許 健

XU Jian

(廣東省基礎(chǔ)工程集團(tuán)有限公司，廣東 廣州510001)

PHC 管樁因其施工快、造價(jià)低、樁身質(zhì)量可控性好等優(yōu)勢(shì)廣泛應(yīng)用于基礎(chǔ)工程中，但由于其抗彎性能差、樁長(zhǎng)較短且無(wú)法接長(zhǎng)等原因，使其在基坑支護(hù)工程中的應(yīng)用有很大的局限性。鉆孔灌注樁適應(yīng)性強(qiáng)，在基坑支護(hù)工程中應(yīng)用較廣，但其施工工序復(fù)雜，質(zhì)量可控性較差，造價(jià)較高［1］。本文通過(guò)兩種樁型在同一基坑工程中的綜合應(yīng)用，以探討兩種樁型的適用性和局限性。

1 工程概況

1.1 基坑概況

擬建場(chǎng)地地貌單元為珠江三角洲沖積平原。擬建高層建筑占地面積約為43200 m2，基坑周長(zhǎng)約1000 m?；又苓吔ㄖ^少，基坑支護(hù)安全等級(jí)為二級(jí)，基坑側(cè)壁重要性系數(shù)1.0。基坑開(kāi)挖深度較淺，約為7 m，淤泥層厚度較厚，而且起伏較大，最深達(dá)11 m，較淺的有5.1 m，分布于開(kāi)挖深度以上。北側(cè)及東側(cè)距基坑12 m 位置為規(guī)劃中道路，車(chē)流量較少，該區(qū)域可進(jìn)行適度放坡開(kāi)挖，由于開(kāi)挖處為淤泥，無(wú)法完全放坡，仍需要采取支護(hù)措施;南側(cè)為城市道路，距基坑僅有2 m 左右;西側(cè)為在建建筑物，因此，在南側(cè)及西側(cè)只能采用基坑支護(hù)措施，垂直開(kāi)挖。

1.2 地質(zhì)概況

據(jù)地質(zhì)鉆探取芯揭露，按不同成因類(lèi)型、結(jié)構(gòu)特征、風(fēng)化程度等可將場(chǎng)地勘探深度范圍內(nèi)巖土層分為第四系土層及基巖;地質(zhì)依次為人工填土、其下為海沖積淤泥、粉質(zhì)黏土、中粗砂、底部為泥質(zhì)粉砂巖及砂巖殘積土，基巖為中生界侏羅系砂巖及白堊系泥質(zhì)粉砂巖地層。根據(jù)地質(zhì)鉆孔，基坑地層性質(zhì)變化很大，尤其是淤泥層厚度相差較大，設(shè)計(jì)中將基坑支護(hù)工程分為5 個(gè)斷面，斷面劃分見(jiàn)圖1，各個(gè)斷面的地質(zhì)情況見(jiàn)表1。采用公式計(jì)算m 值，d 為基底位移估計(jì)值。

1.3 水文地質(zhì)條件

地下水勘探結(jié)果顯示，擬建場(chǎng)地地下水主要為賦存于中砂中的孔隙承壓水和中風(fēng)化砂巖中的構(gòu)造裂隙承壓水，淤泥、粉質(zhì)黏土、全-微風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖及全-強(qiáng)風(fēng)化砂巖和微風(fēng)化砂巖富水性和透水性均較差，為相對(duì)隔水層。潛水深度約為3 m，主要由雨水及地表水補(bǔ)給。

表1 各斷面地質(zhì)情況表

2 方案比選與分析

2.1 基坑初步方案比選

本基坑開(kāi)挖深度有7 m，淤泥層為5.1～11 m，若采用土釘墻支護(hù)，則土層滑裂面半徑較大，土釘墻很難保證基坑安全;若采用水泥土重力式擋墻，水泥攪拌樁在淤泥層中成樁質(zhì)量較差，強(qiáng)度很低，無(wú)法滿(mǎn)足要求;雙排樁相對(duì)造價(jià)比前幾種高，且本工程北側(cè)及東側(cè)放坡后僅需開(kāi)挖3 m 多，采用雙排樁則不經(jīng)濟(jì)，南側(cè)及西側(cè)施工面較狹窄，無(wú)法滿(mǎn)足雙排樁的構(gòu)造要求。

經(jīng)比較，基坑采用排樁進(jìn)行支護(hù)則較為經(jīng)濟(jì)適用，目前常用的排樁有PHC 管樁和鉆孔灌注樁兩種，設(shè)計(jì)時(shí)通過(guò)試算，選用兩種樁型中較為經(jīng)濟(jì)適用的樁型。

2.2 兩種樁型造價(jià)對(duì)比

(1)鉆孔灌注樁的造價(jià)計(jì)算:直徑600 mm 的鉆孔灌注樁人工費(fèi)和機(jī)械費(fèi)約為116.6 元/m，材料費(fèi)為130.2 元/m，綜合費(fèi)為5.8 元/m。綜合單價(jià):116.6 +170.2+5.8=292.6 元/m。

(2)PHC 管樁的造價(jià)計(jì)算:直徑600 mm 的PHC管樁出廠價(jià)156 元/m，200 km 距離運(yùn)費(fèi)為20 元/m，壓樁綜合費(fèi)用20 元/m。綜合單價(jià)為156 +20 +20 =196 元/m。

經(jīng)對(duì)比，相同直徑的PHC 管樁的造價(jià)相對(duì)鉆孔灌注樁較低，選用PHC 管樁時(shí)可以顯著降低成本。

2.3 兩種樁型工期對(duì)比

在土質(zhì)及砂質(zhì)的地質(zhì)中，長(zhǎng)度為12 m 的單節(jié)PHC 管樁按每分鐘壓入1 hm 計(jì)算，加上移架、對(duì)中調(diào)時(shí)用時(shí)，約半小時(shí)可完成一根樁。

長(zhǎng)度12 m 的鉆孔灌注樁成孔用時(shí)2 h，清孔用時(shí)0.5 h，放置鋼筋籠及澆注混凝土用時(shí)1 h，則完成一根鉆孔灌注樁約用時(shí)3.5 h。

由此可知，PHC 管樁施工速度比鉆孔灌注樁快很多，而且PHC 管樁施工完成后約7 d，待應(yīng)力消散后即可檢測(cè)及進(jìn)行下一道工序施工，而鉆孔灌注樁施工完成28 d 后才能檢測(cè)及進(jìn)行下一道工序施工。由此可知，采用PHC 管樁比鉆孔灌注樁可加快工期。

3 基坑支護(hù)設(shè)計(jì)

3.1 兩種樁型設(shè)計(jì)初步思路

根據(jù)基坑周邊環(huán)境及地質(zhì)情況，將基坑分為5個(gè)斷面計(jì)算，斷面劃分見(jiàn)圖1，每個(gè)斷面取最不利地質(zhì)情況，采用理正深基坑F-SW7.0，參照《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程(JGJ 120—2012)》進(jìn)行單元計(jì)算。

圖1 支護(hù)斷面劃分示意圖

兩種樁型在各個(gè)斷面的選用，本文從以下幾點(diǎn)考慮:

(1)試算的最大彎矩小于PHC 管樁的極限彎矩，最大剪力值小于PHC 管樁的剪力承載力時(shí)，可以選用PHC 管樁。而混凝土樁通過(guò)配筋，其彎矩抵抗值可以是PHC 管樁的數(shù)倍。當(dāng)計(jì)算最大彎矩或最大剪力超過(guò)PHC 管樁的承載力，則應(yīng)選用混凝土樁。

因此，應(yīng)在基坑較淺，土層穩(wěn)定較好的斷面選用PHC 管樁，如2-2 斷面、3-3 斷面。

(2)由于PHC 管樁接頭無(wú)法承載彎矩，支護(hù)樁樁長(zhǎng)不應(yīng)大于PHC 管樁的單節(jié)長(zhǎng)度，目前常用的樁長(zhǎng)小于12 m。在中小型基坑中，支護(hù)樁嵌固深度經(jīng)驗(yàn)值約為5 m，一般支護(hù)高度小于7 m 的斷面才適用于PHC 管樁。

因此，在可放坡的1-1 斷面、2-2 斷面、3-3 斷面可以考慮選用PHC 管樁，4-4 斷面、5-5 斷面則應(yīng)選用鉆孔灌注樁。

3.2 各斷面支護(hù)設(shè)計(jì)參數(shù)

詳細(xì)設(shè)計(jì)參數(shù)見(jiàn)表2。

表2 各斷面設(shè)計(jì)參數(shù)表

3.3 各支護(hù)斷面計(jì)算結(jié)果

各個(gè)斷面計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 各斷面基坑支護(hù)計(jì)算結(jié)果

(1)由計(jì)算可知，各個(gè)斷面的整體穩(wěn)定安全系數(shù)Ke≥1.3，抗傾覆安全系數(shù)Ks≥1.2，PHC 管樁及混凝土樁均可以滿(mǎn)足基坑穩(wěn)定性要求。

(2)經(jīng)計(jì)算，1-1 斷面、2-2 斷面、3-3 斷面支護(hù)樁長(zhǎng)度小于PHC 管樁單節(jié)長(zhǎng)度，且樁身的極限彎距和抗剪強(qiáng)度都滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，選用管樁是安全經(jīng)濟(jì)的。4-4 斷面、5-5 斷面開(kāi)挖深度較深，計(jì)算的最大彎距值超過(guò)管樁的極限彎距，不宜選用PHC 管樁，否則導(dǎo)致樁身破壞、基坑坍塌等事故。應(yīng)選用鉆孔灌注樁［2］。

4 PHC 管樁及混凝土樁施工優(yōu)劣對(duì)比

(1)鉆孔灌注樁的施工基本是在水下進(jìn)行，樁身質(zhì)量較難控制。PHC 管樁是工業(yè)化生產(chǎn)，樁身質(zhì)量可靠。

(2)PHC 管樁壓樁工序相對(duì)簡(jiǎn)單，重點(diǎn)注意樁頭破損及垂直度問(wèn)題。而鉆孔灌注樁施工工序較復(fù)雜，質(zhì)量控制點(diǎn)較多，可控性差。泥漿質(zhì)量、鉆進(jìn)速度、鋼筋籠質(zhì)量、水下混凝土澆注工藝等，都可能導(dǎo)致灌注樁出現(xiàn)縮孔、塌方、樁身傾斜、斷樁、夾泥、沉渣等質(zhì)量缺陷［3］。

(3)由于工藝限制，PHC 管樁僅適用于風(fēng)化殘積土層、砂層、黏土等較軟弱的地層。鉆孔灌注樁適用范圍較廣，適用于各類(lèi)土層、碎石層及風(fēng)化巖層。

(4)PHC 管樁無(wú)泥漿、現(xiàn)場(chǎng)文明潔凈，采用壓樁工藝無(wú)振動(dòng)、低噪音，但PHC 管樁有擠土效應(yīng)，施工不當(dāng)會(huì)影響周邊建筑物安全。鉆孔灌注樁設(shè)備簡(jiǎn)單，施工時(shí)無(wú)振動(dòng)，低噪音，施工時(shí)要泥漿循環(huán)，易造成污染。

5 兩種樁型的局限性和適用性對(duì)比

5.1 PHC 管樁的局限性與適用性

由前面分析可知，PHC 管樁施工快、成本低、質(zhì)量可控性好、對(duì)環(huán)境污染小，相對(duì)鉆孔灌注樁有著很大的優(yōu)勢(shì)。但PHC 管樁受樁長(zhǎng)和樁身強(qiáng)度局限，且由于管樁是壓入或打入土中，受地質(zhì)條件影響較大。PHC 管樁可適用于深度較淺(一般小于7 m)、土質(zhì)較好的常規(guī)基坑中。

5.2 鉆孔灌注樁的局限性與適用性

鉆孔灌注樁是在現(xiàn)場(chǎng)制作，樁長(zhǎng)和樁身強(qiáng)度都可以進(jìn)行調(diào)整，適用性較強(qiáng)，一般可以適用于深度15 m 以?xún)?nèi)的基坑，且適用于各類(lèi)土層、碎石層及風(fēng)化巖層的基坑。但在成本、施工速度和質(zhì)量可控性等方面，相對(duì)于PHC 管樁較弱。

6 結(jié) 語(yǔ)

本基坑工程已施工完成，并驗(yàn)收合格，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可滿(mǎn)足安全要求。在本工程中，PHC 管樁的內(nèi)力驗(yàn)算、抗傾覆穩(wěn)定性驗(yàn)算、整體穩(wěn)定驗(yàn)算均滿(mǎn)足規(guī)范的要求，可作為支護(hù)樁選用，在類(lèi)似工程中可作參考。

在一些較淺的基坑中，我們可以通過(guò)PHC 管樁和鉆孔灌注樁的綜合應(yīng)用，在樁長(zhǎng)、樁身強(qiáng)度和地質(zhì)條件滿(mǎn)足的情況下，可優(yōu)先選用PHC 管樁。其他無(wú)法滿(mǎn)足的斷面，則選用鉆孔灌注樁。兩種樁型優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，在常規(guī)基坑中可以創(chuàng)造較好的經(jīng)濟(jì)效益。

［1]黃廣龍，李勇，宰金珉，等.預(yù)應(yīng)力管樁在深基坑支護(hù)工程中的應(yīng)用研究［J］.建筑施工，2005，27(4):12 -14.

［2]肖桃李，李新平，戴翼飛.PHC 管樁在深厚軟土基坑支護(hù)中的應(yīng)用［J］.施工技術(shù)，2007(36):47 -49.

［3]張仕，李歡秋，王愛(ài)勛.提高PHC 管樁在深基坑支護(hù)中應(yīng)用的技術(shù)途徑［J］. 地下空間與工程學(xué)報(bào)，2011(增刊2):1643 -1647.