PHC管樁—旋噴錨樁在基坑工程中的應(yīng)用

賈 華 吳連祥

(啟東市建筑設(shè)計院有限公司，江蘇 啟東 226200)

0 引言

隨著城市的不斷發(fā)展，城市用地日趨緊張，地下空間大規(guī)模建設(shè)，相應(yīng)基坑工程得到長足發(fā)展。樁錨支護體系具有寬敞的坑內(nèi)空間便于土方開挖及后期施工，造價相對較小等優(yōu)點，在各種支護體系中備受青睞。而PHC管樁由于工期短、經(jīng)濟效益好、質(zhì)量有保障、施工時干凈整潔被廣泛采用[1,2]；旋噴錨樁技術(shù)近年來也有很大的發(fā)展，成樁工藝簡便、成熟，工期較短，大錨固力及可回收樁錨的推廣[3,4]，使旋噴錨樁應(yīng)用更普遍；故PHC管樁與旋噴錨樁在基坑中的聯(lián)合運用有著更大的優(yōu)勢。本文以某基坑工程為例，對基坑方案的選擇和設(shè)計、施工要點進行闡述，結(jié)合監(jiān)測成果，分析評價PHC管樁與旋噴錨樁在基坑工程中的應(yīng)用效果，為類似基坑工程提供參考。

1 概況

1.1 工程概況

基坑位于南通市沿海區(qū)域，為大型商業(yè)及住宅項目，地下室1層，采用整體樁筏基礎(chǔ)?；哟竺娣e開挖深度6.0 m～7.2 m，東西向長350 m，南北向?qū)?60 m，基坑周長約1 100 m，面積近8萬m2?；幽媳眱蓚?cè)距道路8 m～13 m，東西兩側(cè)距道路30 m～38 m?；幽蟼?cè)部分區(qū)段地下3 m左右有煤氣管線，最近處約5 m。

1.2 工程地質(zhì)和水文地質(zhì)概況

根據(jù)巖土勘察資料，場地20 m深度范圍內(nèi)為第四系濱海～河流相沉積土層，由黏土和粉土組成，土層為中軟土，工程特性尚可。場地地下水類型為孔隙潛水，主要補給來源為大氣降水和地表水側(cè)向補給。地下水位埋藏較淺，為地面下1.0 m～1.5 m。基坑支護計算的土層主要物理力學指標見表1。

表1 土層主要物理力學指標

2 基坑支護方案選擇

2.1 基坑工程的特點

1)基坑南北兩側(cè)用地緊張，周邊有管線和道路需要保護，東西兩側(cè)用地較寬松。

2)基坑長寬尺度大，開挖面積大，若采用內(nèi)支撐方案，造價高，工期長。

3)基坑開挖較深，主樓部分挖深7.2 m，且都位于基坑的外邊線處，若采用水泥土擋墻方案，造價高不經(jīng)濟。若采用斜拋撐方案，由于靠近主樓位置，結(jié)構(gòu)復雜，穿墻較多，影響施工。

4)場地土質(zhì)較好，以粉土為主，土層普遍透水性好。

2.2 基坑支護體系的選擇

根據(jù)上述基坑工程的特點，按照安全可靠，經(jīng)濟合理，方便施工的原則，確定分段支護，不同區(qū)域采取不同的支護方式。場地開曠區(qū)段，優(yōu)先采用放坡開挖方案，其他區(qū)段采用排樁加拉錨的支護方案。

2.3 基坑排樁選型

目前在基坑支護結(jié)構(gòu)中常用排樁的選型一般有鉆孔灌注樁、SMW工法樁及預制混凝土樁。下面對三種排樁形式進行分析比較。

1)鉆孔灌注樁：技術(shù)成熟，無擠土效應(yīng)，適應(yīng)較深深度及各類地質(zhì)條件的基坑，但施工工期較長，工程造價也較高。

2)SMW工法樁：對周圍環(huán)境影響小，成樁速度快，如結(jié)構(gòu)施工工期短，型鋼可回收，則相比其他兩種排樁其造價有一定的優(yōu)勢。但其剛度沒有其他兩種排樁好，對較深的基坑若位移過大，產(chǎn)生裂縫，容易漏水。

3)預制混凝土樁：一般選用同工程樁相同類型的樁，可以與工程樁同時施工節(jié)約成本，且施工速度快，成樁質(zhì)量有保證，造價一般比鉆孔灌注樁有優(yōu)勢。但預制混凝土樁的使用條件較其他兩種樁型苛刻：a.樁長受生產(chǎn)所限，在基坑工程中運用也不得接樁，為了滿足嵌固要求，只適用中等開挖深度的基坑。b.基坑坑底部位需要有較好的土層，滿足嵌固及隆起的要求，否則需要坑內(nèi)加固，造價高。c.與主要承受豎向荷載的工程樁不同，支護樁主要承受水平荷載，樁型由抗彎性能決定，選擇能滿足抗彎性能又有較好經(jīng)濟效益的樁型比較困難。

綜合考慮基坑開挖深度、場地土質(zhì)條件、工期及經(jīng)濟等因素，基坑支護樁確定采用PHC管樁。

2.4 基坑方案確定

在綜合比較、優(yōu)化設(shè)計的基礎(chǔ)上，確定采用PHC管樁加一道旋噴錨樁的支護方案，具體設(shè)計如下：在挖深6.0 m的區(qū)段，采用一排PHC-600(130)AB-C80-12管樁，間距1 m，在冠梁處設(shè)置一道18 m φ500 mm旋噴錨樁，間距2 m。管樁外設(shè)置2排φ700 mm水泥土攪拌樁擋水。

在挖深7.2 m的區(qū)段，支護樁采用PHC-600(130)AB-C80-15管樁，間距1 m，在樁頂下1.5 m處設(shè)置一道18 m φ400 mm旋噴錨樁，間距1.0 m,2.0 m相間布設(shè)。由于距支護樁3.5 m處有地下管線，支護樁外設(shè)置3排φ700 mm水泥土攪拌樁擋水、加固。基坑典型剖面見圖1。

3 基坑支護方案設(shè)計和施工

3.1 支護結(jié)構(gòu)內(nèi)力變形計算

基坑支擋結(jié)構(gòu)計算采用平面桿系彈性支點法，采用基坑商業(yè)軟件計算位移、內(nèi)力，計算結(jié)果見圖2。

基坑支擋結(jié)構(gòu)的抗傾覆驗算、整體穩(wěn)定性驗算、坑底抗隆起驗算等都能滿足規(guī)范要求。通過變形內(nèi)力計算結(jié)果分析，采用PHC管樁加一道旋噴錨樁的支護方案，可以滿足基坑支護要求。

3.2 PHC管樁設(shè)計

1)從圖2計算結(jié)果可以看出，樁身最大彎矩標準值為Mmax=224.5 kN·m，作用點位于坑底上1.7 m處；樁身最大剪力標準值為Vmax=162.3 kN，作用點位于坑底下0.8 m處。根據(jù)《預應(yīng)力混凝土管樁》圖集可查得，PHC-600(130)AB-C80管樁設(shè)計彎矩和設(shè)計剪力分別為319 kN·m和365 kN。驗算彎矩：1.25Mmax=280<319 kN·m；驗算剪力：1.25Vmax=203<365 kN，都能滿足樁身強度要求。且計算彎矩的最大值控制在設(shè)計彎矩值的90%以內(nèi)，能確保支護樁的安全。

2)目前基坑商業(yè)軟件無法考慮管樁的空心問題，一般可以根據(jù)等抗彎剛度原則E1I1=E2I2，進行換算得出實心樁直徑。

3.3 旋噴錨樁設(shè)計要點

1)旋噴錨樁錨固標高確定：挖深7.2 m的區(qū)段，錨樁設(shè)定在自然地面下2.5 m處，鎖定于管樁側(cè)面的腰梁上，一方面有效減少了管樁的彎矩，另一方面可避開地下管線。錨固點的設(shè)置對彎矩值影響很大，應(yīng)根據(jù)支護樁的受彎矩能力及施工方便等因素，確定錨固點位置及錨樁道數(shù)。

2)旋噴錨樁間距確定：旋噴錨樁的錨筋需要從支護樁間穿過，錨樁的間距為支護樁間距的整數(shù)倍。挖深6.0 m的區(qū)段，采用φ500 mm旋噴錨樁，間距2 m，變傾角布置，避免群錨效應(yīng)。挖深7.2 m的區(qū)段，若按照間距2 m布置，錨樁太長，且單根錨樁拉力超過400 kN，錨拉力很大，后期可能因蠕變等原因，造成較大位移。因此選用φ400 mm錨樁，間距1.0 m,2.0 m相間變傾角布設(shè)，避免群錨效應(yīng)。

3)旋噴錨樁鎖定值確定：錨樁鎖定值應(yīng)根據(jù)周圍環(huán)境、位移控制要求合理確定。過大的鎖定值，必然需要抗彎強度更大的支護樁以及更長的錨樁，造成不必要的浪費。根據(jù)經(jīng)驗，一般按商業(yè)軟件計算位移量20 mm內(nèi)，合理確定鎖定值。最后確定旋噴錨樁鎖定值為0.65倍的錨樁拉力標準值。

4)旋噴錨樁抗拔力確定：土層的極限粘結(jié)強度標準值取巖土勘察報告中提供的預制樁極限側(cè)阻力的0.7倍～0.85倍，并保證旋噴錨樁端部錨盤截面不小于15 cm，估算錨樁的極限抗拔承載力標準值，通過抗拔試驗驗證，能達到設(shè)計要求。

3.4 基坑工程施工要點

1)PHC管樁施工時，為減少擠土效應(yīng)對周圍管線及道路的影響，要求采取跳打、設(shè)置防擠溝等措施，并根據(jù)位移監(jiān)測數(shù)據(jù)，控制打樁速度。場地地基土主要為粉土，透水性較好，提前布置一定數(shù)量的管井，淺部降水，促進孔隙水壓力的消散。

2)旋噴錨樁成樁工藝成熟，在錨樁張拉鎖定階段有兩個問題更應(yīng)重視，避免后期基坑位移過大：a.錨樁養(yǎng)護時間不能太短，建議砂性土不少于14 d、黏性土不少于21 d后進行鎖定。b.錨樁張拉、鎖定應(yīng)符合程序。張拉前取拉力標準值的10%～20%對錨樁進行預張拉，然后張拉至拉力標準值的1.20倍，持荷10 min，卸荷后至荷載值的1.1倍進行鎖定。

4 基坑監(jiān)測

為保證支護結(jié)構(gòu)及周邊道路、管線等安全，加強監(jiān)測，確保對施工過程進行動態(tài)控制。主要監(jiān)測了支護結(jié)構(gòu)水平位移及沉降，周邊建筑物、道路管線沉降及地下水位等。

從基坑開挖到地下室施工完畢，基坑樁頂沉降在4.7 mm～15.0 mm范圍，水平位移在13.2 mm～31.0 mm范圍。從實測的深層水平位移數(shù)據(jù)看，最大位移基本位于樁頂位置，典型基坑深層水平位移曲線見圖3。對比理論計算支護樁變形成果，實測深層水平位移曲線與理論計算形態(tài)相似，實測值最大水平位移量稍大于計算值。周邊建筑物、道路和管線沉降均在允許范圍內(nèi)?，F(xiàn)場施工進展順利，說明支護方案達到了預期的效果。

5 結(jié)語

PHC管樁與旋噴錨樁支護形式在本基坑工程中的運用，縮短了施工工期，降低了施工造價，具有很好的經(jīng)濟效益；從基坑監(jiān)測成果來看，支護結(jié)構(gòu)及周邊的構(gòu)筑物位移都在控制范圍內(nèi)，說明該支護體系是安全可靠的，具有較好的應(yīng)用前景。本工程的成功實施，為類似工程提供一定的參考。

基坑方案的選型必須結(jié)合項目的結(jié)構(gòu)特點、地質(zhì)條件及周邊環(huán)境，因地制宜，才能取得較好的技術(shù)經(jīng)濟效益；在基坑實施過程中，施工質(zhì)量的嚴格控制是基坑支護成功的關(guān)鍵因素之一。