PCMW 工法基坑支護設計與分析

謝 俊 周海軍

(1.江蘇致豪房地產開發有限公司，江蘇南通 226000;2.江蘇省巖土工程公司南通分公司，江蘇南通 226000)

0 引言

地下建筑迅速發展，深基坑工程日趨增加，各種類型的基坑工程建設不斷加快，同時發展了諸多支護方式。城市地下工程中，為保證主體結構順利施工，基坑周邊環境的安全，對支護的要求較高。在軟土地區，基坑支護常采用的方式主要有:SMW工法樁、鉆孔灌注樁及管樁［1-3］、PCMW工法樁等。

PCMW工法是一種在連續套接的三軸水泥土攪拌樁內插入預制管樁形成的復合擋土、隔水結構［4-6］。即利用三軸攪拌樁鉆機在原地層中切削土體，同時鉆機前端低壓注入水泥漿液，與切碎土體充分攪拌形成隔水性較高的水泥柱列式擋墻，在水泥土漿液尚未硬化前插入支護管樁的一種地下工程施工技術。它能將預制的高強度支護管樁的高強度和大剛度與水泥土攪拌樁的抗滲性能有機結合起來。因其適用范圍廣、環保高效經濟等優點，可同時做擋土止水體系，PCMW工法樁既可單獨使用，又可結合內支撐、錨桿等支護形式共同作用。

本文結合南通假日廣場基坑工程中PCMW工法圍護結構實例，探討了PCMW工法與SMW工法的比較、PCMW工法與灌注樁結合止水樁的比較，及PCMW工法施工技術與質量措施，分析了監測數據，以期能對同類基坑工程的設計、施工起到借鑒作用。

1 項目背景

1.1 項目概況

假日廣場地塊商辦樓基坑支護工程位于南通市青年西路南側，三德大酒店東100.0 m。工程±0.000相當于黃海高程3.85 m，場地標高按黃海高程3.60 m，場地相對標高為－0.25 m。基坑規模:南北長約40.0 m，東西長約88.0 m，基坑邊長約278.5 m。開挖深度5.5 m～6.6 m。該擬建地下室周邊條件復雜，東側為河道，南側為居民小區，西側為商業用房及居民區，北側為青年中路。

基坑東側為藏瓏小區，24層，1層地下室，距坑壁最近處約25.0 m;南側、西南為段家壩小區，6層，無地下室，磚混結構，距坑壁最近處約10.0 m;西側為辦公樓，7層，無地下室，距坑壁最近處約10.0 m;北側為青年中路，道路兩側埋設管線，距坑壁最近處約8.0 m;場地西側及南側局部亦埋設管線。

1.2 工程地質與水文地質概況

基坑影響范圍內地下水主要為淺層孔隙潛水。孔隙潛水賦存于第四系全新統沖積層中，主要含水層為粉土和砂性土，富水性一般。孔隙潛水主要受大氣降水垂直補給及地表水體側向補給，地表水體與地下水呈互補關系。地形平坦，徑流緩慢。排泄方式為就地泄入地表水體、自然蒸發等。工程地層在約20 m深度范圍內主要為粉土、粉砂，各土層間水力聯系密切。

據勘探資料，在基坑影響范圍內，除表層填土外，其余均為第四紀長江沖積層，主要由粘性土、粉土、粉砂組成。支護設計計算所采用的土層主要物理力學性質參數詳見表1。

表1 土層主要力學參數

2 PCMW工法應用與分析

2.1 基坑設計方案

根據上述的本工程支護設計的特點，采用分段支護，其支護形式也根據周邊環境條件，采用不同的形式。表2詳細列出各分段的基坑支護形式。

其中，PCMW工法樁采用 PHC600-AB130-11的管樁，間距1 200 mm。冠梁采用寬1 100 mm、高600 mm的鋼筋混凝土梁，坑內采用2排φ850@1 800三軸攪拌樁進行加固，支護形式與具體布置詳見圖1。

表2 基坑支護形式

2.2 PCMW工法與SMW工法比較

目前國內基坑支護的形式很多，但是主要的支護形式是工法樁以及鉆孔灌注樁結合止水帷幕。其中，工法樁又分為PCMW工法與SMW工法。二者對基坑支護作用基本相同，PCMW工法是指大直徑預應力管樁復合支護墻，即采用攪拌樁施工對地層進行加固，同時在地層內形成一道類似于咬合排樁一樣的水泥土墻，在水泥土中的水泥尚未凝固時插入大直徑預應力管樁，形成由攪拌樁擋土止水、管樁承受側向水土壓力的組合結構，管樁因其剛度大，基坑位移很小［7］;SMW工法亦稱勁性水泥土攪拌樁法，即在水泥土樁內插入H型鋼等，將承受荷載與防滲擋水結合起來，使之成為同時具有受力與抗滲兩種功能的支護結構的圍護墻均是在水泥攪拌土中插入勁性材料，形成擋土與止水復合支護結構。以實際工程價格比較，PCMW工法比SMW工法每延米造價多約5%～10%，如果地下結構施工周期較長，SMW工法型鋼的租賃費用會增加，兩者費用將會接近。

圖1 支護形式與布置圖

2.3 PCMW工法與灌注樁比較

PCMW工法與常規的灌注樁結合水泥土攪拌樁相比，整個支護體系占用土地少(一般PCMW工法占用0.85 m～1.2 m寬，而鉆孔樁結合止水帷幕支護需要占用的寬度至少2.0 m～2.4 m)，在施工進度和施工環境上有著較為明顯的優勢。管樁的置換土僅為灌注樁的25%～35%，而且渣土硬結運輸，沒有撒漏滴冒現象。這種優勢對于處于城市范圍的下穿有時是決定性的。

2.4 止水樁效果比較

圖2 止水樁布置型式

圖2表明了止水樁的平面布置形式。一般情況下，采用SMW工法時，為方便型鋼順利拔出回收，均會在型鋼表層涂刷隔離劑，致使水泥土與型鋼粘結性降低，容易成為滲透點，但采用PCMW工法樁時，支護管樁無需拔出回收，管樁在水泥土凝固硬化前插入，使得管樁和管樁內、外水泥土形成一個整體的復合包裹體，其防滲性能更加可靠。

采用PCMW工法，管樁與冠梁直接連接。在主體施工期間，通過預埋件和主體結構有效連接，達到一定的抗浮效果。采用灌注樁結合止水帷幕的形式，在支護的工作期間，因土體變形，鉆孔灌注樁后的止水帷幕容易開裂漏水，且滲漏點尋找處理困難，而PCMW工法在這方面具有滲漏點明確，堵漏灌漿方便簡單的特點。

2.5 質量保證與安全性比較

PCMW工法中，管樁采用預應力高強度支護管樁，其具有輕質高強的特點。工程中，預應力管樁由生產廠家預制，檢測中更容易保證其質量。在節約和經濟造價方面，提供相同抗彎強度的前提下，管樁只消耗鉆孔樁30%～50%的鋼材和25%～30%左右的混凝土，節約造價約25%以上。管樁的輕質高強、節約資源的特點非常符合我國節能減排的基本國策。在主體結構施工完畢后，PCMW工法因管樁的支擋作用，有效地增強了U槽側墻的抗彎抗剪性能，而SMW因型鋼的拔出回收，不具備上述優點。

2.6 PCMW工法施工技術與質量措施

整個施工過程中，應從原材料供應開始，到樁機定位、鉆進，乃至樁的搭接、管鋼的插入，對各道工序層層把關，以形成優質的圍護結構體。本次PCMW將加強下述五個方面的控制:1)樁機定位及垂直度控制。開機前必須探明和清除一切地下障礙物，須回填土的部位，必須分層回填夯實，以確保樁的質量。樁機行駛路軌和軌枕不得下沉，樁機平面定位誤差不大于5 cm，管樁定位誤差不大于3 cm，樁機垂直偏差不大于0.5%。2)合理選擇水泥土配合比。水泥宜采用42.5級普通硅酸鹽水泥，水泥摻入比選用20%范圍，水灰比選用1.5～2.0(砂土中加大水灰比，增大水泥摻量，并摻入適量的膨潤土)。設計要求嚴格控制水灰比，水泥漿攪拌時間不少于2 min～3 min，濾漿后倒入集料池中，隨后不斷的攪拌，防止水泥離析。壓漿應連續進行，不可中斷。3)控制注漿量和提升速度。一般三軸攪拌機下鉆攪拌時注漿的水泥用量約占總數的70%～80%，提升時為20%～30%。三軸攪拌機攪拌下沉速度與攪拌提升速度應控制在0.3 m/min～2 m/min范圍內，下沉速度粘性土:0.5 m/min ～1 m/min，砂土:1 m/min～1.5 m/min;提升速度為1 m/min～2 m/min，比鉆進速度快1倍，但不宜過快，并保持勻速下沉與勻速提升。4)做好樁與樁須搭接的工作:a.樁與樁搭接時間不應大于12 h;b.如超過12 h，則在第二根樁施工時增加注漿量25%，同時減慢提升速度;c.如因相隔時間太長致使第二根樁無法搭接，則在設計認可下采取局部補樁或注漿措施。在接縫處補樁及作出明顯標記，開挖前再需注漿補強。5)加強管樁的施工管理。

3 設計結果分析

3.1 計算條件

基坑支護體的設計計算采用規范推薦的豎向彈性地基梁法，土的c，φ值均采用固結快剪指標。計算中普遍區域地面施工超載都取20 kPa。在支撐體系的計算中，將支撐與冠梁作為整體，按平面桿系進行內力、變形分析，基坑穩定性驗算結果詳見表3。

表3 穩定性驗算結果表

3.2 結果分析

深基坑設計中計算及驗算的主要內容包括支護結構的變形、坑底隆起、基坑傾覆和深基坑周圍地層沉降。深基坑施工過程應對與基坑安全相關的各個方面進行監測。

總結上述分析并結合現場實測基坑位移(見圖3)，由圖3可知，基坑最大位移為19.4 mm，表明本工程采用PCMW工法支護形式順作開挖方式能滿足基坑開挖對周圍環境的保護要求。

從基坑開挖過程的監測數據可以看出，本工程基坑圍護所采用的技術有效地控制了基坑位移，保證了周邊環境的安全和主體工程的正常施工。但三軸攪拌樁插管樁屬于隱蔽工程，影響施工質量的因素較多，施工過程若稍有不慎或措施不當，便會在施工中產生質量事故，造成的損失較大，直至影響工期，并對整個基坑安全產生不利影響。因此，必須對其施工過程每一環節都進行嚴格控制。

圖3 實測基坑位移曲線

4 結語

PCMW工法是利用三軸攪拌樁鉆具就地鉆進切削土體，同時在鉆頭端部將水泥漿液注入土體中，經過充分攪拌混合后，再將預應力支護管樁插入攪拌樁體內，形成地下連續體作為擋土和止水結構。

PCMW工法的主要特點是對周邊環境影響小，有利于保護周邊建筑及基礎設施，施工殘土及泥漿很少，有利于城市環保;成樁質量比較可靠，樁體內置支護管樁，與水泥結合增加樁體強度;基坑防水效果好，且水泥摻入量高，墻體屬無縫連接，具有較高的抗壓和抗剪強度;工藝構造簡單，工程造價較低，壓縮工期的同時節約了人工費，降低工程造價，是一種值得推薦的基坑支護工法。本工程成功的實踐可為今后類似工程提供一點借鑒。

［1］葛 鵬，佴小彬.預應力混凝土管樁支護體系的設計與施工［J］.地質學刊，2010，34(1):84-88.

［2］黃廣龍，李 勇，宰金珉，等.預應力混凝土管樁在深基坑支護工程中的應用研究［J］.建筑施工，2010，27(4):12-15.

［3］徐佩林，傅紅玉，陳 林.長短間隔懸臂現澆薄壁管樁基坑支護設計與施工［J］.施工技術，2011，40(344):24-27.

［4］管鶴樓，趙秀娟，劉 林.淺談PCMW工法在基坑支護工程中的施工工藝及質量控制［J］.公路工程，2012，37(4):175-180.

［5］耿 平，陸秀華，蔣柏東.PCMW工法在深基坑工程中的應用［J］.建筑技術，2012，43(3):231-233.

［6］周毅雷，郭 彤，衛龍武.軟土地區深基坑支護的PCMW工法及其現場測試研究［J］.江蘇建筑，2010(6/138):58-60.

［7］顏榮華，黃廣龍，梅國雄，等.預應力混凝土支護管樁抗剪計算分析［J］.南京工業大學學報(自然科學版)，2010，32(5):49-54.