PC工法樁在地下車庫(kù)基坑工程中的應(yīng)用

柯靈潮

臺(tái)州市住房和城鄉(xiāng)建設(shè)局 浙江 臺(tái)州 318000

長(zhǎng)期以來，深基坑支護(hù)工程形式多為鋼筋混凝土支護(hù)及鋼結(jié)構(gòu)支護(hù)，尤其鋼筋混凝土支護(hù)的應(yīng)用十分廣泛[1]。然而，隨著工程技術(shù)的發(fā)展，鋼筋混凝土支護(hù)體系結(jié)構(gòu)在造價(jià)、工期、環(huán)保等方面顯現(xiàn)出了不足，如今，PC工法樁施工技術(shù)趨于成熟，適用于沿海軟土深基坑的支護(hù)工程中。該工藝主要采用如型鋼、鋼板、鋼管樁等多種材料，可將這些材料任意組合拼接，形成不同形式的圍護(hù)樁，并可以根據(jù)實(shí)際的工程形式選擇不同的組合形式。目前使用比較廣泛的組合形式有拉森鋼板＋鋼管樁、鋼管樁＋型鋼等，具有材料剛度大、施工速度快、無泥漿、無噪聲、適應(yīng)于多種場(chǎng)地、止水性好、材料可回收重復(fù)利用等特點(diǎn)[2]。背景工程地處臺(tái)州經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)中心地帶，周圍管線較多且土質(zhì)較差，因此采用鋼管樁＋拉森鋼板樁的組合形式可以解決該工程中的諸多難點(diǎn)。

1 工程概況

浙江省臺(tái)州市經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)某車庫(kù)基坑工程，東南側(cè)至祥和路，東北側(cè)至群韻路，西南側(cè)至廣場(chǎng)中路，西北側(cè)至市圖書館、市文化館用地邊線，為地下3層的停車庫(kù)，混凝土框架結(jié)構(gòu)，總建筑面積約38 000 m2。地下室分為3層，呈較為規(guī)則的長(zhǎng)方形，長(zhǎng)邊長(zhǎng)約220 m，短邊長(zhǎng)約63 m，地下室面積約41 067 m2，開挖深度為12.950 m。

本工程?hào)|側(cè)地下埋有高壓電纜、雨水管和污水管等市政管線，南側(cè)與臺(tái)州市檔案館相鄰，建筑外墻距基坑44.00 m，地下埋有污水管。西側(cè)用地紅線外為寬4 m的人行道，同時(shí)地下埋設(shè)有地下水管和污水管。北側(cè)用地紅線外為寬10 m的人行道，該側(cè)還有重要公共建筑臺(tái)州市圖書館和臺(tái)州市文化館。地下室側(cè)壁距離建筑約21 m。

工程地質(zhì)條件由上至下依次為①0層素填土、②1層淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、②2層淤泥、③層黏土及④1層黏土。

2 PC工法樁的應(yīng)用

本工程的施工難點(diǎn)如下：

1）基坑開挖深度較深，挖深范圍內(nèi)包括很大一部分的淤泥以及淤泥質(zhì)黏土，如②1層淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土，層頂標(biāo)高為－1.63～－0.01 m。②2層淤泥，層頂標(biāo)高為－10.10～－5.60 m。該土層壓縮性高，物理力學(xué)性質(zhì)差，而工程土方開挖經(jīng)歷梅雨季節(jié)，雨量較大，土質(zhì)以及降雨因素的綜合作用，對(duì)開挖相應(yīng)土層會(huì)造成很大的困難。

2）本基坑工程底板墊層底部的標(biāo)高為－12.05 m，屬深大基坑的范疇。在基坑開挖及地下室施工的過程中將會(huì)對(duì)基坑外側(cè)挖深范圍內(nèi)的四周產(chǎn)生不利的影響，因此需要對(duì)基坑的支護(hù)結(jié)構(gòu)、工程樁以及周圍臨街的建筑物、道路、地下管線進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

考慮到本工程地質(zhì)條件、基坑開挖深度以及周圍的環(huán)境等因素，基坑圍護(hù)方案采用排樁＋2道水平支撐，排樁采用PC工法組合鋼管樁（鋼管樁＋拉森鋼板樁組合形式），分別使用混凝土支撐體系與鋼結(jié)構(gòu)支撐體系。電梯井坑中坑使用水泥攪拌樁重力式擋土墻結(jié)構(gòu)。

2.1 施工技術(shù)安排

以圖1中所示位置為施工起點(diǎn)，先行施工高壓旋噴樁（或水泥攪拌樁）內(nèi)圈，從工程南面往西面施工；同時(shí)開始施工PC圍護(hù)樁，從南面往東面施工。再根據(jù)鋼管樁和拉森鋼板樁情況，在已布置PC圍護(hù)樁的位置做高壓旋噴樁（或水泥攪拌樁）外圈（所在位置的PC圍護(hù)樁必須先施工完成）。

圖1 PC管樁施工順序

2.2 PC工法組合鋼管樁施工方法

工程圍護(hù)排樁采用PC工法組合鋼管樁，是一種新型的組合式型鋼基坑支擋結(jié)構(gòu)。該工法采用鋼管樁與拉森鋼板樁組合連接，形成一個(gè)整體的鋼質(zhì)連續(xù)墻體組合結(jié)構(gòu)，是一種綠色施工的可回收式鋼質(zhì)連續(xù)墻（圖2～圖4）。

圖2 施工后的連續(xù)墻示意

圖3 PC工法樁平面示意

圖4 PC工法樁三維示意

根據(jù)引進(jìn)的PC工法組合鋼管樁施工技術(shù)指導(dǎo)，結(jié)合工程實(shí)際情況，施工工藝設(shè)備選用情況如下：

1）首節(jié)鋼管樁和拉森鋼板樁沉樁設(shè)備采用日立470H履帶式全液壓全回轉(zhuǎn)長(zhǎng)臂振動(dòng)錘（液壓長(zhǎng)臂振錘）。該設(shè)備作業(yè)半徑大、裝載靈活，可以自由調(diào)整鋼管樁的方向和垂直度，施工效率高。

2）施工第2節(jié)鋼管樁時(shí)，因沉樁深度達(dá)30 m左右，上述設(shè)備施工功率和沉樁速率略有不足，故采用履帶式起重機(jī)配合28RF型電動(dòng)振動(dòng)錘沉樁。該振動(dòng)錘最大激振力達(dá)786 kN，拔樁力達(dá)400 kN，完全可以滿足本工程施工需要。

3）因工程緊鄰臺(tái)州市圖書館和文化館，故相應(yīng)位置的PC工法組合鋼管樁采用ICE公司28RF型免共振錘施工。該機(jī)型屬高頻振動(dòng)錘，施工噪聲低，對(duì)周圍土體的影響小，可實(shí)現(xiàn)無公害施工。

原場(chǎng)地已施工水泥攪拌樁（但其深度不能滿足更改后的設(shè)計(jì)方案要求），雖然設(shè)計(jì)圖紙上攪拌樁是緊鄰PC工法樁的，但實(shí)際因攪拌樁的工藝精度原因，其仍會(huì)影響到PC樁施工區(qū)域。水泥攪拌樁硬化后強(qiáng)度大、較堅(jiān)硬，并且在PC工法樁區(qū)域分布不均勻，導(dǎo)致PC工法樁入土困難。根據(jù)試打情況，鋼管樁因其剛度大，情況稍好，單獨(dú)入土?xí)r采用大功率錘尚能順利施工。但拉森鋼板樁剛度小，入土困難，即使用大功率振動(dòng)錘將其勉強(qiáng)擠入，拉森鋼板也易產(chǎn)生扭曲，且因土層硬度不均，這種扭曲在水平與垂直方向同時(shí)存在，造成鋼管樁沿拉森鋼板樁鎖扣入土?xí)r，由于鎖扣的扭曲產(chǎn)生鎖死現(xiàn)象，導(dǎo)致鋼管樁極難下沉，甚至鎖扣間因?yàn)槟Σ廉a(chǎn)生熱量過大而出現(xiàn)熔解現(xiàn)象，最后鋼管樁與拉森鋼板樁間鎖扣撕裂，鋼管樁才繼續(xù)入土。為了應(yīng)對(duì)這種情況，擬采用高壓旋噴樁用清水進(jìn)行水平向切割的引孔措施，破壞侵入PC工法樁施工區(qū)域的原水泥攪拌樁，引孔深度為12 m。

引孔后（或在不需要引孔區(qū)域），PC工法樁施工布置與要求如下[3-8]：

1）測(cè)量放線。根據(jù)項(xiàng)目的測(cè)量控制網(wǎng)，先定出排樁中心線，再確定首根鋼管樁的中心位置，按施工順序沿中心線方向推進(jìn)施工。軸線測(cè)量放線經(jīng)復(fù)核后報(bào)監(jiān)理工程師復(fù)核確認(rèn)。

2）樁位對(duì)中和垂直度校準(zhǔn)。樁位對(duì)中的關(guān)鍵是確保排樁施工位置在定位中心線上。施工前，在排樁中心線上，距離施工樁位25 m左右架設(shè)一臺(tái)經(jīng)緯儀，以中心線為角度觀察方向，觀測(cè)鋼管樁的垂直度和導(dǎo)槽的中心位置，確保垂直度的同時(shí)避免排樁中心位置超出軸線位置。另外，在第一臺(tái)經(jīng)緯儀和樁位形成90°角左右的位置架設(shè)另外一臺(tái)經(jīng)緯儀，校核垂直度偏差。先將第1節(jié)樁起吊，將其插入地下已布置好的樁位當(dāng)中，先插入土中30～50 cm，在插入穩(wěn)定后使用2臺(tái)經(jīng)緯儀同時(shí)進(jìn)行垂直校正，直到樁的垂直度符合規(guī)范要求（在樁打入土中3 m后不得進(jìn)行垂直校正，若出現(xiàn)偏差，則應(yīng)拔出重新插入）。

3）首根樁施工的定位和垂直度控制。因鋼管樁與拉森鋼板樁連接的導(dǎo)槽在橫向上的尺寸調(diào)整有限，且導(dǎo)槽與排樁中心線一致，故首根樁的定位和垂直度控制尤為關(guān)鍵。

4）第1節(jié)鋼管樁沉樁。第1節(jié)鋼管樁（下段）對(duì)中和垂直度校正后，采用履帶式全液壓全回轉(zhuǎn)長(zhǎng)臂振動(dòng)錘（液壓長(zhǎng)臂振錘）振動(dòng)法打入，先以樁自重和液壓振動(dòng)錘自重下壓，待沉樁穩(wěn)定后，開啟振動(dòng)錘，同時(shí)工作臂持續(xù)下壓，振動(dòng)打入直至鋼管上端離溝槽底面1 m左右。在下壓和振動(dòng)打入過程中，用2臺(tái)經(jīng)緯儀觀測(cè)垂直度情況。

5）鋼管樁的連接。鋼管樁對(duì)接處采用長(zhǎng)2 m內(nèi)襯管作為連接的介質(zhì)材料，起到加強(qiáng)連接處側(cè)向剛度與方便鋼管對(duì)焊的作用。在內(nèi)襯管兩端各有12個(gè)孔，上下2根鋼管在連接端部與內(nèi)襯管的孔洞對(duì)應(yīng)地方也有12個(gè)孔，用高強(qiáng)螺栓與內(nèi)襯管進(jìn)行連接，起到焊接前對(duì)各個(gè)構(gòu)件（內(nèi)襯管、上下鋼管）臨時(shí)固定的作用。對(duì)焊時(shí)確保焊接質(zhì)量，焊縫應(yīng)飽滿。為了確保鋼管樁上下節(jié)能被順利拔出，在上下鋼管連接處加焊4塊20 cm×20 cm弧形鋼板。鋼板4邊都應(yīng)焊接，并保證焊縫飽滿。

6）第2節(jié)鋼管樁沉樁。在打24、26、28 m鋼管樁的時(shí)候，由于不能一次性加工完成，故先將管樁進(jìn)行焊接，待冷卻后打入地下。

7）拉森鋼板樁沉樁。鋼管樁沉樁至設(shè)計(jì)標(biāo)高后，長(zhǎng)臂振錘吊起拉森鋼板樁，對(duì)準(zhǔn)鋼管側(cè)壁的連接鎖口，振動(dòng)下沉，在排樁軸線方向同時(shí)校正垂直度和拉森鋼板樁的中心線，滿足設(shè)計(jì)要求后振動(dòng)下沉至設(shè)計(jì)標(biāo)高。

8）排樁的合攏。PC工法組合式鋼管樁排樁沿軸線方向施工，至末尾合攏時(shí)，不可避免地存在合攏段的尺寸偏差和垂直度偏差問題，按規(guī)制的鋼管樁或拉森鋼板樁無法順利合攏。此時(shí)，可采取鋼板鎖扣平面連接（圖5）。

圖5 合攏段結(jié)構(gòu)示意

2.3 基坑監(jiān)測(cè)

為確保地下室施工期間圍護(hù)結(jié)構(gòu)的安全以及周邊建筑物、道路和管線的正常使用，要求在土方開挖和地下室施工期間實(shí)施全過程、動(dòng)態(tài)的基坑監(jiān)測(cè)；應(yīng)當(dāng)根據(jù)相應(yīng)規(guī)范以及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況制訂監(jiān)測(cè)方案，主要包括：圍護(hù)墻頂部的水平位移及豎向位移；深基坑內(nèi)深層的水平位移；立柱的豎向位移；支撐軸力；地下水位；圍護(hù)結(jié)構(gòu)周邊的道路及上部地表的豎向位移；圍護(hù)周邊管線變形；圍護(hù)周邊建筑物變形；塔吊、圍墻、臨時(shí)用房。

基坑開挖期間至少保證1次/d的監(jiān)測(cè)；基礎(chǔ)底板澆筑后前7 d內(nèi)至少保持1次/d的監(jiān)測(cè)，7 d以后至基坑回填期間可以每3 d進(jìn)行1次監(jiān)測(cè)。當(dāng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)達(dá)到報(bào)警值，數(shù)據(jù)變化異常，支護(hù)結(jié)構(gòu)發(fā)生開裂，基坑周圍的建筑及地表出現(xiàn)較大的變形，基坑底及側(cè)壁出現(xiàn)管涌、滲漏及流砂等情況，長(zhǎng)時(shí)間發(fā)生降雨及其他惡劣天氣時(shí)，應(yīng)當(dāng)提高監(jiān)測(cè)的頻率，并將數(shù)據(jù)整理成表格，繪制成曲線，如位移-深度曲線、位移-沉降曲線、軸力-時(shí)間曲線等。

3 結(jié)語(yǔ)

本工程地處臺(tái)州市經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)核心地段，在對(duì)周圍環(huán)境及地下土質(zhì)等因素綜合考量后，決定采用鋼管樁＋拉森鋼板樁組合形式的PC工法樁進(jìn)行施工，其優(yōu)點(diǎn)如下：

1）樁身剛度大、強(qiáng)度高，可有效地控制支護(hù)結(jié)構(gòu)的自身變形，很好地解決了因周邊荷載及土質(zhì)因素給基坑帶來的變形大的問題，保證了基坑的穩(wěn)定性。

2）拉森鋼板樁與鋼管樁采用弧形搭接，整體性較強(qiáng)，可以起到止水、止砂等作用，防止坑壁及坑底出現(xiàn)滲水的情況。

3）2根鋼管樁之間用鋼板相連，改善了傳統(tǒng)圍護(hù)樁中樁間距的局限性，經(jīng)濟(jì)性較好，施工速度快，零養(yǎng)護(hù)期，縮短了施工工期。

4）基坑回填后可將鋼管樁及鋼板進(jìn)行回收，施工過程中無泥漿、無污染，綠色環(huán)保，具有一定的推廣價(jià)值。