雙排預應力管樁在軟土地區污水處理構筑物基坑支護中的應用

曹志杰

（上海市政工程設計研究總院（集團）有限公司，上海市200092）

雙排預應力管樁在軟土地區污水處理構筑物基坑支護中的應用

曹志杰

（上海市政工程設計研究總院（集團）有限公司，上海市200092）

論述了預應力管樁水平承載力的特點，以廣州市某污水處理廠工程為例，介紹了污水處理構筑物基坑支護設計方案的選型、計算和具體設計，并對預應力管樁用于基坑支護提出了相應的建議。

預應力管樁（P H C管樁）；軟土；基坑；雙排樁

0 引言

預應力管樁具有工程造價低、施工迅速、質量可靠等優點，在工業與民用建筑工程中大量應用，據不完全統計，2013年全國管樁銷售量約為2.8億m[1]，但在基坑工程中，預應力管樁使用并不普遍，主要原因是在廣大工程設計人員印象中，預應力管樁截面積小、水平承載能力差，不適合用于基坑支護工程，特別是在2009年在上海蓮花河畔景苑的7#樓整體傾覆事故發生之后，人們對預應力管樁用于基坑支護更加有疑慮。但實際上預應力管樁用于基坑也不乏成功案例[2]，隨著對更多的工程實踐和理論研究，預應力管樁在基坑支護工程中的運用將越來越廣泛。

1 工程概況

本工程為廣州市某污水處理廠工程，主要構筑物為生物反應池，生物反應池部分平面尺寸97.8 m×81.0 m，挖深5.85 m。生物反應池東側有污水廠一二期道路以及地下管線，距離基坑邊約6.4 m。生物反應池西側有污水廠一二期生物處理池，距離基坑邊約20m。

本工程淤泥質土深厚，典型的地層剖面見表1。

2 支護樁型選擇

從表1可以看出，本工程淤泥層厚16.2 m，基坑面積較大，靠近基坑有一些管線和構筑物需要保護。由于工程進度緊張，內支撐挖土效率低，根據當地經驗生物反應池可以采用雙排樁支護方案，傳統雙排樁采用鉆孔灌注樁，施工速度慢且造價高，是否可采用預應力管樁替代灌注樁呢？要回答這個問題首先要解決預應力管樁水平承載能力差的顧慮，我們把管樁和灌注樁承載力做一下比較：

表1 土層物理力學性質

按一般工程經驗，假設灌注樁直徑600 mm，混凝土強度等級C30，保護層厚度50 mm，取配筋：17@18（4 326 mm2,ρ=1.53%），箍筋8@100（1 005 mm2/m，ρsv=0.17%），把它的承載能力與預應力管樁相比，見表2。

從表2看，預應力管樁并非想象中的水平承載力低，事實通過計算比較，A B型以上600 mm直徑的預應力管樁抗彎和抗剪承載力設計值均同直徑的灌注樁接近或者超過，所以預應力管樁用于基坑支護從力學上應該是可行的。從施工進度、施工質量和經濟性考慮，本工程選用預應力管樁圍護是合理的。

表2 樁承載力表

3 支護結構設計

3.1 基坑圍護方案

（1）生物反應池采用雙排Φ600 mm預應力管樁，A B型，樁長15 m，前排間距0.8 m，后排間距1.6 m，排距5.5 m?？紤]到管樁接頭位置受力較薄弱，結合現場運輸條件，采用單節樁，見圖1。

圖1 雙排管樁基坑平面圖

（2）前排后背采用Φ500 mm水泥土攪拌樁止水，搭接150 mm，樁長10 m。

（3）頂部采用鋼筋混凝土桁架式連梁，實踐表明桁架式連梁比平行連梁具有更大的水平剛度。

（4）坑內四周采用水泥土攪拌樁加固，坑中采用雙向抽條布置的水泥土攪拌樁加固，既減小擋墻位移，也可以在挖土不平衡時約束工程樁傾斜，見圖2。

3.2 基坑計算

雙排樁計算按照《建筑基坑支護技術規程》J G J120-2012提供的計算方法，采用理正深基坑計算軟件進行計算，其中混凝土強度等級按照剛度（E I）等效的原則取C45，見圖3。

圖2 雙排管樁基坑剖面圖（單位：mm）

圖3 雙排管樁計算結果包絡圖

按照文獻[4]雙排樁排距大于土體主動滑裂面距離時，雙排樁近似與拉錨結構，所以基坑支護結構宜按照單排樁拉錨結構復核，見圖4。

圖4 錨拉管樁計算結果包絡圖

從圖4可以看出，采用錨拉式支護模式，計算所得支護管樁的內力更小，所以采用圖3計算結果選用的管樁型號應該是安全的。

5 基坑實施效果

工程采用預應力管樁基坑圍護結構取得了成功，不僅大大加快了工程進度，而且節省了工程造價，在基坑開挖過程中，鄰近的管道和建筑的沉降和位移監測均在允許范圍之內，見圖5。

圖5 現場施工照片

6 結語

（1）預應力管樁在一定的深度條件下用于軟土基坑圍護，不僅能保證安全，而且具有施工速度快，造價低等優勢；

（2）預應力管樁與灌注樁相比也具有較好的水平承載力，預應力管樁用于基坑支護工程時，采用厚壁和A B型以上大直徑管樁具有較好的受力性能和經濟效益；

（3）雙排預應力管樁圍護結構結合坑內土體加固可以有效減小基坑位移。

[1]王離.預應力管樁的最新進展和發展趨向[J].混凝土與水泥制品,2015(2):32-35.

[2]李仁民,陳曉鳳,童立元,等.雙排高強預應力砼管樁在基坑支護工程中的應用[J].巖土工程學報,2012(S1):585-589.

[3]JGJ 120-2012,建筑基坑支護技術規程[S].

[4]聶慶科,等.深基坑雙排樁支護結構設計理論與運用[M].北京:中國建筑工業出版社,2008.

T U47

B

1009-7716（2017）06-0301-02

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2017.06.088

2017-02-19

曹志杰（1978-），男，江蘇常州人，高級工程師，從事給排水結構設計工作。