PC工法組合樁在上海地區(qū)基坑工程中的應(yīng)用

張 寧

上海山南勘測設(shè)計有限公司 上海 201206

上海地區(qū)賦存有深厚的軟土層，含水量高、易擾動，基坑周邊環(huán)境的保護要求一般較高，對圍護結(jié)構(gòu)的安全性、經(jīng)濟性及環(huán)境保護效果提出了越來越高的要求。

PC工法組合樁以鋼管樁擋土、采用小企口與鋼板樁連成整體作為擋水結(jié)構(gòu)，形式簡潔、施工便利。近幾年的基坑圍護工程實踐表明，PC工法組合樁具有整體性好、剛度大、施工效率高等優(yōu)點，在軟土地區(qū)也具有較好的適用性。且在圍護工程結(jié)束后，圍護樁可以完全回收，與傳統(tǒng)支護結(jié)構(gòu)相比，對環(huán)境更加友好、經(jīng)濟性較好[1-3]。

目前，PC工法組合樁在上海地區(qū)的應(yīng)用較少，對其受力性能的研究也尚不深入[4]。本文基于上海市普陀區(qū)某基坑圍護工程，介紹了PC工法組合樁的應(yīng)用效果。

1 基坑工程概況

1.1 基坑規(guī)模及周邊環(huán)境

本工程位于上海市普陀區(qū)武威路、敦煌路區(qū)域，擬建1層地下室，基坑開挖面積72 737 m2，開挖深度5.9～6.8 m?；又苓叚h(huán)境復(fù)雜，東側(cè)為已建地下管廊（埋深5.4 m，距離基坑1.8～3.3 m）、南側(cè)為道路（距離基坑4.0 m）、西側(cè)為已建地下管廊（埋深5.4 m，距離基坑1.8 m）、北側(cè)為在建地下通道（距離基坑10.0 m）及已建車行環(huán)路（距離基坑1.8 m），如圖1所示。

圖1 基坑工程周邊環(huán)境

1.2 地質(zhì)條件

場地屬于濱海平原地貌。場地內(nèi)原為受污染的工業(yè)用地，工程開工前已對污染區(qū)采取挖出換填法進行處理，造成基地內(nèi)①1層填土較厚，一般厚度為1.8～3.0 m，局部達7.3 m，上部以建筑垃圾為主，土質(zhì)松散且不均勻；第②層微灰黃-灰色粉質(zhì)黏土，大部分區(qū)域缺失或較薄。工程涉及深度范圍內(nèi)土層由上至下主要為①1填土、③灰色淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、④淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、⑤1-1灰色粉質(zhì)黏土、⑤1-2灰色黏土。

1.3 圍護結(jié)構(gòu)選型

本工程基坑開挖面積巨大，周邊環(huán)境保護要求高，地下室退界少，工期要求較高，對圍護結(jié)構(gòu)選型要求較高。

施工方式選型：由于地下室施工工期較為緊張，分坑施工不能滿足工期要求，故地下室須整體施工。由于地下室退界及基坑深度原因，重力式壩體的圍護形式不具有可行性，故本工程選用板式圍護的形式。

圍護樁選型：考慮到東西兩側(cè)管廊用圍護樁（SMW工法）尚未拔除，故考慮利用既有圍護樁；南側(cè)環(huán)境保護要求一般，故采用SMW工法；北側(cè)施工空間有限，三軸攪拌樁設(shè)備無法施工，故選用PC工法組合樁。

支撐形式選型：考慮到基坑面積巨大，不宜采用超長水平支撐，故設(shè)置前撐式注漿鋼管作為內(nèi)支撐[5]。

綜上，基坑圍護選型結(jié)果如下：東側(cè)、南側(cè)和西側(cè)采用SMW工法＋1道前撐式注漿鋼管支撐（角部為混凝土支撐）；北側(cè)采用PC工法組合樁＋1道前撐式注漿鋼管支撐（角部為混凝土支撐），圍護形式如圖2所示。

圖2 PC工法組合樁圍護形式

該圍護形式的施工順序如下：施工鋼管樁及鋼板樁→施工前撐式注漿鋼管并注漿→施工混凝土圍檁→開挖坑邊土方至坑底，并立即施工坑邊配筋墊層→施工底板及開挖其余區(qū)域土方→待底板及換撐達到設(shè)計強度后，視監(jiān)測情況逐步拆除底板上鋼管支撐（“隔二留一”作為換撐）→地下結(jié)構(gòu)施工完成并回填基坑后，割除其余鋼管支撐。

2 監(jiān)測結(jié)果分析

2.1 監(jiān)測結(jié)果

圖3為CX1在不同施工階段的測斜值曲線和樁頂、樁底位移曲線。其中，CX1開挖深度5.90 m，采用長14 m的φ630 mm×14 mm鋼管樁@1 100 mm＋長12 m拉森Ⅳ號鋼板樁＋長27 m的φ377 mm×10 mm鋼管@3 025 mm（傾角45°）。圖3（a）為基坑施工過程中從開挖到支撐拆除各個階段的測斜曲線形態(tài)，曲線為典型的板式圍護形態(tài)：頂部位移較小，隨深度增加，變形逐漸增加，坑底附近變形達最大值，然后隨深度增加，變形逐漸減小。圖3（b）為基坑施工過程中樁頂位移及坑底附近位移隨時間的變化趨勢，從圖3（b）可見，圍護樁的變形可分為4個階段：

圖3 PC工法樁位移變化曲線

1）從開挖至墊層形成，此階段發(fā)展變形速率最快，所產(chǎn)生變形占圍護結(jié)構(gòu)最終總變形的50%左右。

2）底板形成前階段，在墊層形成后，底板形成過程中，變形速率逐漸衰減。

3）底板形成后階段，變形基本穩(wěn)定。

4）拆撐階段：坑底附近變形不顯著，但樁頂變形有一定程度的發(fā)展，隨后變形穩(wěn)定。樁頂和坑底附近位移均較大，是典型的斜撐板式體系的變形特點。

2.2 支撐形式對PC工法樁變形特性的影響

圖4為不同支撐形式的PC工法樁變形曲線，其中，CX6開挖深度5.90 m，采用長14 m的φ630 mm×14 mm鋼管樁@1 100＋長12 m的拉森Ⅳ號鋼板樁＋混凝土角撐，從圖4中可以看到：

圖4 CX1與CX6測點數(shù)據(jù)對比

1）水平支撐對控制樁頂變形及坑底變形更為有利，不論樁頂變形還是坑底變形，水平支撐均小于斜撐工況，說明支撐剛度對控制圍護結(jié)構(gòu)變形作用顯著。

2）在水平支撐作用下，墊層形成以后，不論樁頂變形還是坑底變形收斂速度都更快。

3）在支撐拆除后，角撐和斜撐樁頂增量位移及總位移相差不大，表明PC工法樁本身整體性較強。

2.3 PC工法樁——理論值與實測值

圖5為PC工法樁應(yīng)用啟明星軟件計算得到的測斜理論值與實測值的對比。從圖5可知，在坑底以上段，圍護體測斜變形較計算值小，尤其是樁頂變形遠小于計算值，主要原因是PC工法樁整體性較好，鋼管樁相互的拉結(jié)作用顯著，且在打樁過程中鋼管內(nèi)土體形成土塞，同樣會增大樁體剛度。

圖5 理論與實測變形曲線對比

由于圍護體變形會對外側(cè)環(huán)境產(chǎn)生影響，可以用圍護體變形的體積來衡量總變形量Q（變形曲線與深度圍成的區(qū)域面積），得到的曲線如圖6所示。

圖6 PC工法樁理論與反演變形面積比隨深度變化曲線

從圖6可以看出面積比值隨深度的增加而增加，從0.40發(fā)展為0.97，在坑底附近比值為0.77，坑底下1 m附近比值為0.80。由于圍護體在坑底以上的變形對坑外環(huán)境影響較大，故可近似將Q的值作為衡量圍護樁剛度的參考指標，故可認為PC工法樁的實際表現(xiàn)剛度比理論值高約20%。

2.4 經(jīng)濟性分析

通過本工程實測數(shù)據(jù)分析可以發(fā)現(xiàn)，P C 工法樁（φ 630 mm×16 mm鋼管樁＋長12 m鋼板樁）與SMW工法（H700 mm×300 mm×13 mm×21 mm＋φ850 mm@600 mm三軸水泥土攪拌樁）的實測變形相當，基于以上數(shù)據(jù)計算得，相同工況下，PC工法樁的造價較SMW工法節(jié)約20%左右。

3 結(jié)語

1）適用性好，在厚填土、污染土等對攪拌樁質(zhì)量有較大影響的區(qū)域，止水效果良好。

2）整體性好，由于鋼板樁的聯(lián)結(jié)作用，PC工法組合樁表現(xiàn)出較好的整體性。同時由于鋼管中土塞的作用，以變形體積來衡量，實測剛度較計算剛度大20%。

3）經(jīng)濟性好，在同等條件下，圍護樁造價較SMW工法可節(jié)省20%左右?？紤]養(yǎng)護工期，優(yōu)勢更加突出。

4）環(huán)境友好，在基坑施工完成后，鋼管樁、鋼板樁可完全回收，不遺留地下障礙物。

[1] 陳赟.PC工法支護樁在某深厚軟土地區(qū)基坑中的應(yīng)用及分析[J].浙江建筑,2018,35(5):32-35.

[2] 柯靈潮.PC工法樁在地下車庫基坑工程中的應(yīng)用[J].建筑施工,2018,40(7):1092-1094.

[3] 楊紹紅.PC工法組合鋼管樁在基坑工程中的應(yīng)用與分析[J].城市住宅,2018,25(7):121-122.

[4] 鄧帥,張晨光,李明廣,等.基于三維精細化模型的PC工法樁支護體系剛度研究[J].特種結(jié)構(gòu),2019,36(6):83-87.

[5] 惠彬永.前撐式注漿鋼管支撐在基坑圍護中的應(yīng)用與研究[J].建筑施工,2018,40(11):1868-1870.