PC工法樁在地下車庫基坑工程中的應用

柯靈潮

臺州市住房和城鄉建設局 浙江 臺州 318000

長期以來，深基坑支護工程形式多為鋼筋混凝土支護及鋼結構支護，尤其鋼筋混凝土支護的應用十分廣泛[1]。然而，隨著工程技術的發展，鋼筋混凝土支護體系結構在造價、工期、環保等方面顯現出了不足，如今，PC工法樁施工技術趨于成熟，適用于沿海軟土深基坑的支護工程中。該工藝主要采用如型鋼、鋼板、鋼管樁等多種材料，可將這些材料任意組合拼接，形成不同形式的圍護樁，并可以根據實際的工程形式選擇不同的組合形式。目前使用比較廣泛的組合形式有拉森鋼板＋鋼管樁、鋼管樁＋型鋼等，具有材料剛度大、施工速度快、無泥漿、無噪聲、適應于多種場地、止水性好、材料可回收重復利用等特點[2]。背景工程地處臺州經濟技術開發區中心地帶，周圍管線較多且土質較差，因此采用鋼管樁＋拉森鋼板樁的組合形式可以解決該工程中的諸多難點。

1 工程概況

浙江省臺州市經濟技術開發區某車庫基坑工程，東南側至祥和路，東北側至群韻路，西南側至廣場中路，西北側至市圖書館、市文化館用地邊線，為地下3層的停車庫，混凝土框架結構，總建筑面積約38 000 m2。地下室分為3層，呈較為規則的長方形，長邊長約220 m，短邊長約63 m，地下室面積約41 067 m2，開挖深度為12.950 m。

本工程東側地下埋有高壓電纜、雨水管和污水管等市政管線，南側與臺州市檔案館相鄰，建筑外墻距基坑44.00 m，地下埋有污水管。西側用地紅線外為寬4 m的人行道，同時地下埋設有地下水管和污水管。北側用地紅線外為寬10 m的人行道，該側還有重要公共建筑臺州市圖書館和臺州市文化館。地下室側壁距離建筑約21 m。

工程地質條件由上至下依次為①0層素填土、②1層淤泥質粉質黏土、②2層淤泥、③層黏土及④1層黏土。

2 PC工法樁的應用

本工程的施工難點如下：

1）基坑開挖深度較深，挖深范圍內包括很大一部分的淤泥以及淤泥質黏土，如②1層淤泥質粉質黏土，層頂標高為－1.63～－0.01 m。②2層淤泥，層頂標高為－10.10～－5.60 m。該土層壓縮性高，物理力學性質差，而工程土方開挖經歷梅雨季節，雨量較大，土質以及降雨因素的綜合作用，對開挖相應土層會造成很大的困難。

2）本基坑工程底板墊層底部的標高為－12.05 m，屬深大基坑的范疇。在基坑開挖及地下室施工的過程中將會對基坑外側挖深范圍內的四周產生不利的影響，因此需要對基坑的支護結構、工程樁以及周圍臨街的建筑物、道路、地下管線進行監測。

考慮到本工程地質條件、基坑開挖深度以及周圍的環境等因素，基坑圍護方案采用排樁＋2道水平支撐，排樁采用PC工法組合鋼管樁（鋼管樁＋拉森鋼板樁組合形式），分別使用混凝土支撐體系與鋼結構支撐體系。電梯井坑中坑使用水泥攪拌樁重力式擋土墻結構。

2.1 施工技術安排

以圖1中所示位置為施工起點，先行施工高壓旋噴樁（或水泥攪拌樁）內圈，從工程南面往西面施工；同時開始施工PC圍護樁，從南面往東面施工。再根據鋼管樁和拉森鋼板樁情況，在已布置PC圍護樁的位置做高壓旋噴樁（或水泥攪拌樁）外圈（所在位置的PC圍護樁必須先施工完成）。

圖1 PC管樁施工順序

2.2 PC工法組合鋼管樁施工方法

工程圍護排樁采用PC工法組合鋼管樁，是一種新型的組合式型鋼基坑支擋結構。該工法采用鋼管樁與拉森鋼板樁組合連接，形成一個整體的鋼質連續墻體組合結構，是一種綠色施工的可回收式鋼質連續墻（圖2～圖4）。

圖2 施工后的連續墻示意

圖3 PC工法樁平面示意

圖4 PC工法樁三維示意

根據引進的PC工法組合鋼管樁施工技術指導，結合工程實際情況，施工工藝設備選用情況如下：

1）首節鋼管樁和拉森鋼板樁沉樁設備采用日立470H履帶式全液壓全回轉長臂振動錘（液壓長臂振錘）。該設備作業半徑大、裝載靈活，可以自由調整鋼管樁的方向和垂直度，施工效率高。

2）施工第2節鋼管樁時，因沉樁深度達30 m左右，上述設備施工功率和沉樁速率略有不足，故采用履帶式起重機配合28RF型電動振動錘沉樁。該振動錘最大激振力達786 kN，拔樁力達400 kN，完全可以滿足本工程施工需要。

3）因工程緊鄰臺州市圖書館和文化館，故相應位置的PC工法組合鋼管樁采用ICE公司28RF型免共振錘施工。該機型屬高頻振動錘，施工噪聲低，對周圍土體的影響小，可實現無公害施工。

原場地已施工水泥攪拌樁（但其深度不能滿足更改后的設計方案要求），雖然設計圖紙上攪拌樁是緊鄰PC工法樁的，但實際因攪拌樁的工藝精度原因，其仍會影響到PC樁施工區域。水泥攪拌樁硬化后強度大、較堅硬，并且在PC工法樁區域分布不均勻，導致PC工法樁入土困難。根據試打情況，鋼管樁因其剛度大，情況稍好，單獨入土時采用大功率錘尚能順利施工。但拉森鋼板樁剛度小，入土困難，即使用大功率振動錘將其勉強擠入，拉森鋼板也易產生扭曲，且因土層硬度不均，這種扭曲在水平與垂直方向同時存在，造成鋼管樁沿拉森鋼板樁鎖扣入土時，由于鎖扣的扭曲產生鎖死現象，導致鋼管樁極難下沉，甚至鎖扣間因為摩擦產生熱量過大而出現熔解現象，最后鋼管樁與拉森鋼板樁間鎖扣撕裂，鋼管樁才繼續入土。為了應對這種情況，擬采用高壓旋噴樁用清水進行水平向切割的引孔措施，破壞侵入PC工法樁施工區域的原水泥攪拌樁，引孔深度為12 m。

引孔后（或在不需要引孔區域），PC工法樁施工布置與要求如下[3-8]：

1）測量放線。根據項目的測量控制網，先定出排樁中心線，再確定首根鋼管樁的中心位置，按施工順序沿中心線方向推進施工。軸線測量放線經復核后報監理工程師復核確認。

2）樁位對中和垂直度校準。樁位對中的關鍵是確保排樁施工位置在定位中心線上。施工前，在排樁中心線上，距離施工樁位25 m左右架設一臺經緯儀，以中心線為角度觀察方向，觀測鋼管樁的垂直度和導槽的中心位置，確保垂直度的同時避免排樁中心位置超出軸線位置。另外，在第一臺經緯儀和樁位形成90°角左右的位置架設另外一臺經緯儀，校核垂直度偏差。先將第1節樁起吊，將其插入地下已布置好的樁位當中，先插入土中30～50 cm，在插入穩定后使用2臺經緯儀同時進行垂直校正，直到樁的垂直度符合規范要求（在樁打入土中3 m后不得進行垂直校正，若出現偏差，則應拔出重新插入）。

3）首根樁施工的定位和垂直度控制。因鋼管樁與拉森鋼板樁連接的導槽在橫向上的尺寸調整有限，且導槽與排樁中心線一致，故首根樁的定位和垂直度控制尤為關鍵。

4）第1節鋼管樁沉樁。第1節鋼管樁（下段）對中和垂直度校正后，采用履帶式全液壓全回轉長臂振動錘（液壓長臂振錘）振動法打入，先以樁自重和液壓振動錘自重下壓，待沉樁穩定后，開啟振動錘，同時工作臂持續下壓，振動打入直至鋼管上端離溝槽底面1 m左右。在下壓和振動打入過程中，用2臺經緯儀觀測垂直度情況。

5）鋼管樁的連接。鋼管樁對接處采用長2 m內襯管作為連接的介質材料，起到加強連接處側向剛度與方便鋼管對焊的作用。在內襯管兩端各有12個孔，上下2根鋼管在連接端部與內襯管的孔洞對應地方也有12個孔，用高強螺栓與內襯管進行連接，起到焊接前對各個構件（內襯管、上下鋼管）臨時固定的作用。對焊時確保焊接質量，焊縫應飽滿。為了確保鋼管樁上下節能被順利拔出，在上下鋼管連接處加焊4塊20 cm×20 cm弧形鋼板。鋼板4邊都應焊接，并保證焊縫飽滿。

6）第2節鋼管樁沉樁。在打24、26、28 m鋼管樁的時候，由于不能一次性加工完成，故先將管樁進行焊接，待冷卻后打入地下。

7）拉森鋼板樁沉樁。鋼管樁沉樁至設計標高后，長臂振錘吊起拉森鋼板樁，對準鋼管側壁的連接鎖口，振動下沉，在排樁軸線方向同時校正垂直度和拉森鋼板樁的中心線，滿足設計要求后振動下沉至設計標高。

8）排樁的合攏。PC工法組合式鋼管樁排樁沿軸線方向施工，至末尾合攏時，不可避免地存在合攏段的尺寸偏差和垂直度偏差問題，按規制的鋼管樁或拉森鋼板樁無法順利合攏。此時，可采取鋼板鎖扣平面連接（圖5）。

圖5 合攏段結構示意

2.3 基坑監測

為確保地下室施工期間圍護結構的安全以及周邊建筑物、道路和管線的正常使用，要求在土方開挖和地下室施工期間實施全過程、動態的基坑監測；應當根據相應規范以及現場實際情況制訂監測方案，主要包括：圍護墻頂部的水平位移及豎向位移；深基坑內深層的水平位移；立柱的豎向位移；支撐軸力；地下水位；圍護結構周邊的道路及上部地表的豎向位移；圍護周邊管線變形；圍護周邊建筑物變形；塔吊、圍墻、臨時用房。

基坑開挖期間至少保證1次/d的監測；基礎底板澆筑后前7 d內至少保持1次/d的監測，7 d以后至基坑回填期間可以每3 d進行1次監測。當監測數據達到報警值，數據變化異常，支護結構發生開裂，基坑周圍的建筑及地表出現較大的變形，基坑底及側壁出現管涌、滲漏及流砂等情況，長時間發生降雨及其他惡劣天氣時，應當提高監測的頻率，并將數據整理成表格，繪制成曲線，如位移-深度曲線、位移-沉降曲線、軸力-時間曲線等。

3 結語

本工程地處臺州市經濟技術開發區核心地段，在對周圍環境及地下土質等因素綜合考量后，決定采用鋼管樁＋拉森鋼板樁組合形式的PC工法樁進行施工，其優點如下：

1）樁身剛度大、強度高，可有效地控制支護結構的自身變形，很好地解決了因周邊荷載及土質因素給基坑帶來的變形大的問題，保證了基坑的穩定性。

2）拉森鋼板樁與鋼管樁采用弧形搭接，整體性較強，可以起到止水、止砂等作用，防止坑壁及坑底出現滲水的情況。

3）2根鋼管樁之間用鋼板相連，改善了傳統圍護樁中樁間距的局限性，經濟性較好，施工速度快，零養護期，縮短了施工工期。

4）基坑回填后可將鋼管樁及鋼板進行回收，施工過程中無泥漿、無污染，綠色環保，具有一定的推廣價值。