何 鑫

(山西省勘察設(shè)計(jì)研究院，山西 太原 030013)

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PHC管樁在基坑工程中的應(yīng)用

何 鑫

(山西省勘察設(shè)計(jì)研究院，山西 太原 030013)

闡述了PHC管樁作為支護(hù)樁用于基坑工程的特點(diǎn)，探討了PHC管樁在基坑支護(hù)設(shè)計(jì)中需要考慮的問(wèn)題，并通過(guò)工程實(shí)例，闡述了PHC管樁的設(shè)計(jì)方案，監(jiān)測(cè)結(jié)果驗(yàn)證了PHC管樁在基坑支護(hù)工程應(yīng)用中的可行性。

PHC管樁，基坑支護(hù)，承載力，錨索

隨著城市建設(shè)的發(fā)展，基坑支護(hù)工程在周邊環(huán)境、工期、環(huán)保等方面的要求越來(lái)越高，鉆孔灌注樁作為主要的支護(hù)形式之一，有時(shí)難以滿足工程的實(shí)際需求，PHC管樁在部分工程中可以替代鉆孔灌注樁使用。并且與灌注樁相比，PHC管樁具有能夠批量生產(chǎn)、施工速度快、造價(jià)相對(duì)較低、噪聲與泥漿污染少等特點(diǎn)。本文結(jié)合一個(gè)工程實(shí)例探討PHC管樁在基坑支護(hù)工程中的應(yīng)用。

1 工程概況

1.1 基坑概況

工程位于太原市小店區(qū)，擬建建筑地下室南北長(zhǎng)166.0 m，東西寬63.0 m，框剪結(jié)構(gòu)，筏板基礎(chǔ)。基底埋深-14.0 m，自然地面為-0.8 m。基坑自地下室輪廓線外擴(kuò)1.5 m，南北長(zhǎng)169.0 m，東西寬66.0 m，基坑總深度13.20 m，降水控制深度14.5 m。

1.2 周邊環(huán)境條件

基坑北西兩邊均有建筑，北側(cè)距建筑紅線25 m，紅線外11 m為在建12層辦公樓，基礎(chǔ)埋深12.5 m；西側(cè)距紅線11 m，紅線外10 m有已建5層～9層辦公樓，基礎(chǔ)埋深約5 m；東側(cè)13 m為建筑紅線；南側(cè)距建筑紅線12 m，東、南兩側(cè)紅線外均為市政道路。

1.3 工程地質(zhì)條件

根據(jù)野外鉆探、原位測(cè)試及室內(nèi)土工試驗(yàn)結(jié)果，在基坑深度相關(guān)范圍，場(chǎng)地地基土自上而下依次為：第①層：雜填土，雜色，主要由磚塊等建筑垃圾組成，混有較多粉質(zhì)粘土，稍濕，松散，土質(zhì)不均，堆積年限5年以上；平均層厚約3.0 m。第②層：粉土，褐黃色～褐灰色，濕，中密，含云母、氧化鐵、氧化鋁等，局部夾有粉砂、粉質(zhì)粘土透鏡體，具中等壓縮性。標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)錘擊數(shù)N值平均4.0擊；平均層厚5.68 m。第③層：粉質(zhì)粘土，褐灰色，軟塑～可塑狀態(tài)，含云母、氧化鐵、氧化鋁、少量粉砂等，局部夾有粉土透鏡體，具中等壓縮性。標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)錘擊數(shù)平均8.5擊；平均層厚9.03 m。

1.4 水文地質(zhì)條件

勘察揭露場(chǎng)地地下水類(lèi)型上部為孔隙潛水，主要受大氣降水補(bǔ)給。實(shí)測(cè)穩(wěn)定水位埋深介于6.60 m～8.80 m之間。

2 設(shè)計(jì)方案比選

在本工程所在地區(qū)，對(duì)于深度13 m左右的基坑而言，地區(qū)經(jīng)驗(yàn)多采用鉆孔灌注樁+錨索支護(hù)。本工程地處鬧市區(qū)，如采用鉆孔灌注樁支護(hù)，一方面灌注樁本身造價(jià)較高，另一方面，樁的施工對(duì)環(huán)境污染較為嚴(yán)重，泥漿的處置成為難題，且費(fèi)用高昂。因此，必須考慮其他支護(hù)形式替代灌注樁。

基坑支護(hù)樁主要受水平力作用，從抗彎的角度來(lái)講，圓形灌注樁截面的中心部位基本不發(fā)揮作用，環(huán)形截面即可滿足受力要求，從而節(jié)約材料。因此，本工程采用PHC管樁代替鉆孔灌注樁。

3 PHC管樁在支護(hù)設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮的問(wèn)題

1)適用性。在城市中施工管樁一般應(yīng)采取靜壓力方法。靜壓力方法施工時(shí)無(wú)噪聲、無(wú)振動(dòng)、無(wú)沖擊力，可以減小打樁振動(dòng)對(duì)地基和臨近建筑物的影響，且樁頂不易損害，不易產(chǎn)生偏心。但該方法主要適用于人工填土、軟土、粘性土、粉土等土層，對(duì)堅(jiān)硬土層及粗粒土層適用性較差，可能存在無(wú)法壓入的問(wèn)題。對(duì)于用于支護(hù)的管樁而言，如果施工中途無(wú)法壓入，則可能由于支護(hù)樁的嵌固深度不足，基坑的安全性無(wú)法滿足設(shè)計(jì)要求。

2)樁長(zhǎng)問(wèn)題。PHC管樁多為定型產(chǎn)品，節(jié)長(zhǎng)一般不超過(guò)15 m，如設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)超過(guò)15 m，則需要接駁。當(dāng)用作樁基礎(chǔ)時(shí)，按操作規(guī)范制作的管樁接頭一般也能夠滿足設(shè)計(jì)要求，而當(dāng)用作支護(hù)樁時(shí)，管樁的接頭將主要承受較大的彎矩和剪力，接頭往往不能滿足設(shè)計(jì)要求。因此，支護(hù)設(shè)計(jì)時(shí)，管樁的樁長(zhǎng)也是一個(gè)需要考慮的重要問(wèn)題，如果樁長(zhǎng)過(guò)長(zhǎng)，超過(guò)15 m則一般不適于再使用管樁作支護(hù)樁；如果樁長(zhǎng)只是稍稍超出界限，則可采取一定措施彌補(bǔ)其樁長(zhǎng)的不足，如將樁頂標(biāo)高適當(dāng)下放、坑內(nèi)局部土體加固等。

3)管樁的承載力。PHC管樁樁身受彎承載力、受剪承載力根據(jù)管樁型號(hào)而確定，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)保證樁身彎矩、剪力滿足管樁型號(hào)的要求。例如型號(hào)為PHC 500 AB 125-15的管樁，其樁身受彎承載力設(shè)計(jì)值為186 kN，受剪承載力設(shè)計(jì)值為273 kN，那么在設(shè)計(jì)使用該型號(hào)的支護(hù)樁時(shí)，就要使樁身的最大受彎、受剪承載力不高于其設(shè)計(jì)值。如果不能滿足以上要求，一般考慮使用更高型號(hào)的管樁，如果仍不滿足，則需要考慮采用錨桿(索)、支撐等措施減小樁身的最大彎矩和剪力。錨桿(索)、支撐的設(shè)置，能夠在一定程度上阻止樁體的變形，改變樁后土體的應(yīng)力狀態(tài)，錨桿、支撐層數(shù)增加，樁身最大彎矩和剪力將進(jìn)一步減小。當(dāng)基坑較深，而管樁本身抗彎剛度一定時(shí)，可以通過(guò)設(shè)置多層錨桿或支撐來(lái)降低管樁彎矩和剪力。錨桿或支撐的層數(shù)可根據(jù)基坑深度、土質(zhì)、管樁型號(hào)等綜合確定。

4)裂縫與變形。在工程建設(shè)中，一般對(duì)永久性或重要性的結(jié)構(gòu)，其裂縫與變形的限制非常嚴(yán)格，但對(duì)于一些臨時(shí)性的結(jié)構(gòu)，在結(jié)構(gòu)安全的前提下，則允許有一定的裂縫與變形?；又ёo(hù)工程作為臨時(shí)性工程，其裂縫、變形的要求往往沒(méi)有那么嚴(yán)格。管樁易裂的缺點(diǎn)則可在支護(hù)用途中得以規(guī)避。PHC管樁樁身的裂縫包括樁自身的裂縫和工作情況下的裂縫。自身的裂縫主要在樁的制作及運(yùn)輸途中產(chǎn)生，這種裂縫難以避免。管樁在彎矩作用下也會(huì)出現(xiàn)裂縫與變形，大小隨著荷載彎矩的不同而不同。所以在設(shè)計(jì)中，應(yīng)該根據(jù)具體的地質(zhì)條件、周邊環(huán)境等來(lái)判斷樁身的裂縫限值。當(dāng)然，如果樁身變形過(guò)大，也可能對(duì)基坑的安全造成影響，在設(shè)計(jì)時(shí)，可通過(guò)設(shè)置錨桿、支撐等措施減小變形，也可通過(guò)管樁中心混凝土灌芯提高樁身抗彎剛度減小變形。

4 設(shè)計(jì)過(guò)程

4.1 設(shè)計(jì)方案簡(jiǎn)介

采用二級(jí)開(kāi)挖，二級(jí)支護(hù)方式。一級(jí)開(kāi)挖先挖至5 m，采用鋼管土釘支護(hù)。二級(jí)基坑采用PHC預(yù)應(yīng)力管樁加3道錨索進(jìn)行支護(hù)，樁頂設(shè)冠梁連接，樁間掛網(wǎng)錨噴，同時(shí)用高壓旋噴樁超前加固樁間土。

4.2 設(shè)計(jì)方案計(jì)算

本文采用理正深基坑7.0PB1軟件進(jìn)行計(jì)算。

經(jīng)過(guò)對(duì)樁頂位置、錨索位置、上部放坡距離等各種因素進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整計(jì)算后，計(jì)算結(jié)果如下：樁頂標(biāo)高位于地面下5.0 m，間距1.0 m，嵌固深度計(jì)算值6.6 m；樁身彎矩最大值177.53 kN·m，最大剪力118.36 kN；基坑位移最大值16.80 mm；第一道錨索標(biāo)高位于地面以下7.5 m，第二道、第三道錨索豎向間距分別為2.5 m，1.7 m，錨索軸力設(shè)計(jì)值分別為：180 kN，260 kN，280 kN(見(jiàn)圖1)。

4.3 設(shè)計(jì)方案

上部放坡平臺(tái)寬度6.0 m，放坡坡率1∶0.2，土釘采用直徑48 mm打入式鋼管，共設(shè)3道，長(zhǎng)度自上而下分別為9 m，6 m，6 m，水平間距均為1.2 m。根據(jù)嵌固深度及樁身彎矩、剪力的計(jì)算結(jié)果，設(shè)計(jì)采用型號(hào)為PHC 500 AB 125-15的管樁。錨索水平間距均為3.0 m，成孔孔徑150 mm，設(shè)計(jì)長(zhǎng)度均為18 m，其中錨固段長(zhǎng)度11 m，12 m，13 m，桿體采用3束1860級(jí)直徑為15.2 mm的鋼絞線。降水設(shè)計(jì)：基坑周邊采用3排深層攪拌樁作止水帷幕，采用管井降水。輔助措施：由于PHC管樁樁身混凝土強(qiáng)度很高且縱筋施加了預(yù)應(yīng)力，在變形較大時(shí)可能產(chǎn)生脆性破壞，對(duì)基底標(biāo)高以上的管樁采取了填芯的加強(qiáng)措施，填芯采用C30微膨脹混凝土。

5 結(jié)果分析

目前，該基坑已施工完成并回填。施工中對(duì)樁頂位移及錨索拉力進(jìn)行了布點(diǎn)監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)結(jié)果表明，樁頂位移6.93 mm～15.26 mm，錨索實(shí)際拉力130 kN～260 kN，均滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求，說(shuō)明本基坑工程采用PHC管樁作為支護(hù)樁的樁錨支護(hù)體系是合理可行的。

6 結(jié)語(yǔ)

PHC管樁在基坑支護(hù)工程中的應(yīng)用目前仍處于探索階段，從本工程的應(yīng)用來(lái)看，應(yīng)用效果良好，取得了較好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益，為類(lèi)似工程提供了可供參考的經(jīng)驗(yàn)。然而，目前國(guó)內(nèi)外在這方面的理論研究還不成熟，還有待在理論研究和工程實(shí)踐中不斷探索和積累經(jīng)驗(yàn)，以促使PHC管樁支護(hù)的推廣應(yīng)用。

[1] 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(1):47-49.

[2] 李綏林,劉合伍,陳昌文.PHC管樁在某基坑支護(hù)工程中的設(shè)計(jì)與施工[J].施工技術(shù),2010(6):13-16.

[3] JGJ 120—2012，建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程[S].

The application of PHC pipe pile in foundation pit engineering

He Xin

(Shanxi Survey and Design Institute, Taiyuan 030013, China)

This paper elaborated the characteristics of PHC pipe piles used as retaining pile to foundation pit engineering, discussed the issues to consider of PHC pipe piles in foundation pit support design, and through the engineering example, elaborated the design scheme of PHC pipe piles, the monitoring results verified the feasibility of PHC pipe piles in foundation pit support engineering application.

PHC pipe pile, foundation pit support, bearing capacity, anchor cable

1009-6825(2016)12-0069-03

2016-02-15

何 鑫(1985- )，男，工程師

TU473.13

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