PHC樁-錨管在雜填土基坑支護中的應用

王明軒  譚新平

（西北綜合勘察設計研究院，西安 710003）

    預應力高強混凝土管樁（PHC樁）具有承載力高、施工速度快、樁身質量易于控制、綜合造價低及環保等優點，其應用水平逐年提高。PHC樁作為基礎工程的工程樁主要是承受豎向荷載，而作為基坑支護的支護樁則主要是承受水平荷載，為了提高PHC樁的抗彎性能，通過在管樁中加筋填芯，結合注漿錨管，在雜填土基坑支護中取得了較好的效果。

1、工程概況及場地情況

    1.1工程概況

    該工程位于西安市北郊，高度約20m，地下一層，地上二至五層，建筑物平面尺寸90×70m，基礎埋深5.5m，基坑開挖深度5.6m。

   1.2場地及地層情況

    根據勘察報告，工程場地地貌單元屬渭河南岸Ⅱ級階級，地形較為平坦。場地地層自上而下依次為：雜填土、黃土、古土壤、粉質粘土及中粗砂。雜填土在場地內都有分布，厚度5.5～9.9m，雜填土以建筑垃圾、磚渣為主，填筑時間約十余年�；�坑支護范圍內主要為雜填土，具體地層情況見表1。場地地下水位埋深約16.0m。

場地內主要地層及支護參數表        表1

    1.3場地周邊情況

    本工程場地周邊情況極為復雜。場地東側距擬建建筑物基礎外墻軸線3.2m為直埋的國防光纜、消防管道和小區道路；南側為污水管道和施工用場地；西側基礎外墻軸線距光纜溝1.2m，距天然氣管道及小區道路3m；北側基礎外墻軸線距國防光纜僅0.5m，距天然氣管道1.5m，管道以外為小區道路。

2、護方案選擇及布置

    本工程基坑支護具有場地復雜、地層情況差的特點，且根據建設單位要求，基坑支護工期為20天，工期較緊。根據主體設計單位的要求，基坑外邊距離最小為1.5m。綜合以上情況，必須對支護方案進行合理的選擇，并結合實際情況進行優化，以保證基坑工程安全。

    場地內雜填土層較厚，最厚達9.9m，最薄處位于場地西北側，但厚度也達5.5m，如采用放坡方案，其坡比不宜小于0.75，結合場地條件，無足夠的放坡空間，因此無法采用放坡方案。土釘墻是在黃土地區采用較多的支護方式，但采用此方案也需有一定坡度，因此從空間與土層情況來看均不宜采用土釘墻方案。

    結合地層情況和場地周邊環境，原方案選用鋼筋混凝土灌注排樁支護，但上部雜填土需人工挖孔，工期較長。由于建設單位對工期有嚴格限制，為了能在規定的工期內完工，鉆孔灌注樁方案未被采納。本工程基礎形式為樁基礎，工程樁采用Ф500預應力高強混凝土管樁，因此管樁的成樁在該場地已有成功經驗。經過綜合計算分析對比，決定采用預應力高強混凝土管樁作為支護樁，支護方案布置如下：

    預應力管樁：初步設計采用Ф400預應力高強混凝土管樁。樁身混凝土強度為C80，管樁內徑210mm，壁厚95mm，配筋采用12根直徑9.0mm預應力鋼筋，抗裂彎矩75.0kN.m，極限彎矩135.0kN.m。本工程共布置支護樁222根，樁長10m，水平間距1.3m。

    樁頂冠梁：支護樁頂采用冠梁連接，冠梁高0.5m，寬0.7m，混凝土強度C30，上下兩排主筋為6根φ18鋼筋。樁間土采用鋼板網噴射C20混凝土防護。

    為增加樁的嵌固深度，提高支護結構的整體穩定性，將樁頂標高設為現自然地面下1.3m處，冠梁頂標高為自然地面下1.0m，冠梁以上部分按0.5的坡率放坡后采用鋼板網噴射C20混凝土防護。

3、護結構計算

    3.1計算模型選取

    土壓力計算均采用朗肯土壓力理論，計算方法采用彈性法，按照《建筑基坑支護技術規程》JGJ120-99中的公式進行計算。內力和變形的計算采用增量法。支護體系的整體穩定性計算采用瑞典條分法，抗傾覆穩定性計算采用下式計算：

    Ks為抗傾覆安全系數，取1.2。MEp和MEa分別為支護結構底部以上被動側和主動側水平荷載對樁底的彎矩標準值；MT為錨桿的拉力標準值對樁底的彎矩；Tdki為第i個支點反力標準值；di為第i個支點距樁底的距離；si為第i個支點的水平間距。

    設計計算過程采用北京理正深基坑支護結構設計軟件5.3。

    3.2內力、變形及穩定性計算和支護結構調整

    預應力高強混凝土管樁具有較高的豎向承載力，抗彎性能與可靈活配筋的灌注樁相比較差，但作為支護結構來說，其需要承擔較大的水平荷載，經過初步計算，僅采用管樁和冠梁支護時，抗傾覆安全系數僅為0.879，不滿足規范要求。結構計算結果見圖1。

圖1 采用管樁與冠梁時內力位移圖

    由圖可知，在該工況下基坑內側最大彎矩為181.29kN.m，而該類型樁極限彎矩僅為135.0 kN.m，其抗彎承載力不能滿足要求。且基坑邊坡最大位移已達52.97mm，超過規范允許值。

    由于采用該方案基坑邊坡不能達到穩定狀態，因此對以上方案作了如下優化：

    1．增強管樁的抗彎性能

    為了使支護結構達到穩定狀態，且將基坑邊坡變形控制到合理范圍內，需要提高管樁的抗彎性能，采用在管樁樁孔內插入6φ18鋼筋籠并填芯澆筑C30混凝土的方法來提高支護樁的抗彎承載力。

    2．增加錨管

    在樁間打入φ40長6m花管，并在管內采用壓力注漿法注入水泥漿，以增強基坑周邊雜填土強度，提高樁間土穩定性及基坑邊坡的整體穩定性。

    3．設置環梁

    在自然地面下2.8m處設置環梁，環梁采用2根φ18鋼筋焊接，并與錨管連接，可增強支護體系的整體剛度和穩定性。

    對優化后的支護體系進行穩定性驗算，整體穩定安全系數為2.321，抗傾覆安全系數為1.425，最大位移為21.72mm，均滿足規范要求，計算結果見圖2。

4、坑開挖及周邊變形監測結果分析

    基坑開挖后根據現場觀察發現，支護樁間的雜填土經過管樁的擠密作用變得較為密實，支護過程中又采用錨管壓力注漿法對其進行了加固，因此在整個基坑開挖和運行期間，樁間雜填土穩定性較好�；�坑施工完成后，南側和西側均作為施工場地，承受了堆放施工材料、商砼車及吊車等荷載，基坑無明顯的變形。

    從基坑開始開挖至基坑回填完成的整個基坑運行期間，根據相關規范要求對基坑邊坡、周邊建筑物及管線進行了變形監測和沉降觀測，觀測結果見圖3和圖4。

    由監測結果可知，運行期間變形監測點最大水平位移約10.4mm。各沉降觀測點的最大沉降量約為19.98mm，沉降較大的7號觀測點位于基坑西南側污水管附近，12號觀測點位于基坑東側，兩處在基坑開挖時均有滲漏水情況出現，特別是12號觀測點附近，直至基坑支護完成，仍有滲水不斷從排水管排出。

5、結論

    該基坑工程具有地層情況差，周邊管網復雜，施工工期緊等特點。為了克服以上困難，按時完成基坑支護工程，對設計方案進行了多方面的優化，采用樁孔內插鋼筋籠澆筑填芯的辦法解決了預應力高強混凝土管樁抗彎承載力不足的問題，采用打入錨管注水泥漿的方法對樁間雜填土進行了加固，并結合場地實際情況，增加了環梁錨拉。最終采用放坡與PHC樁和樁頂冠梁相結合、錨管和環梁相結合的綜合支護體系，確保了基坑周邊管網、道路和施工場地的安全。

    經過對基坑開挖至回填期間的基坑變形監測及沉降觀測資料進行分析，結果表明，基坑在整個運行期間的變形和沉降量均較小，說明支護結構較好發揮了作用，取得了良好的效果，所以對雜填土基坑采用PHC樁支護結構的選擇是合理的，可對以后同類工程起一定的借鑒指導作用。

參考文獻：

[1]《建筑基坑支護技術規程》JGJ120-99

[2]《建筑地基基礎設計規范》GB50007-2002

[3]《濕陷性黃土地區建筑基坑工程安全技術規程》JGJ167-2009

[4]《預應力混凝土管樁》03SG409

(本文來源：陜西省土木建筑學會  文徑網絡：文徑 尹維維 編輯  劉真 審核)