PHC樁-錨管在雜填土基坑支護(hù)中的應(yīng)用

王明軒  譚新平

（西北綜合勘察設(shè)計研究院，西安 710003）

    預(yù)應(yīng)力高強混凝土管樁（PHC樁）具有承載力高、施工速度快、樁身質(zhì)量易于控制、綜合造價低及環(huán)保等優(yōu)點，其應(yīng)用水平逐年提高。PHC樁作為基礎(chǔ)工程的工程樁主要是承受豎向荷載，而作為基坑支護(hù)的支護(hù)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(jié)合注漿錨管，在雜填土基坑支護(hù)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(chǔ)埋深5.5m，基坑開挖深度5.6m。

   1.2場地及地層情況

    根據(jù)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(zhì)粘土及中粗砂。雜填土在場地內(nèi)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。基坑支護(hù)范圍內(nèi)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(nèi)主要地層及支護(hù)參數(shù)表        表1

    1.3場地周邊情況

    本工程場地周邊情況極為復(fù)雜。場地東側(cè)距擬建建筑物基礎(chǔ)外墻軸線3.2m為直埋的國防光纜、消防管道和小區(qū)道路；南側(cè)為污水管道和施工用場地；西側(cè)基礎(chǔ)外墻軸線距光纜溝1.2m，距天然氣管道及小區(qū)道路3m；北側(cè)基礎(chǔ)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(qū)道路。

2、護(hù)方案選擇及布置

    本工程基坑支護(hù)具有場地復(fù)雜、地層情況差的特點，且根據(jù)建設(shè)單位要求，基坑支護(hù)工期為20天，工期較緊。根據(jù)主體設(shè)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(hù)方案進(jìn)行合理的選擇，并結(jié)合實際情況進(jìn)行優(yōu)化，以保證基坑工程安全。

    場地內(nèi)雜填土層較厚，最厚達(dá)9.9m，最薄處位于場地西北側(cè)，但厚度也達(dá)5.5m，如采用放坡方案，其坡比不宜小于0.75，結(jié)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(qū)采用較多的支護(hù)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(jié)合地層情況和場地周邊環(huán)境，原方案選用鋼筋混凝土灌注排樁支護(hù)，但上部雜填土需人工挖孔，工期較長。由于建設(shè)單位對工期有嚴(yán)格限制，為了能在規(guī)定的工期內(nèi)完工，鉆孔灌注樁方案未被采納。本工程基礎(chǔ)形式為樁基礎(chǔ)，工程樁采用Ф500預(yù)應(yīng)力高強混凝土管樁，因此管樁的成樁在該場地已有成功經(jīng)驗。經(jīng)過綜合計算分析對比，決定采用預(yù)應(yīng)力高強混凝土管樁作為支護(hù)樁，支護(hù)方案布置如下：

    預(yù)應(yīng)力管樁：初步設(shè)計采用Ф400預(yù)應(yīng)力高強混凝土管樁。樁身混凝土強度為C80，管樁內(nèi)徑210mm，壁厚95mm，配筋采用12根直徑9.0mm預(yù)應(yīng)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(hù)樁222根，樁長10m，水平間距1.3m。

    樁頂冠梁：支護(hù)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(wǎng)噴射C20混凝土防護(hù)。

    為增加樁的嵌固深度，提高支護(hù)結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性，將樁頂標(biāo)高設(shè)為現(xiàn)自然地面下1.3m處，冠梁頂標(biāo)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(wǎng)噴射C20混凝土防護(hù)。

3、護(hù)結(jié)構(gòu)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(hù)技術(shù)規(guī)程》JGJ120-99中的公式進(jìn)行計算。內(nèi)力和變形的計算采用增量法。支護(hù)體系的整體穩(wěn)定性計算采用瑞典條分法，抗傾覆穩(wěn)定性計算采用下式計算：

    Ks為抗傾覆安全系數(shù)，取1.2。MEp和MEa分別為支護(hù)結(jié)構(gòu)底部以上被動側(cè)和主動側(cè)水平荷載對樁底的彎矩標(biāo)準(zhǔn)值；MT為錨桿的拉力標(biāo)準(zhǔn)值對樁底的彎矩；Tdki為第i個支點反力標(biāo)準(zhǔn)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(shè)計計算過程采用北京理正深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件5.3。

    3.2內(nèi)力、變形及穩(wěn)定性計算和支護(hù)結(jié)構(gòu)調(diào)整

    預(yù)應(yīng)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(hù)結(jié)構(gòu)來說，其需要承擔(dān)較大的水平荷載，經(jīng)過初步計算，僅采用管樁和冠梁支護(hù)時，抗傾覆安全系數(shù)僅為0.879，不滿足規(guī)范要求。結(jié)構(gòu)計算結(jié)果見圖1。

圖1 采用管樁與冠梁時內(nèi)力位移圖

    由圖可知，在該工況下基坑內(nèi)側(cè)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(dá)52.97mm，超過規(guī)范允許值。

    由于采用該方案基坑邊坡不能達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，因此對以上方案作了如下優(yōu)化：

    1．增強管樁的抗彎性能

    為了使支護(hù)結(jié)構(gòu)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，且將基坑邊坡變形控制到合理范圍內(nèi)，需要提高管樁的抗彎性能，采用在管樁樁孔內(nèi)插入6φ18鋼筋籠并填芯澆筑C30混凝土的方法來提高支護(hù)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(nèi)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(wěn)定性及基坑邊坡的整體穩(wěn)定性。

    3．設(shè)置環(huán)梁

    在自然地面下2.8m處設(shè)置環(huán)梁，環(huán)梁采用2根φ18鋼筋焊接，并與錨管連接，可增強支護(hù)體系的整體剛度和穩(wěn)定性。

    對優(yōu)化后的支護(hù)體系進(jìn)行穩(wěn)定性驗算，整體穩(wěn)定安全系數(shù)為2.321，抗傾覆安全系數(shù)為1.425，最大位移為21.72mm，均滿足規(guī)范要求，計算結(jié)果見圖2。

4、坑開挖及周邊變形監(jiān)測結(jié)果分析

    基坑開挖后根據(jù)現(xiàn)場觀察發(fā)現(xiàn)，支護(hù)樁間的雜填土經(jīng)過管樁的擠密作用變得較為密實，支護(hù)過程中又采用錨管壓力注漿法對其進(jìn)行了加固，因此在整個基坑開挖和運行期間，樁間雜填土穩(wěn)定性較好。基坑施工完成后，南側(cè)和西側(cè)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(jù)相關(guān)規(guī)范要求對基坑邊坡、周邊建筑物及管線進(jìn)行了變形監(jiān)測和沉降觀測，觀測結(jié)果見圖3和圖4。

    由監(jiān)測結(jié)果可知，運行期間變形監(jiān)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(cè)污水管附近，12號觀測點位于基坑?xùn)|側(cè)，兩處在基坑開挖時均有滲漏水情況出現(xiàn)，特別是12號觀測點附近，直至基坑支護(hù)完成，仍有滲水不斷從排水管排出。

5、結(jié)論

    該基坑工程具有地層情況差，周邊管網(wǎng)復(fù)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(hù)工程，對設(shè)計方案進(jìn)行了多方面的優(yōu)化，采用樁孔內(nèi)插鋼筋籠澆筑填芯的辦法解決了預(yù)應(yīng)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(jìn)行了加固，并結(jié)合場地實際情況，增加了環(huán)梁錨拉。最終采用放坡與PHC樁和樁頂冠梁相結(jié)合、錨管和環(huán)梁相結(jié)合的綜合支護(hù)體系，確保了基坑周邊管網(wǎng)、道路和施工場地的安全。

    經(jīng)過對基坑開挖至回填期間的基坑變形監(jiān)測及沉降觀測資料進(jìn)行分析，結(jié)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(hù)結(jié)構(gòu)較好發(fā)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(hù)結(jié)構(gòu)的選擇是合理的，可對以后同類工程起一定的借鑒指導(dǎo)作用。

參考文獻(xiàn)：

[1]《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》JGJ120-99

[2]《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》GB50007-2002

[3]《濕陷性黃土地區(qū)建筑基坑工程安全技術(shù)規(guī)程》JGJ167-2009

[4]《預(yù)應(yīng)力混凝土管樁》03SG409

(本文來源：陜西省土木建筑學(xué)會  文徑網(wǎng)絡(luò)：文徑 尹維維 編輯  劉真 審核)