預應力管樁在軟土基坑工程中的應用

劉建豹

摘 要：深基坑支護工程的設計與施工，既要保證基坑支護結構在施工過程中的安全，又要保證基坑周邊環境的安全。高強預應力管樁施工速度快、質量易保證，在軟土地區基礎樁廣泛應用，由于預應力管樁抗壓強度高，抗彎、抗剪性能較差，在基坑支護工程中應用較少。該文結合具體工程實例，通過計算與實際實施效果的對比分析，得出了一些規律，可供同類深基坑支護工程的設計參考。

關鍵詞：預應力管樁 軟土基坑 懸臂式

中圖分類號：TU473 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）05（a）-0102-02

1 工程概況

某項目位于天津市津南區咸水沽鎮，場地大部分為廢棄的魚塘，即時填墊。建筑±0.000相當于大沽高程3.800 m，室外設計標高-0.900 m，相當于大沽高程2.900 m。地下車庫總占地面積約6萬m2。

基坑周圍自然地面整平后標高為-3.150 m，基坑開挖面標高為-8.150 m，基坑開挖深度6 m，基底下有一層厚約6 m的淤泥質土層，基坑北側為一期2#～8#住宅，地下一層，樁基礎，基礎埋深約3m。擬建地庫距離主樓外墻4 m。兩者高差范圍內恰好為淤泥質土層，稍有不慎將影響主樓的安全。

2 場區工程地質及水文地質情況

根據本次勘察資料，該場地埋深30.0m深度范圍內，場地地層皆屬第四系松散堆積物，以素填土、淤泥、淤泥質土、粉質粘土、粉土為主。根據《天津市地基土層序劃分技術規程》，按其沉積年代、成因類型共劃分為8個工程地質層，現將各土層自上而下，分述如下。

2.1 人工填土層（Qml）

由素填土（地層編號為1-1）組成，主要由粘性土組成，灰褐-褐色，軟塑。

2.2 全新統坑底淤積（Q43Nsi）

由淤泥（地層編號為2）組成，含大量有機質及腐殖質，為黑色，流塑，工程性質極差，由于結構狀態太差。

2.3 全新統上組河床-河漫灘相沉積層（Q43al）

主要由粉質粘土（地層編號為4-1）組成，黃褐色，軟可塑。

2.4 全新統第Ⅰ海相沉積層（Q42m）

主要由上部的淤泥質粉質粘土（地層編號為6-1）、中部的粉土及砂性大的粉質粘土（地層編號為6-3）及下部的淤泥質粉質粘土（地層編號為6-4）組成。

6-1層：淤泥質粉質粘土，灰色，軟流塑，砂粘互層，含貝殼，夾粉質粘土及淤泥薄層。

6-3層：粉土及砂性較大的粉質粘土互層，灰色，粉土呈稍密-中密，飽和。

6-4層：淤泥質粉質粘土，灰色，軟流塑，砂粘互層，含貝殼。

2.5 全新統第Ⅱ陸相層沼澤相沉積（Q41h ）

主要由粉質粘土（地層編號為7）組成，淺灰色，軟可塑。中壓縮性，分布穩定。

2.6 全新統下組第II陸相河床-河漫灘相沉積層（Q41al）

主要由上部的粉質粘土（地層編號為8-1）、中部的粉土、粉砂（地層編號為8-2）及下部的粉質粘土（地層編號為8-3）組成。

8-1層：粉質粘土，黃灰-灰黃色，可塑，含鐵質及礓石。

8-2層：粉土、粉砂，黃灰-灰黃色，中密，飽和，含鐵質及礓石。

8-3層：粉質粘土黃灰-灰黃色，可塑，含鐵質及礓石。

基坑支護設計土層參數如表1所示。

水文地質條件

本區淺層地下水為第四系松散堆積物中孔隙潛水。主要補給源為大氣降水，排泄以蒸發方式為主。據區域地質資料：地下水位年變化幅度一般在0.50～1.00 m左右。勘探期間實測水位如下：初見水位埋深0.4～2.4 m，標高-0.2～0.3 m，穩定水位埋深一般為0.2～2.0 m，標高0.1～0.5 m。

3 基坑支護設計方案

3.1 設計方案

該側基坑開挖深度5.0 m，距現有28層住宅約5 m，考慮基礎附加荷載30 kPa，擬采用懸臂式預應力管樁支護，如支護樁端落在淤泥質土層，滿足不了穩定性要求。設計中為了使支護樁深入淤泥質土層下7層粉質粘土層，上部1.5 m采用1∶1放坡，下部采用懸臂樁預應力管樁支護，如圖1。

（1）護坡樁

PHC-AB-600-110-14型預應力管樁，間距0.8 m，樁長14.0 m。

（2）帽梁

截面700 mm（寬）×500 mm（高），砼強度C30，配筋為3Φ25（基坑側）+3Φ25（土體側）+2Φ14（帽梁上下架立筋），主筋通長配置，箍筋φ8@250。

3.2 設計計算

土壓力計算采用天津市地方標準《建筑基坑支護技術規程》（DB 29-202-2010），抗剪指標選用直剪快剪指標，水土合算。

計算軟件采用啟明星軟件，預應力管樁采用等剛度代換為C35灌注樁，位移內力包絡圖如圖2。最大彎矩標準值132.8 kN·m，小于所選用預應力管樁的抗裂彎矩，滿足要求。

4 基坑開挖施工情況

本工程支護結構從2012年2月開始挖土，至2012年5月底全部結束（圖3）。

根據監測數據可知：2#～8#樓最大沉降量均不超過15 mm，冠梁頂部位移均不超過20 mm。充分說明了本基坑支護方案的可行性。

5 結語

本工程在緊鄰已有建筑的情況下采用懸臂式預應力管樁支護的方案是可行的，既保證了緊鄰建筑的安全，又保證了工期，取得了良好的經濟效益和社會效益。

根據計算分析，淤泥質粘土層強度低，嵌固力度不夠理想，支護樁必須插入粉質粘土層達到一定的長度，才能滿足抗傾覆穩定性的要求。

現地庫結構已封頂，整個施工過程中，臨近建筑無下沉、無裂縫，完好無損。工程的成功實施以及經驗可以為天津軟土地區類似工程提供一定的參考。

參考文獻

[1] 中華人民共和國行業標準JGJ 120-2012=建筑基坑支護技術規程[S].北京：中國建筑工業出版社，2012.

[2] 中華人民共和國國家標準GB 50497-2009建筑基坑工程監測技術規范[S].北京：中國計劃出版社，2009.

[3] 中華人民共和國國家標準GB 13476-2009先張法預應力混凝土管樁[S].北京：中國建筑工業出版社，2009.endprint

摘 要：深基坑支護工程的設計與施工，既要保證基坑支護結構在施工過程中的安全，又要保證基坑周邊環境的安全。高強預應力管樁施工速度快、質量易保證，在軟土地區基礎樁廣泛應用，由于預應力管樁抗壓強度高，抗彎、抗剪性能較差，在基坑支護工程中應用較少。該文結合具體工程實例，通過計算與實際實施效果的對比分析，得出了一些規律，可供同類深基坑支護工程的設計參考。

關鍵詞：預應力管樁 軟土基坑 懸臂式

中圖分類號：TU473 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）05（a）-0102-02

1 工程概況

某項目位于天津市津南區咸水沽鎮，場地大部分為廢棄的魚塘，即時填墊。建筑±0.000相當于大沽高程3.800 m，室外設計標高-0.900 m，相當于大沽高程2.900 m。地下車庫總占地面積約6萬m2。

基坑周圍自然地面整平后標高為-3.150 m，基坑開挖面標高為-8.150 m，基坑開挖深度6 m，基底下有一層厚約6 m的淤泥質土層，基坑北側為一期2#～8#住宅，地下一層，樁基礎，基礎埋深約3m。擬建地庫距離主樓外墻4 m。兩者高差范圍內恰好為淤泥質土層，稍有不慎將影響主樓的安全。

2 場區工程地質及水文地質情況

根據本次勘察資料，該場地埋深30.0m深度范圍內，場地地層皆屬第四系松散堆積物，以素填土、淤泥、淤泥質土、粉質粘土、粉土為主。根據《天津市地基土層序劃分技術規程》，按其沉積年代、成因類型共劃分為8個工程地質層，現將各土層自上而下，分述如下。

2.1 人工填土層（Qml）

由素填土（地層編號為1-1）組成，主要由粘性土組成，灰褐-褐色，軟塑。

2.2 全新統坑底淤積（Q43Nsi）

由淤泥（地層編號為2）組成，含大量有機質及腐殖質，為黑色，流塑，工程性質極差，由于結構狀態太差。

2.3 全新統上組河床-河漫灘相沉積層（Q43al）

主要由粉質粘土（地層編號為4-1）組成，黃褐色，軟可塑。

2.4 全新統第Ⅰ海相沉積層（Q42m）

主要由上部的淤泥質粉質粘土（地層編號為6-1）、中部的粉土及砂性大的粉質粘土（地層編號為6-3）及下部的淤泥質粉質粘土（地層編號為6-4）組成。

6-1層：淤泥質粉質粘土，灰色，軟流塑，砂粘互層，含貝殼，夾粉質粘土及淤泥薄層。

6-3層：粉土及砂性較大的粉質粘土互層，灰色，粉土呈稍密-中密，飽和。

6-4層：淤泥質粉質粘土，灰色，軟流塑，砂粘互層，含貝殼。

2.5 全新統第Ⅱ陸相層沼澤相沉積（Q41h ）

主要由粉質粘土（地層編號為7）組成，淺灰色，軟可塑。中壓縮性，分布穩定。

2.6 全新統下組第II陸相河床-河漫灘相沉積層（Q41al）

主要由上部的粉質粘土（地層編號為8-1）、中部的粉土、粉砂（地層編號為8-2）及下部的粉質粘土（地層編號為8-3）組成。

8-1層：粉質粘土，黃灰-灰黃色，可塑，含鐵質及礓石。

8-2層：粉土、粉砂，黃灰-灰黃色，中密，飽和，含鐵質及礓石。

8-3層：粉質粘土黃灰-灰黃色，可塑，含鐵質及礓石。

基坑支護設計土層參數如表1所示。

水文地質條件

本區淺層地下水為第四系松散堆積物中孔隙潛水。主要補給源為大氣降水，排泄以蒸發方式為主。據區域地質資料：地下水位年變化幅度一般在0.50～1.00 m左右。勘探期間實測水位如下：初見水位埋深0.4～2.4 m，標高-0.2～0.3 m，穩定水位埋深一般為0.2～2.0 m，標高0.1～0.5 m。

3 基坑支護設計方案

3.1 設計方案

該側基坑開挖深度5.0 m，距現有28層住宅約5 m，考慮基礎附加荷載30 kPa，擬采用懸臂式預應力管樁支護，如支護樁端落在淤泥質土層，滿足不了穩定性要求。設計中為了使支護樁深入淤泥質土層下7層粉質粘土層，上部1.5 m采用1∶1放坡，下部采用懸臂樁預應力管樁支護，如圖1。

（1）護坡樁

PHC-AB-600-110-14型預應力管樁，間距0.8 m，樁長14.0 m。

（2）帽梁

截面700 mm（寬）×500 mm（高），砼強度C30，配筋為3Φ25（基坑側）+3Φ25（土體側）+2Φ14（帽梁上下架立筋），主筋通長配置，箍筋φ8@250。

3.2 設計計算

土壓力計算采用天津市地方標準《建筑基坑支護技術規程》（DB 29-202-2010），抗剪指標選用直剪快剪指標，水土合算。

計算軟件采用啟明星軟件，預應力管樁采用等剛度代換為C35灌注樁，位移內力包絡圖如圖2。最大彎矩標準值132.8 kN·m，小于所選用預應力管樁的抗裂彎矩，滿足要求。

4 基坑開挖施工情況

本工程支護結構從2012年2月開始挖土，至2012年5月底全部結束（圖3）。

根據監測數據可知：2#～8#樓最大沉降量均不超過15 mm，冠梁頂部位移均不超過20 mm。充分說明了本基坑支護方案的可行性。

5 結語

本工程在緊鄰已有建筑的情況下采用懸臂式預應力管樁支護的方案是可行的，既保證了緊鄰建筑的安全，又保證了工期，取得了良好的經濟效益和社會效益。

根據計算分析，淤泥質粘土層強度低，嵌固力度不夠理想，支護樁必須插入粉質粘土層達到一定的長度，才能滿足抗傾覆穩定性的要求。

現地庫結構已封頂，整個施工過程中，臨近建筑無下沉、無裂縫，完好無損。工程的成功實施以及經驗可以為天津軟土地區類似工程提供一定的參考。

參考文獻

[1] 中華人民共和國行業標準JGJ 120-2012=建筑基坑支護技術規程[S].北京：中國建筑工業出版社，2012.

[2] 中華人民共和國國家標準GB 50497-2009建筑基坑工程監測技術規范[S].北京：中國計劃出版社，2009.

[3] 中華人民共和國國家標準GB 13476-2009先張法預應力混凝土管樁[S].北京：中國建筑工業出版社，2009.endprint

摘 要：深基坑支護工程的設計與施工，既要保證基坑支護結構在施工過程中的安全，又要保證基坑周邊環境的安全。高強預應力管樁施工速度快、質量易保證，在軟土地區基礎樁廣泛應用，由于預應力管樁抗壓強度高，抗彎、抗剪性能較差，在基坑支護工程中應用較少。該文結合具體工程實例，通過計算與實際實施效果的對比分析，得出了一些規律，可供同類深基坑支護工程的設計參考。

關鍵詞：預應力管樁 軟土基坑 懸臂式

中圖分類號：TU473 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）05（a）-0102-02

1 工程概況

某項目位于天津市津南區咸水沽鎮，場地大部分為廢棄的魚塘，即時填墊。建筑±0.000相當于大沽高程3.800 m，室外設計標高-0.900 m，相當于大沽高程2.900 m。地下車庫總占地面積約6萬m2。

基坑周圍自然地面整平后標高為-3.150 m，基坑開挖面標高為-8.150 m，基坑開挖深度6 m，基底下有一層厚約6 m的淤泥質土層，基坑北側為一期2#～8#住宅，地下一層，樁基礎，基礎埋深約3m。擬建地庫距離主樓外墻4 m。兩者高差范圍內恰好為淤泥質土層，稍有不慎將影響主樓的安全。

2 場區工程地質及水文地質情況

根據本次勘察資料，該場地埋深30.0m深度范圍內，場地地層皆屬第四系松散堆積物，以素填土、淤泥、淤泥質土、粉質粘土、粉土為主。根據《天津市地基土層序劃分技術規程》，按其沉積年代、成因類型共劃分為8個工程地質層，現將各土層自上而下，分述如下。

2.1 人工填土層（Qml）

由素填土（地層編號為1-1）組成，主要由粘性土組成，灰褐-褐色，軟塑。

2.2 全新統坑底淤積（Q43Nsi）

由淤泥（地層編號為2）組成，含大量有機質及腐殖質，為黑色，流塑，工程性質極差，由于結構狀態太差。

2.3 全新統上組河床-河漫灘相沉積層（Q43al）

主要由粉質粘土（地層編號為4-1）組成，黃褐色，軟可塑。

2.4 全新統第Ⅰ海相沉積層（Q42m）

主要由上部的淤泥質粉質粘土（地層編號為6-1）、中部的粉土及砂性大的粉質粘土（地層編號為6-3）及下部的淤泥質粉質粘土（地層編號為6-4）組成。

6-1層：淤泥質粉質粘土，灰色，軟流塑，砂粘互層，含貝殼，夾粉質粘土及淤泥薄層。

6-3層：粉土及砂性較大的粉質粘土互層，灰色，粉土呈稍密-中密，飽和。

6-4層：淤泥質粉質粘土，灰色，軟流塑，砂粘互層，含貝殼。

2.5 全新統第Ⅱ陸相層沼澤相沉積（Q41h ）

主要由粉質粘土（地層編號為7）組成，淺灰色，軟可塑。中壓縮性，分布穩定。

2.6 全新統下組第II陸相河床-河漫灘相沉積層（Q41al）

主要由上部的粉質粘土（地層編號為8-1）、中部的粉土、粉砂（地層編號為8-2）及下部的粉質粘土（地層編號為8-3）組成。

8-1層：粉質粘土，黃灰-灰黃色，可塑，含鐵質及礓石。

8-2層：粉土、粉砂，黃灰-灰黃色，中密，飽和，含鐵質及礓石。

8-3層：粉質粘土黃灰-灰黃色，可塑，含鐵質及礓石。

基坑支護設計土層參數如表1所示。

水文地質條件

本區淺層地下水為第四系松散堆積物中孔隙潛水。主要補給源為大氣降水，排泄以蒸發方式為主。據區域地質資料：地下水位年變化幅度一般在0.50～1.00 m左右。勘探期間實測水位如下：初見水位埋深0.4～2.4 m，標高-0.2～0.3 m，穩定水位埋深一般為0.2～2.0 m，標高0.1～0.5 m。

3 基坑支護設計方案

3.1 設計方案

該側基坑開挖深度5.0 m，距現有28層住宅約5 m，考慮基礎附加荷載30 kPa，擬采用懸臂式預應力管樁支護，如支護樁端落在淤泥質土層，滿足不了穩定性要求。設計中為了使支護樁深入淤泥質土層下7層粉質粘土層，上部1.5 m采用1∶1放坡，下部采用懸臂樁預應力管樁支護，如圖1。

（1）護坡樁

PHC-AB-600-110-14型預應力管樁，間距0.8 m，樁長14.0 m。

（2）帽梁

截面700 mm（寬）×500 mm（高），砼強度C30，配筋為3Φ25（基坑側）+3Φ25（土體側）+2Φ14（帽梁上下架立筋），主筋通長配置，箍筋φ8@250。

3.2 設計計算

土壓力計算采用天津市地方標準《建筑基坑支護技術規程》（DB 29-202-2010），抗剪指標選用直剪快剪指標，水土合算。

計算軟件采用啟明星軟件，預應力管樁采用等剛度代換為C35灌注樁，位移內力包絡圖如圖2。最大彎矩標準值132.8 kN·m，小于所選用預應力管樁的抗裂彎矩，滿足要求。

4 基坑開挖施工情況

本工程支護結構從2012年2月開始挖土，至2012年5月底全部結束（圖3）。

根據監測數據可知：2#～8#樓最大沉降量均不超過15 mm，冠梁頂部位移均不超過20 mm。充分說明了本基坑支護方案的可行性。

5 結語

本工程在緊鄰已有建筑的情況下采用懸臂式預應力管樁支護的方案是可行的，既保證了緊鄰建筑的安全，又保證了工期，取得了良好的經濟效益和社會效益。

根據計算分析，淤泥質粘土層強度低，嵌固力度不夠理想，支護樁必須插入粉質粘土層達到一定的長度，才能滿足抗傾覆穩定性的要求。

現地庫結構已封頂，整個施工過程中，臨近建筑無下沉、無裂縫，完好無損。工程的成功實施以及經驗可以為天津軟土地區類似工程提供一定的參考。

參考文獻

[1] 中華人民共和國行業標準JGJ 120-2012=建筑基坑支護技術規程[S].北京：中國建筑工業出版社，2012.

[2] 中華人民共和國國家標準GB 50497-2009建筑基坑工程監測技術規范[S].北京：中國計劃出版社，2009.

[3] 中華人民共和國國家標準GB 13476-2009先張法預應力混凝土管樁[S].北京：中國建筑工業出版社，2009.endprint