结合工程实例探讨PHC管桩在深基坑支护中的应用

　　摘要：预应力高强混凝土管桩(简称PHC管桩)以其单桩承载力高、成本低、施工速度快等优点而迅速在全国各地得到使用和推广。本文结合工程实例，介绍了PHC管桩在深基坑支护中的实施过程，并对基坑支护进行了水平位移及沉降与隆起监测。
　　关键词：深基抗支护；PHC管桩；变行监测
　　随着城市建设的发展，基坑工程在支护过程中遇到了越来越多的难题，这就迫切需要一种安全适用、经济效益高、工期短且环保的支护方式。PHC管桩属于部分挤土桩，在沉桩过程中会对周围土体产生挤土效应。这与传统的基坑支护桩有所区别，因为传统的基坑支护桩如人工挖孔桩、沉管灌注桩等都是非挤土桩，在沉桩过程中不会对周围土体产生挤土效应。PHC管桩的挤土效应使桩周土体压缩，随着基坑的逐步开挖，开挖侧土体的应力得到释放，从而引起基坑变形和桩体内力增大。PHC管桩以其单桩承载力高、成本低、施工速度快等优点而迅速在
　　全国各地得到使用和推广。下文结合工程实例探讨PHC管桩在深基坑支护中的应用。
　　1.工程概况
　　该项目工程用地面积约55000平方米，室外标高接近海岸线，场地平坦、开阔，所处地貌部位为滨海台地平原近海区，浅表地层以海陆交互相沉积物为主，场地地面总体平坦，局部起伏，后经人工填土，现场地基本平整。项目为14栋9-32层住宅按点式围合布置，场地周边道路标高（绝对）为4.00米，基坑深度为7.45米。
　　2.场地地质条件
　　2.1根据岩土工程勘察报告，拟建场地基坑影响深度范围内地层自上而下分别为：
　　(1)、人工填土层：主要以砾质粘土为主，混花岗岩块石，砼块、砖块、局部混生活垃圾等回填而成，湿、未自重固结，结构松散，土质不均匀，层厚1.0～5.80米，平均厚度2.8米。
　　(2)、淤泥层：饱和，流～软塑状态，全场地均有分布。标贯击数平均0.9击，层厚3.80～7.50米，平均层厚5.9米。
　　(3)、粉质粘土：湿，可～硬塑状态，全场地均有分布。层厚2.0~7.6m，平均层厚4.84米，标贯平均8击。
　　(4)、淤泥质粉细砂、淤泥质粘土：饱和、松散，淤泥质土，土质不均匀，该层在场地内呈透镜体分布，仅在局部孔分布。层厚0.60～4.80米，平均厚度为1.8米。标贯平均3.1击。
　　(5)、砾砂：饱和，中密～密实，成分为石英。层厚1.1~6.7米，平均层厚4.01米。标贯平均13.0击。
　　工程地质参数如下：
　　层号 土类名称 层厚 重度 浮重度 粘聚力 内摩擦角
　　  (m) (kN/m3) (kN/m3) (kPa) (度)
　　1 素填土 2.80 19.0 9.0 10.00 8.00
　　2 淤泥 5.90 16.6 6.6 8.00 4.00
　　3 粘性土 5.20 19.3 9.3 32.00 16.40
　　4 粉土 4.80 19.5 9.5 25.00 17.40
　　基坑底附近土层刚好是淤泥层，土质条件相对较差，对基坑的安全稳定性有较大的影响。
　　2.2．勘察钻探期间测得钻孔混合稳定水位埋深1.2~1.6m，砾砂层是主要的含水层。上部淤泥质土和粉质粘土为相对隔水层。从水质分析结果分析，场地地下水补给以接受大气降水及场地外地下水为主，亦与海水有关，水量丰富。
　　3.基坑支护设计
　　3.1基坑支护形式
　　根据现场条件，考虑车位的数量，地下室基本沿建筑红线满铺建造，因此基坑壁与地下室外墙的距离位置非常靠近，只能留出管桩施工操作面，大约为2米。本基坑工程的周边条件相对简单，在围墙内有一定的放坡空间，本工程实际开挖7.45m，下部采用预应力管桩结合水泥搅拌桩加固坡脚，上部采用直接放坡，采用预应力锚索支护，整个基坑采用水泥搅拌桩止水，坑内设置明沟和集水坑排水。具体见下图：
　　支护结构局部平面图
　　3.2内力计算
　　内力计算按弹性法和经典法分别计算，内力包络图如下：
　　(1)管桩选型
　　选用PHC600-110(AB)桩，桩中心距为1000mm，预应力钢筋数量及直径为14φ10.7，其弯矩设计值按周边均匀配筋的环形截面抗弯承载力计算。即：
　　式中：A—环形截面面积；
　　Ap—全部纵向预应力钢筋的截面面积；
　　fc—混凝土轴心抗压强度设计值；
　　fpy、f’py—预应力钢筋的抗拉、抗压强度设计值；
　　r1、r2—环形截面的内、外半径；
　　rp—纵向预应力钢筋重心所在圆周的半径；
　　σp0—预应力钢筋合力点处混凝土法向应力等于零时预应力钢筋应力
　　σ—受压区混凝土截面面积与全截面面积的比值；
　　αt—纵向受拉钢筋截面面积与全部纵向钢筋截面面积的比值，当σ>2/3时，取αt=0。
　　经计算，M=278.7kN•m>273.94kN•m,满足要求。
　　(2)整体稳定验算
　　算方法：瑞典条分法
　　应力状态：总应力法
　　条分法中的土条宽度:0.40m
　　（3）滑裂面数据
　　整体稳定安全系数Ks=1.972
　　圆弧半径(m)R=17.119
　　圆心坐标X(m)X=-0.445
　　圆心坐标Y(m)Y=9.037
　　(4)抗倾覆稳定性验算
　　抗倾覆安全系数:
　　 
　　 Mp——被动土压力及支点力对桩底的弯矩,对于内支撑支点力由内支撑抗压力决定;对于锚杆或锚索，支点力为锚杆或锚索的锚固力和抗拉力的较小值。
　　 Ma——主动土压力对桩底的弯矩;
　　 注意：锚固力计算依据锚杆实际锚固长度计算
　　 序号  支锚类型 材料抗力(kN/m)  锚固力(kN/m)
　　1 锚索  170.800 182.211
　　  
　　 
　　 Ks=1.270>=1.000,满足规范要求。
　　(4)抗隆起验算
　　Prandtl(普朗德尔)公式(Ks>=1.1～1.2)，注：安全系数取自《建筑基坑工程技术规范》YB9258-97(冶金部):
　　 
　　 
　　 
　　 
　　 
　　 
　　 Ks=2.210>=1.1,满足规范要求。
　　Terzaghi(太沙基)公式(Ks>=1.15～1.25)，注：安全系数取自《建筑基坑工程技术规范》YB9258-97(冶金部):
　　 
　　 
　　 
　　 
　　 
　　 
　　 Ks=2.513>=1.15,满足规范要求。
　　4．基坑工程施工
　　4.1预应力管桩施工技术要求
　　(1)由于场地内软土层较厚，容易发生桩身倾斜，管桩施工中应严格保证管桩的垂直度。桩位允许偏差位水平方向50mm，垂直度偏差不超过0.5％；
　　(2)锤击法沉桩：施工时要严格遵守“重锤轻击”的原则；若发生桩较难打入的情况时，不可一味加大锤落距，要采用较轻锤击，较重锤击交替进行和重锤轻击的打法；
　　(3)截桩采用锯桩器，严禁横向敲击截桩或强行扳拉截桩；
　　(4)为保证桩身的完整性，桩身采用单节桩，不允许有接头。
　　(5)地面有明显的隆起或邻桩上浮、位移过大等现象时，在相应地段暂停施工一段时间，以有利于土中超孔隙水压力消散。
　　(6)预应力管桩成桩时有明显的挤土效应。打桩的强烈扰动会造成桩周土出现重塑区，对于打入桩，重塑区范围离桩表面约为0.5D(D为桩直径)，管桩作为支护桩时，为密排线状排列，桩间间隔一般为20～30cm，打桩时土体以向基坑内外两侧位移为主，在桩轴线内外一倍桩径范围土体扰动强烈，随着距离增加土体扰动逐渐减少，其影响的范围也与土层的强度有关，土层强度越低影响范围越大。管桩施工时可考虑不使用桩尖，可大大减小桩的挤土效应。
　　5、基坑变形监测
　　(1)基坑顶和临近建筑物进行沉降、位移监测，帷幕外侧设置地下水位观测点。并根据本工程特点，必要时设置临近的管线设沉降监测点。
　　(2)监测工作由专业人员进行，发现异常情况及时通知施工方和设计人员，以便及时采取对策。基坑监测应由建设单位委托具有资质的第三方实施。
　　(3)监测频率为：土方开挖期间每3天监测1次，开挖至坑底后每周监测一次，地下室底板完成后每2周监测一次，直至土方回填。若出现异常情况，应适当加大监测频率。
　　(4)基坑支护结构水平位移允许值为35mm（0.0040h），预警值为25mm；地面沉降监测点允许值40mm，预警值为30mm。
　　(5)目前，本基坑工程已顺利回填，在施工过程中监测到支护桩的最大位移为22.3mm，地面最大沉降值为19.6mm。
　　6、总结
　　(1)使用PHC桩在一定条件下作为基坑支护桩是可行的，而且在施工速度和工程投资上均能达到很好的效益。
　　(2)因管桩的抗弯承载能力较差，可与锚索综合运用以减少桩身弯矩。
　　(3)在基坑施工和使用过程中，应严格按照规范或设计的要求进行基坑检测。
　　(4)在成桩质量和桩嵌固长度能得到保证的前提下，可不使用桩尖，以减小桩的挤土效应。

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