建筑物造成明顯的影響。

圖6 管樁線(xiàn)狀排列圖

6.3 采用單節(jié)樁

因基坑垂直支護(hù)段開(kāi)挖4～5.3 m深，所以支護(hù)樁采用單節(jié)樁，其長(zhǎng)度為7 m和8 m，樁端進(jìn)入粉質(zhì)粘土地層約3 m深。樁身過(guò)長(zhǎng)會(huì)造成管樁制作、運(yùn)輸及施工等諸多不便。作為支護(hù)樁，一旦接樁，接樁截面需承受較大的剪力，應(yīng)對(duì)接樁處進(jìn)行嚴(yán)格的結(jié)構(gòu)及構(gòu)造措施設(shè)計(jì)，施工時(shí)也更加復(fù)雜。本工程支護(hù)樁全部采用單節(jié)樁，沒(méi)有養(yǎng)護(hù)期，加快了施工進(jìn)度。

6.4 管樁內(nèi)插入鋼筋籠

為增強(qiáng)冠梁與支護(hù)樁的整體性，在PRC管樁內(nèi)插入鋼筋籠，使其錨固在冠梁內(nèi)，一并澆筑混凝土。這樣提高了支護(hù)樁與冠梁接觸面的抗剪力。施工完成后，未發(fā)現(xiàn)冠梁與支護(hù)樁接觸面處的剪切破壞現(xiàn)象，見(jiàn)圖7。

圖7 施工完成的現(xiàn)場(chǎng)圖

7 基坑監(jiān)測(cè)

樁錨支護(hù)段施工時(shí)間為2016年3月10日至4月12日，樁錨支護(hù)BC、DE、FG、HI段對(duì)應(yīng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的點(diǎn)號(hào)為H4、H5、H8、H12(見(jiàn)圖8)。截止到2016年5月27日(第17次基坑沉降觀(guān)測(cè))發(fā)現(xiàn)基坑監(jiān)測(cè)點(diǎn)的水平累計(jì)位移：H4為8.84 mm，H5為9.51 mm，H8為8.23 mm，H12為9.36 mm。各監(jiān)測(cè)點(diǎn)水平位移變化正常?；颖O(jiān)測(cè)點(diǎn)沉降累計(jì)位移見(jiàn)圖9，最大沉降累計(jì)位移5.7 mm。基坑監(jiān)測(cè)點(diǎn)沉降變化均小于2 mm/d，變化正常，各控制點(diǎn)均穩(wěn)定。從基坑周邊巡查結(jié)果看，基坑周邊無(wú)裂縫出現(xiàn)，且無(wú)流砂、管涌、塌方現(xiàn)象。綜合分析，基坑及周邊監(jiān)測(cè)點(diǎn)沉降變化不大，變化比較正常，基坑處于安全可控狀態(tài)。

圖8 基坑監(jiān)測(cè)布置圖

圖9 基坑豎向位移圖

8 結(jié)語(yǔ)

(1)在開(kāi)挖深度4～5.3 m，土層為素填土、粗砂、粉質(zhì)粘土的條件下，采用型號(hào)PRC-I 600AB110、水平間距1 m的PRC單節(jié)預(yù)制樁作為支護(hù)樁，支護(hù)效果良好。采用錘擊沉樁的方式，無(wú)需養(yǎng)護(hù)期，施工速度快。

(2)PRC管樁作為支護(hù)樁滿(mǎn)足青島龍湖D2地塊基坑支護(hù)工程的設(shè)計(jì)要求?；蛹爸苓呌^(guān)測(cè)點(diǎn)沉降變化較正常，基坑處于安全可控狀態(tài)，擴(kuò)大了預(yù)應(yīng)力樁的適用范圍。從安全可靠性和經(jīng)濟(jì)環(huán)保性來(lái)說(shuō)，新型管樁適用于一般工業(yè)與民用建筑的基坑支護(hù)(支護(hù)深度較淺)，PRC管樁應(yīng)在適宜地質(zhì)的基坑支護(hù)工程中得到推廣。

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Application of PRC Pipe Pile in Foundation Pit Support Engineering/

CHANGYu-jun,LIUYi,ZHANGJi-qing,SHAOHai-bo

(Qingdao Ruiyuan Engineering Group Co., Ltd., Qingdao Shandong 266555, China )

In the foundation pit support engineering in Longhu of Qingdao, the retaining piles are set in soil layers of plain fill, coarse sand and silty clay. PRC-I 600AB110 single pre-stressed pipe pile, with high stiffness, was adopted as retaining pile, the pile diameter is 600mm, pile length are 7m and 8m respectively. After the excavation, no obvious cracks and subsidence appear in the ground at the top slope. The monitoring results show that the horizontal and vertical displacements of the foundation pit are within the allowable ranges, the construction has met the design requirements.

PRC pipe pile; foundation pit support; retaining pile; foundation pit monitoring

2016-11-25；

2017-03-14

常玉軍，男，漢族，1968年生，高級(jí)工程師，總工程師，探礦工程專(zhuān)業(yè)，碩士，山東省青島市黃島區(qū)珠江路1557號(hào)，changyujun_118@126.com。

TU473.2

B

1672-7428(2017)06-0078-06