PRC 管樁在基坑中的應(yīng)用

孫 貝，米春榮，孫永梅1、，王淑文

（1.山東建研科技發(fā)展有限公司，山東 濟(jì)南 250031；2.山東建科特種建筑工程技術(shù)中心有限公司，山東 濟(jì)南 250031；3.山東省建筑科學(xué)研究院有限公司，山東 濟(jì)南 250031）

1 工程概況

力高未來城A6 地塊位于濟(jì)南市濟(jì)陽縣經(jīng)二路西側(cè)，緯二路南側(cè)，基坑開挖面積約17900m2，基坑開挖深度在4.10～4.72m，擬建建筑物包括住宅樓、商業(yè)樓和地下車庫。

建設(shè)場(chǎng)地北側(cè)為空曠場(chǎng)地，南側(cè)為緯一路，西側(cè)為內(nèi)部施工道路，東側(cè)為經(jīng)二路，東北角方向有一座6 層居民樓。建設(shè)場(chǎng)地地形起伏較小，地貌單元屬?zèng)_洪積平原地貌。按地基土的成因類型、地質(zhì)特征，勘探深度范圍內(nèi)的地基土可分為5 層，分別為：①素填土；②粉質(zhì)黏土；③粉土；④粉質(zhì)黏土；⑤粉土。具體參數(shù)可見表1。

2 基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

基坑支護(hù)設(shè)計(jì)方案應(yīng)考慮安全性、經(jīng)濟(jì)性、工期等不同因素，結(jié)合力高未來城A6 地塊場(chǎng)區(qū)的工程特點(diǎn)，根據(jù)相關(guān)材料，考慮周邊環(huán)境，本基坑工程采用懸臂樁支護(hù)、土釘墻支護(hù)形式，其中2-2 剖面采用懸臂樁支護(hù)。基坑支護(hù)平面圖如圖1 所示，2-2 剖面的支護(hù)形式如圖2 所示。

3 基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算

在基坑工程中，若基坑附近有居民樓，則對(duì)基坑的位移有較高的要求，該基坑?xùn)|北角處（2-2 剖面）有一座6 層的居民樓，支護(hù)結(jié)構(gòu)采用懸臂樁支護(hù)，現(xiàn)對(duì)該剖面進(jìn)行理論計(jì)算和數(shù)值模擬分析。

3.1 理論計(jì)算

圖1 基坑支護(hù)平面

表1 土層力學(xué)參數(shù)

圖2 2-2 剖面的支護(hù)形式

基坑2-2 剖面采用懸臂樁支護(hù)，以水泥土攪拌樁作帷幕，帷幕內(nèi)插PRC 管樁。水泥土攪拌樁直徑600mm，搭接200mm，樁間距400mm，樁長11m。管樁設(shè)計(jì)選型采用等剛度代換法[4]，如式（1）、式（2）所示。

PRC 管樁的剛度：

式中：EI-管樁樁身剛度，N·mm2，EC0-混凝土彈性模量，C80 混凝土彈性模量取3.8×104N/mm2；D0-管樁外徑，mm；d-管樁內(nèi)徑，mm。

混凝土灌注樁剛度：

式中：EI-管樁樁身剛度，N·mm2；EC1-混凝土彈性模量，C30 混凝土彈性模量取3.0×104N/mm2；D1-灌注樁直徑，mm。

對(duì)C30 混凝土的灌注樁和C80 混凝土的管樁進(jìn)行等剛度代換，得到式（3）：

由式3 可以換算出管樁型號(hào)采用PRCI400（95）-AB 型，樁長10m，樁頂設(shè)置冠梁，冠梁尺寸600mm×400mm，用C30 混凝土澆筑形成[2]。利用理正深基坑軟件對(duì)基坑2-2 剖面進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算結(jié)果如圖3、圖4 所示。

根據(jù)基坑支護(hù)等級(jí)二級(jí)可知，地面允許沉降量不超過1%H，基坑水平位移不超過30mm，如圖3、圖4 所示，該工程的最大沉降量為34mm，基坑水平位移在22mm 左右，均在允許范圍之內(nèi)[1]。

3.2 數(shù)值模擬計(jì)算

3.2.1 模型建立

利用ABAQUS 軟件，選取2-2 剖面進(jìn)行計(jì)算分析，計(jì)算模型二維尺寸定為20m×20m，開挖深度為4.5m，開挖寬度6m。模型的邊界條件為模型兩邊設(shè)置X 向約束，模型底邊設(shè)置X 向、Y 向約束，模型上表面不作約束。圖5 為模型的二維有限元網(wǎng)格圖，共1600 個(gè)單元。土體采用單元CPE4 模擬，模型中的各土層參數(shù)如表2 所示，土體本構(gòu)模型采用M-C 模型[3]。

圖3 2-2 剖面力學(xué)分析結(jié)果

圖4 地表沉降

圖5 二維有限元網(wǎng)格

表2 土體的模型計(jì)算參數(shù)

3.2.2 結(jié)果分析

利用ABAQUS 軟件對(duì)基坑開挖過程進(jìn)行模擬，基坑開挖后的水平位移計(jì)算結(jié)果云圖如圖6 所示。

從圖6 中可以看出，基坑開挖后樁頂?shù)乃轿灰茷?0mm 左右，在允許范圍之內(nèi)。

圖6 水平位移

4 結(jié)論

本文以濟(jì)陽縣某基坑支護(hù)為研究對(duì)象，借助理正深基坑軟件，采用等剛度代換法計(jì)算基坑的變形。將理論計(jì)算結(jié)果與數(shù)值模擬結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，基坑開挖后樁頂水平位移的計(jì)算結(jié)果一致，這說明等剛代換法計(jì)算PRC 管樁基坑支護(hù)是可行的。