PC工法組合鋼管樁在超大深基坑工程中的應用

施文磊

上海建工二建集團有限公司 上海 200090

隨著深基坑支護技術的不斷成熟，工程實際中人們對新的輕量化、簡便化、效益更高、工期更短的支護體系需求越來越高，傳統的鋼筋混凝土支護結構已經展露出了極其不適應的表現。本文著重介紹了PC工法組合鋼管樁[1-4]在杭州某大學項目超大深基坑工程中的應用，它具有輕量簡便、工期短、成本低、綠色環保等特點。目前，該技術的研究運用普遍集中于開挖深度較淺、體量較小的工程。因此，在本項目中的成功運用將為后續同類工程的施工運用提供理論和實踐基礎。

1 案例概況

1.1 工程概況

本項目采用“一心八島”設計理念，總建筑面積70萬 m2。公共中心組團占地面積4.2萬 m2，總建筑面積15萬 m2，其中，地上建筑面積9.4萬 m2，地下面積5.6萬 m2，為框架剪力墻結構。建筑高度29.8 m，抗震等級為框架四級，剪力墻三級，地下2層。

項目基坑面積6.1萬 m2，延長米約1 437 m，普遍開挖深度5.5～7.0 m，土方量約21萬 m2，基坑安全等級為二級。基坑周邊空曠沒有明顯障礙物，周邊屬于待建施工場地，基坑周邊暫無管線與建筑物。

1.2 圍護概況

基坑圍護整體為放坡加PC工法組合鋼管樁圍護體系，PC工法組合鋼管樁樁長22 m，直徑630 mm，樁間距1 100 mm，出土點位置后排樁間距2 200 mm；采用壁厚為14 mm的螺旋焊管，鋼管等級為Q345。鋼管樁與鋼板樁之間通過卡口1∶1連接，起到擋土與擋水的作用。出土口位置采用雙排樁圍護形式，在原有PC工法組合樁外側加1道鋼護筒圍護樁，樁長22 m，直徑630 mm，壁厚14 mm。橫向支撐采用1道大角撐形式，截面面積0.8 m×0.8 m（圖1）。

1.3 水文地質概況

2 基坑施工難特點

2.1 地下障礙物多，施工難度大

本場地范圍大，該區域90年代前為鳳都村及崇化村村落、農田地，場地內存在因建設被填埋的河塘浜。目前，這2個村落已被拆除，在場地內留存有大量民房拆遷后遺留的老舊基礎，對樁基施工及土方開挖有一定影響。

2.2 基坑周邊待建單體多，基坑變形控制要求高

基坑周邊50 m范圍內都有待建單體，且與基坑同步施工，必須減少基坑變形給周邊單體帶來的影響，降低風險。必須精心組織策劃好基坑施工各道工序的銜接，加快基坑施工的速度，做好應急預案。同時，加強對基坑的監測，對土體位移、軸力監測、沉降監測以及坑外水位變化等實施每日一測，并定時上報。

2.3 單體眾多且較為分散，平面交通組織困難

本工程總用地面積66萬 m2，建設單體量大，共計1個中心、8個建設組團（各組團內單體量不一），總體施工流程需考慮資源配置合理分區、分段。建設組團分區施工，同一時間各建筑的施工工況不盡相同，綜合各區域不同施工階段的臨時道路需要，只有組織好龐大的內部施工交通流線，才能不相互干擾施工，保證施工的順利進行。

3 圍護體系比選

3.1 圍護體系分析比選

項目基坑面積6.1萬 m2，基坑周長約1 437 m，開挖深度達5.5～7.0 m。項目實施前期，討論并設計了多種圍護體系，最終對3個圍護方案進行了對比分析。

3.1.1 鉆孔灌注樁加鋼筋混凝土大角撐圍護體系

鉆孔灌注樁加混凝土大角撐的形式較為傳統，整體穩定性高。但鑒于本工程基坑面積較大，工期較緊，且場地條件較差，鉆孔灌注樁數量較多將會嚴重制約工期，同時大量的混凝土澆筑除增加工程造價外，實際施工時給場內交通帶來了巨大的壓力。

這部微電影，反映建場初期來到農場開荒拓土的南農人的生活。他們挖坑栽樹，將荒沙灘變成了萬畝果園，用青春和汗水為農場的發展奠定了根基。

3.1.2 大放坡加重力壩自立式圍護體系

該圍護方式成本降低，無需水平支撐，工期較快，但穩定性差。同時鑒于本工程場地緊缺，大放坡的形式將大大浪費場地空間。基坑周邊20 m左右為永久主道路（單軸攪拌樁梅花狀加固已施工完畢），基坑一旦變形過大將會對道路加固的單軸攪拌樁施以剪切力，破壞道路加固體系。

3.1.3 PC工法組合鋼管樁加大角撐圍護體系

PC工法組合鋼管樁是小止口拉森鋼板樁的升級和延伸，有效地解決了小止口拉森鋼板樁截面剛度小帶來的局限性。采用φ630 mm鋼管與小止口鋼板樁間隔施打并連接的擋土止水體系，施工方便，周期較短，穩定性高，綠色環保，非常適合本項目的工程實施。

3.2 PC工法組合鋼管樁工藝特點

3.2.1 工藝簡單

機械簡單，無需用電，對場地條件要求小。類似于拉森鋼板樁施工的工藝，只需根據設計的參數標高將鋼管樁及拉森鋼板樁按1∶1打入土體即可。

3.2.2 縮短工期

單臺機械每日能施工20 m，而鉆孔灌注樁單臺機械的日產量為1.5 m，在等機械數量的前提下，PC工法組合鋼管樁的實施效率是鉆孔灌注樁施工的13倍。

3.2.3 節約成本

PC工法組合鋼管樁新工藝有著很大的造價優勢，基坑面積越大，經濟效益越顯著。經過測算，采用該工藝，可為工程基坑階段的施工造價節約30%以上。

3.2.4 綠色環保

PC工法組合鋼管樁以租賃的方式進行圍護施工，不占用過多的不可再生資源。無需將大量的混凝土或水泥打入土體，有利于生態的可持續發展。同時，避免了鉆孔灌注樁鉆孔時的多余泥漿外運，確保了場內外的文明整潔。

4 施工關鍵技術

4.1 場地平整

PC工法組合鋼管樁施工前，需對樁位位置進行清理和勘探，清除障礙物。同時對機械的行進路線進行合理規劃，對地耐力進行復核，若有必要，需對場地硬化處理。在PC工法組合鋼管樁樁基施工路線上，提前挪移施工現場的自來水管線、電纜等，保證連續施工。

4.2 振送成樁

鋼管樁到位后，機械手解除夾持回轉，夾起拉森樁移動到預定位置由工人扶正對準企口后，啟動振動錘勻速加壓振送至預定標高。三支點樁基底盤應保持水平，平面允許偏差為±20 mm，立柱導向架垂直度偏差不應大于1/250，樁徑偏差不大于10 mm，標高誤差不大于100 mm。PC工法組合鋼管樁必須控制好下沉速度，一般為1 m/min。同時，在施工過程中，應派專人對樁號、樁長、標高、尺寸、垂直度等做詳細的施工記錄。

4.3 樁體起拔

在樁體起拔之前，需對樁體上圍檁進行破碎拆除并清理，場地具備條件后，方可進行PC鋼管樁的拔除施工。主要拔除設備有870型液壓打樁機1臺、挖掘機1臺。由液壓打樁機夾持材料，啟動振動錘邊振動邊起吊直至圍護材料露出地面后慢慢放下，解除夾持后裝車運離現場，同上操作步驟將鋼管樁拔出。本場地拔除的鋼管樁移至裝車地待一定量時裝運，應留出足夠的通道和停車場地，以便平板車行駛。拔樁時注意樁機的負荷情況，發現上拔困難或拔不上來時，應停止拔樁，可先往下施打少許，再往上拔。

4.4 拔除回填

PC工法組合鋼管樁拔除后，部分原鋼管內被切割的土體會隨著鋼管樁一同被拔出而形成空隙，若不及時處理會造成坍孔的現象，從而對周邊環境產生影響。常規采用水泥漿和黃砂對鋼管樁拔除后的空隙進行填充。

4.5 注意事項

4.5.1 地基承載力復合

由于PC工法組合鋼管樁施工的機械較大，實際施工過程中在施打和拔除階段都需確保機械所站位置的地基承載力，必要時輔以鋼板、路基箱或者硬化換填等措施。

4.5.2 圍護邊線與結構邊線的復核

方案制定階段必須復核結構邊線與圍護邊線之間的距離，根據工況，若有必要還需復核腳手架體系邊線與圍護邊線的距離，留足操作空間。避免結構懸挑板或腳手架體系影響PC工法組合工法樁的拔除。

4.5.3 場地規劃及交通路線的制定

本工程基坑開挖深度普遍在5.5～7.0 m，PC工法組合鋼管樁的設計樁長為22 m，交通運輸極其困難，場內臨時道路設計需充分考慮鋼管樁運輸車輛的轉彎半徑。同時，本項目的體量較大，鋼管樁數量較多，實際施工時，施打與拔除階段均需充分考慮鋼管樁的堆放場地。

5 基坑變形結果分析

5.1 布置點位情況及監測內容

根據監測要求，基坑監測包含36孔測斜孔，36孔水位孔，92個壓頂梁沉降及水平位移監測點，32個立柱樁監測點及12個支撐軸力監測點。其中，測斜孔預警值為50 mm，預警變化頻率為日變化3 mm；壓頂梁沉降預警值50 mm，預警變化頻率為日變化3 mm。

本文選取基坑施工過程中變形最大處的數據進行分析論證，即以深層墻體測斜CX22、CX23、CX35、CX36，以及圍護墻頂平面、垂直位移Q39、Q40、Q41、Q42等監測點為研究依據。

5.2 結果報告

在基坑開挖的施工過程中，基坑位移值受土方開挖、基坑深度、底板施工速度、周邊環境擾動等因素影響。

土體位移在開挖深度范圍內相對較大，基本在－11 m左右趨于穩定，即2倍的開挖深度。在整個基坑施工的過程中，最大位移出現在CX23點位－3.5 m處，位移約15 mm。冠梁的沉降在整個基坑施工階段日最大變化值為－0.05 mm，累計最大值為－6.1 mm。

由監測報告可知，無論是土體的側向位移還是冠梁的沉降，日變化值與累計變化值均遠小于規定值，滿足設計要求。因此可以得出結論：PC工法組合鋼管樁新型支護體系在本項目運用過程中的安全穩定性相對較高，可推廣使用。

6 結語

本文著重介紹了PC工法組合鋼管樁在杭州某大學項目超大深基坑工程中的應用，從基坑開挖到支撐拆除完成，在此過程中多次進行監測，深層土體位移以及冠梁的沉降量遠小于設計要求，證實了此圍護方案的安全可靠性，可廣泛推廣，也給同類項目，尤其是超大深基坑項目提供了實際經驗。

同時，PC工法組合鋼管樁在本工程中的成功應用，拓寬了支護體系設計的思路，其成品裝配的方式十分迎合當前的市場環境，綠色環保，節約資源。在工期成本上，該支護方式也有較大的優勢，經過測算，相比傳統的鉆孔灌注樁體系，其能節約30%左右的成本和工期。本文通過對工程案例背景的分析、圍護體系的比選、實際施工過程中的各類監測等方面的研究，為PC組合鋼管樁在同類型項目中的運用提供了理論和實踐基礎。