PC工法組合鋼管樁在超大深基坑工程中的應(yīng)用

施文磊

上海建工二建集團(tuán)有限公司 上海 200090

隨著深基坑支護(hù)技術(shù)的不斷成熟，工程實際中人們對新的輕量化、簡便化、效益更高、工期更短的支護(hù)體系需求越來越高，傳統(tǒng)的鋼筋混凝土支護(hù)結(jié)構(gòu)已經(jīng)展露出了極其不適應(yīng)的表現(xiàn)。本文著重介紹了PC工法組合鋼管樁[1-4]在杭州某大學(xué)項目超大深基坑工程中的應(yīng)用，它具有輕量簡便、工期短、成本低、綠色環(huán)保等特點。目前，該技術(shù)的研究運(yùn)用普遍集中于開挖深度較淺、體量較小的工程。因此，在本項目中的成功運(yùn)用將為后續(xù)同類工程的施工運(yùn)用提供理論和實踐基礎(chǔ)。

1 案例概況

1.1 工程概況

本項目采用“一心八島”設(shè)計理念，總建筑面積70萬 m2。公共中心組團(tuán)占地面積4.2萬 m2，總建筑面積15萬 m2，其中，地上建筑面積9.4萬 m2，地下面積5.6萬 m2，為框架剪力墻結(jié)構(gòu)。建筑高度29.8 m，抗震等級為框架四級，剪力墻三級，地下2層。

項目基坑面積6.1萬 m2，延長米約1 437 m，普遍開挖深度5.5～7.0 m，土方量約21萬 m2，基坑安全等級為二級?；又苓吙諘鐩]有明顯障礙物，周邊屬于待建施工場地，基坑周邊暫無管線與建筑物。

1.2 圍護(hù)概況

基坑圍護(hù)整體為放坡加PC工法組合鋼管樁圍護(hù)體系，PC工法組合鋼管樁樁長22 m，直徑630 mm，樁間距1 100 mm，出土點位置后排樁間距2 200 mm；采用壁厚為14 mm的螺旋焊管，鋼管等級為Q345。鋼管樁與鋼板樁之間通過卡口1∶1連接，起到擋土與擋水的作用。出土口位置采用雙排樁圍護(hù)形式，在原有PC工法組合樁外側(cè)加1道鋼護(hù)筒圍護(hù)樁，樁長22 m，直徑630 mm，壁厚14 mm。橫向支撐采用1道大角撐形式，截面面積0.8 m×0.8 m（圖1）。

1.3 水文地質(zhì)概況

2 基坑施工難特點

2.1 地下障礙物多，施工難度大

本場地范圍大，該區(qū)域90年代前為鳳都村及崇化村村落、農(nóng)田地，場地內(nèi)存在因建設(shè)被填埋的河塘浜。目前，這2個村落已被拆除，在場地內(nèi)留存有大量民房拆遷后遺留的老舊基礎(chǔ)，對樁基施工及土方開挖有一定影響。

2.2 基坑周邊待建單體多，基坑變形控制要求高

基坑周邊50 m范圍內(nèi)都有待建單體，且與基坑同步施工，必須減少基坑變形給周邊單體帶來的影響，降低風(fēng)險。必須精心組織策劃好基坑施工各道工序的銜接，加快基坑施工的速度，做好應(yīng)急預(yù)案。同時，加強(qiáng)對基坑的監(jiān)測，對土體位移、軸力監(jiān)測、沉降監(jiān)測以及坑外水位變化等實施每日一測，并定時上報。

2.3 單體眾多且較為分散，平面交通組織困難

本工程總用地面積66萬 m2，建設(shè)單體量大，共計1個中心、8個建設(shè)組團(tuán)（各組團(tuán)內(nèi)單體量不一），總體施工流程需考慮資源配置合理分區(qū)、分段。建設(shè)組團(tuán)分區(qū)施工，同一時間各建筑的施工工況不盡相同，綜合各區(qū)域不同施工階段的臨時道路需要，只有組織好龐大的內(nèi)部施工交通流線，才能不相互干擾施工，保證施工的順利進(jìn)行。

3 圍護(hù)體系比選

3.1 圍護(hù)體系分析比選

項目基坑面積6.1萬 m2，基坑周長約1 437 m，開挖深度達(dá)5.5～7.0 m。項目實施前期，討論并設(shè)計了多種圍護(hù)體系，最終對3個圍護(hù)方案進(jìn)行了對比分析。

3.1.1 鉆孔灌注樁加鋼筋混凝土大角撐圍護(hù)體系

鉆孔灌注樁加混凝土大角撐的形式較為傳統(tǒng)，整體穩(wěn)定性高。但鑒于本工程基坑面積較大，工期較緊，且場地條件較差，鉆孔灌注樁數(shù)量較多將會嚴(yán)重制約工期，同時大量的混凝土澆筑除增加工程造價外，實際施工時給場內(nèi)交通帶來了巨大的壓力。

這部微電影，反映建場初期來到農(nóng)場開荒拓土的南農(nóng)人的生活。他們挖坑栽樹，將荒沙灘變成了萬畝果園，用青春和汗水為農(nóng)場的發(fā)展奠定了根基。

3.1.2 大放坡加重力壩自立式圍護(hù)體系

該圍護(hù)方式成本降低，無需水平支撐，工期較快，但穩(wěn)定性差。同時鑒于本工程場地緊缺，大放坡的形式將大大浪費(fèi)場地空間?；又苓?0 m左右為永久主道路（單軸攪拌樁梅花狀加固已施工完畢），基坑一旦變形過大將會對道路加固的單軸攪拌樁施以剪切力，破壞道路加固體系。

3.1.3 PC工法組合鋼管樁加大角撐圍護(hù)體系

PC工法組合鋼管樁是小止口拉森鋼板樁的升級和延伸，有效地解決了小止口拉森鋼板樁截面剛度小帶來的局限性。采用φ630 mm鋼管與小止口鋼板樁間隔施打并連接的擋土止水體系，施工方便，周期較短，穩(wěn)定性高，綠色環(huán)保，非常適合本項目的工程實施。

3.2 PC工法組合鋼管樁工藝特點

3.2.1 工藝簡單

機(jī)械簡單，無需用電，對場地條件要求小。類似于拉森鋼板樁施工的工藝，只需根據(jù)設(shè)計的參數(shù)標(biāo)高將鋼管樁及拉森鋼板樁按1∶1打入土體即可。

3.2.2 縮短工期

單臺機(jī)械每日能施工20 m，而鉆孔灌注樁單臺機(jī)械的日產(chǎn)量為1.5 m，在等機(jī)械數(shù)量的前提下，PC工法組合鋼管樁的實施效率是鉆孔灌注樁施工的13倍。

3.2.3 節(jié)約成本

PC工法組合鋼管樁新工藝有著很大的造價優(yōu)勢，基坑面積越大，經(jīng)濟(jì)效益越顯著。經(jīng)過測算，采用該工藝，可為工程基坑階段的施工造價節(jié)約30%以上。

3.2.4 綠色環(huán)保

PC工法組合鋼管樁以租賃的方式進(jìn)行圍護(hù)施工，不占用過多的不可再生資源。無需將大量的混凝土或水泥打入土體，有利于生態(tài)的可持續(xù)發(fā)展。同時，避免了鉆孔灌注樁鉆孔時的多余泥漿外運(yùn)，確保了場內(nèi)外的文明整潔。

4 施工關(guān)鍵技術(shù)

4.1 場地平整

PC工法組合鋼管樁施工前，需對樁位位置進(jìn)行清理和勘探，清除障礙物。同時對機(jī)械的行進(jìn)路線進(jìn)行合理規(guī)劃，對地耐力進(jìn)行復(fù)核，若有必要，需對場地硬化處理。在PC工法組合鋼管樁樁基施工路線上，提前挪移施工現(xiàn)場的自來水管線、電纜等，保證連續(xù)施工。

4.2 振送成樁

鋼管樁到位后，機(jī)械手解除夾持回轉(zhuǎn)，夾起拉森樁移動到預(yù)定位置由工人扶正對準(zhǔn)企口后，啟動振動錘勻速加壓振送至預(yù)定標(biāo)高。三支點樁基底盤應(yīng)保持水平，平面允許偏差為±20 mm，立柱導(dǎo)向架垂直度偏差不應(yīng)大于1/250，樁徑偏差不大于10 mm，標(biāo)高誤差不大于100 mm。PC工法組合鋼管樁必須控制好下沉速度，一般為1 m/min。同時，在施工過程中，應(yīng)派專人對樁號、樁長、標(biāo)高、尺寸、垂直度等做詳細(xì)的施工記錄。

4.3 樁體起拔

在樁體起拔之前，需對樁體上圍檁進(jìn)行破碎拆除并清理，場地具備條件后，方可進(jìn)行PC鋼管樁的拔除施工。主要拔除設(shè)備有870型液壓打樁機(jī)1臺、挖掘機(jī)1臺。由液壓打樁機(jī)夾持材料，啟動振動錘邊振動邊起吊直至圍護(hù)材料露出地面后慢慢放下，解除夾持后裝車運(yùn)離現(xiàn)場，同上操作步驟將鋼管樁拔出。本場地拔除的鋼管樁移至裝車地待一定量時裝運(yùn)，應(yīng)留出足夠的通道和停車場地，以便平板車行駛。拔樁時注意樁機(jī)的負(fù)荷情況，發(fā)現(xiàn)上拔困難或拔不上來時，應(yīng)停止拔樁，可先往下施打少許，再往上拔。

4.4 拔除回填

PC工法組合鋼管樁拔除后，部分原鋼管內(nèi)被切割的土體會隨著鋼管樁一同被拔出而形成空隙，若不及時處理會造成坍孔的現(xiàn)象，從而對周邊環(huán)境產(chǎn)生影響。常規(guī)采用水泥漿和黃砂對鋼管樁拔除后的空隙進(jìn)行填充。

4.5 注意事項

4.5.1 地基承載力復(fù)合

由于PC工法組合鋼管樁施工的機(jī)械較大，實際施工過程中在施打和拔除階段都需確保機(jī)械所站位置的地基承載力，必要時輔以鋼板、路基箱或者硬化換填等措施。

4.5.2 圍護(hù)邊線與結(jié)構(gòu)邊線的復(fù)核

方案制定階段必須復(fù)核結(jié)構(gòu)邊線與圍護(hù)邊線之間的距離，根據(jù)工況，若有必要還需復(fù)核腳手架體系邊線與圍護(hù)邊線的距離，留足操作空間。避免結(jié)構(gòu)懸挑板或腳手架體系影響PC工法組合工法樁的拔除。

4.5.3 場地規(guī)劃及交通路線的制定

本工程基坑開挖深度普遍在5.5～7.0 m，PC工法組合鋼管樁的設(shè)計樁長為22 m，交通運(yùn)輸極其困難，場內(nèi)臨時道路設(shè)計需充分考慮鋼管樁運(yùn)輸車輛的轉(zhuǎn)彎半徑。同時，本項目的體量較大，鋼管樁數(shù)量較多，實際施工時，施打與拔除階段均需充分考慮鋼管樁的堆放場地。

5 基坑變形結(jié)果分析

5.1 布置點位情況及監(jiān)測內(nèi)容

根據(jù)監(jiān)測要求，基坑監(jiān)測包含36孔測斜孔，36孔水位孔，92個壓頂梁沉降及水平位移監(jiān)測點，32個立柱樁監(jiān)測點及12個支撐軸力監(jiān)測點。其中，測斜孔預(yù)警值為50 mm，預(yù)警變化頻率為日變化3 mm；壓頂梁沉降預(yù)警值50 mm，預(yù)警變化頻率為日變化3 mm。

本文選取基坑施工過程中變形最大處的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析論證，即以深層墻體測斜CX22、CX23、CX35、CX36，以及圍護(hù)墻頂平面、垂直位移Q39、Q40、Q41、Q42等監(jiān)測點為研究依據(jù)。

5.2 結(jié)果報告

在基坑開挖的施工過程中，基坑位移值受土方開挖、基坑深度、底板施工速度、周邊環(huán)境擾動等因素影響。

土體位移在開挖深度范圍內(nèi)相對較大，基本在－11 m左右趨于穩(wěn)定，即2倍的開挖深度。在整個基坑施工的過程中，最大位移出現(xiàn)在CX23點位－3.5 m處，位移約15 mm。冠梁的沉降在整個基坑施工階段日最大變化值為－0.05 mm，累計最大值為－6.1 mm。

由監(jiān)測報告可知，無論是土體的側(cè)向位移還是冠梁的沉降，日變化值與累計變化值均遠(yuǎn)小于規(guī)定值，滿足設(shè)計要求。因此可以得出結(jié)論：PC工法組合鋼管樁新型支護(hù)體系在本項目運(yùn)用過程中的安全穩(wěn)定性相對較高，可推廣使用。

6 結(jié)語

本文著重介紹了PC工法組合鋼管樁在杭州某大學(xué)項目超大深基坑工程中的應(yīng)用，從基坑開挖到支撐拆除完成，在此過程中多次進(jìn)行監(jiān)測，深層土體位移以及冠梁的沉降量遠(yuǎn)小于設(shè)計要求，證實了此圍護(hù)方案的安全可靠性，可廣泛推廣，也給同類項目，尤其是超大深基坑項目提供了實際經(jīng)驗。

同時，PC工法組合鋼管樁在本工程中的成功應(yīng)用，拓寬了支護(hù)體系設(shè)計的思路，其成品裝配的方式十分迎合當(dāng)前的市場環(huán)境，綠色環(huán)保，節(jié)約資源。在工期成本上，該支護(hù)方式也有較大的優(yōu)勢，經(jīng)過測算，相比傳統(tǒng)的鉆孔灌注樁體系，其能節(jié)約30%左右的成本和工期。本文通過對工程案例背景的分析、圍護(hù)體系的比選、實際施工過程中的各類監(jiān)測等方面的研究，為PC組合鋼管樁在同類型項目中的運(yùn)用提供了理論和實踐基礎(chǔ)。