預應力管樁在基坑支護工程中的設計與施工

陶勇

(四川省川建勘察設計院，四川 成都 610000)

1.前言

基坑支護工程是高層建筑基礎工程中的重要技術之一。近年來，在基坑支護工程中，由于預應力管樁具有樁身質(zhì)量穩(wěn)定、力學性能好、施工效率高等優(yōu)點而在工程中得到越來越多的應用。為了拓展預應力管樁的應用范圍，本文將其使用引入深基坑支護結構中，做了一種很好的嘗試。

2.工程概況及地質(zhì)條件

某建筑地上12層，地下1層，采用框剪結構，基坑開挖深度4.0米。由于工程地處人口稠密的舊城區(qū)，毗鄰交通主干道，基坑開挖對周圍環(huán)境的影響受到嚴格限制，要求支護結構能有效控制周邊變形和確保交通干道周圍民宅的安全。該場地土層自上而下為上部由素填土、粉質(zhì)粘土、淤泥組成。其素填土屬新近回填，密實度差，強度低；粉質(zhì)粘土分布均勻有一定強度，淤泥為流塑，厚度大，強度低。中部由粘質(zhì)粉土，淤質(zhì)土，含礫粘土，含泥中砂，泥質(zhì)卵礫石、卵礫石、含礫細砂等組成，粘質(zhì)粉土軟硬塑、淤質(zhì)土流塑、工程性能差，含礫粘土、含泥中砂，厚度薄，有一定強度，泥質(zhì)卵礫石，卵礫石、含礫細砂只是相變原因呈透鏡體分布，下部由殘積土，強風化、中等風化巖組成。此三層是由花崗巖風化而成，其特點是硬——堅硬、強度高，各土層厚度及物理力學指標見表1。

表1 基坑工程地質(zhì)參數(shù)

3.基坑支護設計計算

本工程采用排樁加內(nèi)支撐支護體系，基坑周圍附加地面荷載按15kPa。圍護樁采用φ500@900排樁，原設計為沉管灌注樁，由于沉管灌注樁施工周期長，樁身質(zhì)量較難保證，后經(jīng)論證改用φ500預應力管樁，樁長12m，圍護預應力管樁頂端嵌入鎖口梁，支護結構平面布置見圖1。

采用上海同濟啟明星科技發(fā)展有限公司研制的深基坑支擋結構分析計算軟件FRWS2006進行計算，計算簡圖如圖2，內(nèi)力計算結果如圖3。由計算結果可知，計算寬度取0.9m，每根支護樁承受最大彎矩值為135kN·m，計算支護最大水平位移為11.8mm。

鎖口梁按多跨連續(xù)梁進行計算，通過計算確定截面尺寸為700×700，每邊配置5φ25鋼筋。圍護結構支撐布置必須確保傳力和變形協(xié)調(diào)，保證整個支護體系的結構強度、剛度與穩(wěn)定。支撐結構通常采用多次超靜定結構形式，其目的即使局部構件失效也不導致整個支撐結構體系的失穩(wěn)。鎖口梁與支撐結構體系由現(xiàn)澆鋼筋混凝土拉梁、斜梁及鋼管支承樁組成。

采用預應力管樁作為支護樁設計時應注意以下幾個問題：

圖1 支護結構平面布置簡圖

圖2 支護結構計算簡圖

圖3 支護樁內(nèi)力計算結果

(1)由于支護樁以承受彎矩為主，設計預應力管樁選型時應選擇樁身抵抗彎矩值較高的樁型，比如AB型、B型樁；(2)由于基坑開挖深度范圍主要土層為淤泥，若管樁樁端在淤泥層中，豎向承載力很低，勢必造成支護結構產(chǎn)生較大的豎向變形，對整個支護結構將產(chǎn)生不良的影響。為此，確定支護樁嵌固深度時應將預應力管樁的樁端落在較好的土層面 (本工程如粘質(zhì)粉土層)上，保證支護結構的整體穩(wěn)定；(3)由于預應力管樁對水平位移比較敏感，應嚴格控制支護結構的水平位移，最大位移值不宜超過20mm。為減少水平位移量，支護結構宜選擇內(nèi)支撐體系，不宜采用懸壁型體系。

4.預應力管樁選型

預應力管樁是使用高強度低松馳率的預應力鋼筋使樁身具有較高的有效壓力，因此預應力管樁具有較好的抗彎和抗拉能力，管樁的彎矩設計值可按沿周邊均勻配筋的環(huán)形截面抗彎承載力計算，即上式中若混凝土和鋼筋采用強度標準值進行計算，則可得預應力管樁的極限彎矩值Mak，使用預應力混凝土管樁標準圖集可省去管樁環(huán)形截面抗彎承載力的繁復計算。因為預應力管樁標準圖集中已經(jīng)提供經(jīng)計算好的各型號管樁的彎矩設計值和極限彎矩值，設計人員使用起來非常方便。

根據(jù)計算求得的預應力管樁內(nèi)力，從省建筑標準設計《先張法預應力高強混凝土管樁》標準圖集中選用PHC500-100B型管樁，管樁外徑φ500，壁厚 100，混凝土等級 C80，樁長 12m，預應力鋼筋數(shù)量及直徑為14φ10.7，其彎矩設計值為144kN·m，極限彎矩值為258kN?m，從上述計算中求得的預應力管樁承受的最大彎矩值Mmax=135<144kN·m，滿足設計要求。

5.管樁支護施工

本工程樁基礎采用預應力管樁，施工時用一臺YZY-680全液壓靜力壓樁機施工，當工程樁施工完畢后，開始支護樁施工。支護樁壓樁施工時應注意以下幾個問題：

(1)壓樁時應嚴格控制樁頂標高一致，便于鎖口梁施工；

(2)由于管樁施工擠土效應明顯，且支護樁間距小，為避免因擠樁產(chǎn)生樁身質(zhì)量事故，壓樁時應嚴格跳打施工；

(3)為避免支護樁未達持力層使支護結構產(chǎn)生較大的豎向沉降，施工時應將支護樁壓至較好的持力層，地質(zhì)情況變化時可適當增加樁長。

(4)由于預應力管樁的接頭剛度較差，支護樁施工時應以單節(jié)樁為宜，避免接樁。

6.結束語

(1)預應力管樁樁身質(zhì)量可靠，混凝土強度高，具有一定的抗彎能力，在不超過管樁能承受的允許彎矩值時，作為支護排樁是完全可行的。

(2)使用預應力管樁作支護時，應選用樁身抵抗彎矩值較高的樁型。確定支護樁嵌固深度時，應注意使支護樁樁端進入較好持力層。

(3)采用預應力管樁對提高施工效率和縮短工期非常有利，同時對施工環(huán)境也無污染。施工時應嚴格控制樁頂標高一致，并采用跳打施工。

(4)內(nèi)支撐式支護結構整體性好，剛度高，大大增強預應力管樁的抗彎能力，基坑位移容易控制，被設計人員樂于采用。

[1]徐醒華.高強預應力混凝土管樁設計和施工中的若干技術問題[J].廣東土木與建筑，2004.01期.

[3]葛鵬.佴小彬預應力砼管樁支護體系的設計與施工地質(zhì)學刊.2010，01期.