PHC 管樁與鉆孔灌注樁在軟土基坑支護工程的綜合應用及對比分析

許 健

XU Jian

(廣東省基礎(chǔ)工程集團有限公司，廣東 廣州510001)

PHC 管樁因其施工快、造價低、樁身質(zhì)量可控性好等優(yōu)勢廣泛應用于基礎(chǔ)工程中，但由于其抗彎性能差、樁長較短且無法接長等原因，使其在基坑支護工程中的應用有很大的局限性。鉆孔灌注樁適應性強，在基坑支護工程中應用較廣，但其施工工序復雜，質(zhì)量可控性較差，造價較高［1］。本文通過兩種樁型在同一基坑工程中的綜合應用，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，基坑周長約1000 m。基坑周邊建筑較少，基坑支護安全等級為二級，基坑側(cè)壁重要性系數(shù)1.0。基坑開挖深度較淺，約為7 m，淤泥層厚度較厚，而且起伏較大，最深達11 m，較淺的有5.1 m，分布于開挖深度以上。北側(cè)及東側(cè)距基坑12 m 位置為規(guī)劃中道路，車流量較少，該區(qū)域可進行適度放坡開挖，由于開挖處為淤泥，無法完全放坡，仍需要采取支護措施;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)只能采用基坑支護措施，垂直開挖。

1.2 地質(zhì)概況

據(jù)地質(zhì)鉆探取芯揭露，按不同成因類型、結(jié)構(gòu)特征、風化程度等可將場地勘探深度范圍內(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，設計中將基坑支護工程分為5 個斷面，斷面劃分見圖1，各個斷面的地質(zhì)情況見表1。采用公式計算m 值，d 為基底位移估計值。

1.3 水文地質(zhì)條件

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

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

本基坑開挖深度有7 m，淤泥層為5.1～11 m，若采用土釘墻支護，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，強度很低，無法滿足要求;雙排樁相對造價比前幾種高，且本工程北側(cè)及東側(cè)放坡后僅需開挖3 m 多，采用雙排樁則不經(jīng)濟，南側(cè)及西側(cè)施工面較狹窄，無法滿足雙排樁的構(gòu)造要求。

經(jīng)比較，基坑采用排樁進行支護則較為經(jīng)濟適用，目前常用的排樁有PHC 管樁和鉆孔灌注樁兩種，設計時通過試算，選用兩種樁型中較為經(jīng)濟適用的樁型。

2.2 兩種樁型造價對比

(1)鉆孔灌注樁的造價計算:直徑600 mm 的鉆孔灌注樁人工費和機械費約為116.6 元/m，材料費為130.2 元/m，綜合費為5.8 元/m。綜合單價:116.6 +170.2+5.8=292.6 元/m。

(2)PHC 管樁的造價計算:直徑600 mm 的PHC管樁出廠價156 元/m，200 km 距離運費為20 元/m，壓樁綜合費用20 元/m。綜合單價為156 +20 +20 =196 元/m。

經(jīng)對比，相同直徑的PHC 管樁的造價相對鉆孔灌注樁較低，選用PHC 管樁時可以顯著降低成本。

2.3 兩種樁型工期對比

在土質(zhì)及砂質(zhì)的地質(zhì)中，長度為12 m 的單節(jié)PHC 管樁按每分鐘壓入1 hm 計算，加上移架、對中調(diào)時用時，約半小時可完成一根樁。

長度12 m 的鉆孔灌注樁成孔用時2 h，清孔用時0.5 h，放置鋼筋籠及澆注混凝土用時1 h，則完成一根鉆孔灌注樁約用時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，待應力消散后即可檢測及進行下一道工序施工，而鉆孔灌注樁施工完成28 d 后才能檢測及進行下一道工序施工。由此可知，采用PHC 管樁比鉆孔灌注樁可加快工期。

3 基坑支護設計

3.1 兩種樁型設計初步思路

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

圖1 支護斷面劃分示意圖

兩種樁型在各個斷面的選用，本文從以下幾點考慮:

(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，可以選用PHC 管樁。而混凝土樁通過配筋，其彎矩抵抗值可以是PHC 管樁的數(shù)倍。當計算最大彎矩或最大剪力超過PHC 管樁的承載力，則應選用混凝土樁。

因此，應在基坑較淺，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 管樁接頭無法承載彎矩，支護樁樁長不應大于PHC 管樁的單節(jié)長度，目前常用的樁長小于12 m。在中小型基坑中，支護樁嵌固深度經(jīng)驗值約為5 m，一般支護高度小于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 斷面則應選用鉆孔灌注樁。

3.2 各斷面支護設計參數(shù)

詳細設計參數(shù)見表2。

表2 各斷面設計參數(shù)表

3.3 各支護斷面計算結(jié)果

各個斷面計算結(jié)果見表3。

表3 各斷面基坑支護計算結(jié)果

(1)由計算可知，各個斷面的整體穩(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足基坑穩(wěn)定性要求。

(2)經(jīng)計算，1-1 斷面、2-2 斷面、3-3 斷面支護樁長度小于PHC 管樁單節(jié)長度，且樁身的極限彎距和抗剪強度都滿足設計要求，選用管樁是安全經(jīng)濟的。4-4 斷面、5-5 斷面開挖深度較深，計算的最大彎距值超過管樁的極限彎距，不宜選用PHC 管樁，否則導致樁身破壞、基坑坍塌等事故。應選用鉆孔灌注樁［2］。

4 PHC 管樁及混凝土樁施工優(yōu)劣對比

(1)鉆孔灌注樁的施工基本是在水下進行，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 管樁壓樁工序相對簡單，重點注意樁頭破損及垂直度問題。而鉆孔灌注樁施工工序較復雜，質(zhì)量控制點較多，可控性差。泥漿質(zhì)量、鉆進速度、鋼筋籠質(zhì)量、水下混凝土澆注工藝等，都可能導致灌注樁出現(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，適用于各類土層、碎石層及風化巖層。

(4)PHC 管樁無泥漿、現(xiàn)場文明潔凈，采用壓樁工藝無振動、低噪音，但PHC 管樁有擠土效應，施工不當會影響周邊建筑物安全。鉆孔灌注樁設備簡單，施工時無振動，低噪音，施工時要泥漿循環(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、對環(huán)境污染小，相對鉆孔灌注樁有著很大的優(yōu)勢。但PHC 管樁受樁長和樁身強度局限，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)場制作，樁長和樁身強度都可以進行調(diào)整，適用性較強，一般可以適用于深度15 m 以內(nèi)的基坑，且適用于各類土層、碎石層及風化巖層的基坑。但在成本、施工速度和質(zhì)量可控性等方面，相對于PHC 管樁較弱。

6 結(jié) 語

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

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

［1]黃廣龍，李勇，宰金珉，等.預應力管樁在深基坑支護工程中的應用研究［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中的應用［J］.施工技術(shù)，2007(36):47 -49.

［3]張仕，李歡秋，王愛勛.提高PHC 管樁在深基坑支護中應用的技術(shù)途徑［J］. 地下空間與工程學報，2011(增刊2):1643 -1647.