PHC管樁在基坑工程中的應用

何 鑫

(山西省勘察設計研究院，山西 太原 030013)

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PHC管樁在基坑工程中的應用

何 鑫

(山西省勘察設計研究院，山西 太原 030013)

闡述了PHC管樁作為支護樁用于基坑工程的特點，探討了PHC管樁在基坑支護設計中需要考慮的問題，并通過工程實例，闡述了PHC管樁的設計方案，監測結果驗證了PHC管樁在基坑支護工程應用中的可行性。

PHC管樁，基坑支護，承載力，錨索

隨著城市建設的發展，基坑支護工程在周邊環境、工期、環保等方面的要求越來越高，鉆孔灌注樁作為主要的支護形式之一，有時難以滿足工程的實際需求，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、施工速度快、造價相對較低、噪聲與泥漿污染少等特點。本文結合一個工程實例探討PHC管樁在基坑支護工程中的應用。

1 工程概況

1.1 基坑概況

工程位于太原市小店區，擬建建筑地下室南北長166.0 m，東西寬63.0 m，框剪結構，筏板基礎。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1.5 m，南北長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 周邊環境條件

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

1.3 工程地質條件

根據野外鉆探、原位測試及室內土工試驗結果，在基坑深度相關范圍，場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，混有較多粉質粘土，稍濕，松散，土質不均，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、粉質粘土透鏡體，具中等壓縮性。標準貫入試驗錘擊數N值平均4.0擊；平均層厚5.68 m。第③層：粉質粘土，褐灰色，軟塑～可塑狀態，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。標準貫入試驗錘擊數平均8.5擊；平均層厚9.03 m。

1.4 水文地質條件

勘察揭露場地地下水類型上部為孔隙潛水，主要受大氣降水補給。實測穩定水位埋深介于6.60 m～8.80 m之間。

2 設計方案比選

在本工程所在地區，對于深度13 m左右的基坑而言，地區經驗多采用鉆孔灌注樁+錨索支護。本工程地處鬧市區，如采用鉆孔灌注樁支護，一方面灌注樁本身造價較高，另一方面，樁的施工對環境污染較為嚴重，泥漿的處置成為難題，且費用高昂。因此，必須考慮其他支護形式替代灌注樁。

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

3 PHC管樁在支護設計中應考慮的問題

1)適用性。在城市中施工管樁一般應采取靜壓力方法。靜壓力方法施工時無噪聲、無振動、無沖擊力，可以減小打樁振動對地基和臨近建筑物的影響，且樁頂不易損害，不易產生偏心。但該方法主要適用于人工填土、軟土、粘性土、粉土等土層，對堅硬土層及粗粒土層適用性較差，可能存在無法壓入的問題。對于用于支護的管樁而言，如果施工中途無法壓入，則可能由于支護樁的嵌固深度不足，基坑的安全性無法滿足設計要求。

2)樁長問題。PHC管樁多為定型產品，節長一般不超過15 m，如設計樁長超過15 m，則需要接駁。當用作樁基礎時，按操作規范制作的管樁接頭一般也能夠滿足設計要求，而當用作支護樁時，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計要求。因此，支護設計時，管樁的樁長也是一個需要考慮的重要問題，如果樁長過長，超過15 m則一般不適于再使用管樁作支護樁；如果樁長只是稍稍超出界限，則可采取一定措施彌補其樁長的不足，如將樁頂標高適當下放、坑內局部土體加固等。

3)管樁的承載力。PHC管樁樁身受彎承載力、受剪承載力根據管樁型號而確定，設計時應保證樁身彎矩、剪力滿足管樁型號的要求。例如型號為PHC 500 AB 125-15的管樁，其樁身受彎承載力設計值為186 kN，受剪承載力設計值為273 kN，那么在設計使用該型號的支護樁時，就要使樁身的最大受彎、受剪承載力不高于其設計值。如果不能滿足以上要求，一般考慮使用更高型號的管樁，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)、支撐的設置，能夠在一定程度上阻止樁體的變形，改變樁后土體的應力狀態，錨桿、支撐層數增加，樁身最大彎矩和剪力將進一步減小。當基坑較深，而管樁本身抗彎剛度一定時，可以通過設置多層錨桿或支撐來降低管樁彎矩和剪力。錨桿或支撐的層數可根據基坑深度、土質、管樁型號等綜合確定。

4)裂縫與變形。在工程建設中，一般對永久性或重要性的結構，其裂縫與變形的限制非常嚴格，但對于一些臨時性的結構，在結構安全的前提下，則允許有一定的裂縫與變形。基坑支護工程作為臨時性工程，其裂縫、變形的要求往往沒有那么嚴格。管樁易裂的缺點則可在支護用途中得以規避。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輸途中產生，這種裂縫難以避免。管樁在彎矩作用下也會出現裂縫與變形，大小隨著荷載彎矩的不同而不同。所以在設計中，應該根據具體的地質條件、周邊環境等來判斷樁身的裂縫限值。當然，如果樁身變形過大，也可能對基坑的安全造成影響，在設計時，可通過設置錨桿、支撐等措施減小變形，也可通過管樁中心混凝土灌芯提高樁身抗彎剛度減小變形。

4 設計過程

4.1 設計方案簡介

采用二級開挖，二級支護方式。一級開挖先挖至5 m，采用鋼管土釘支護。二級基坑采用PHC預應力管樁加3道錨索進行支護，樁頂設冠梁連接，樁間掛網錨噴，同時用高壓旋噴樁超前加固樁間土。

4.2 設計方案計算

本文采用理正深基坑7.0PB1軟件進行計算。

經過對樁頂位置、錨索位置、上部放坡距離等各種因素進行優化調整計算后，計算結果如下：樁頂標高位于地面下5.0 m，間距1.0 m，嵌固深度計算值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，錨索軸力設計值分別為：180 kN，260 kN，280 kN(見圖1)。

4.3 設計方案

上部放坡平臺寬度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3道，長度自上而下分別為9 m，6 m，6 m，水平間距均為1.2 m。根據嵌固深度及樁身彎矩、剪力的計算結果，設計采用型號為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，設計長度均為18 m，其中錨固段長度11 m，12 m，13 m，桿體采用3束1860級直徑為15.2 mm的鋼絞線。降水設計：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管樁樁身混凝土強度很高且縱筋施加了預應力，在變形較大時可能產生脆性破壞，對基底標高以上的管樁采取了填芯的加強措施，填芯采用C30微膨脹混凝土。

5 結果分析

目前，該基坑已施工完成并回填。施工中對樁頂位移及錨索拉力進行了布點監測，監測結果表明，樁頂位移6.93 mm～15.26 mm，錨索實際拉力130 kN～260 kN，均滿足設計及規范要求，說明本基坑工程采用PHC管樁作為支護樁的樁錨支護體系是合理可行的。

6 結語

PHC管樁在基坑支護工程中的應用目前仍處于探索階段，從本工程的應用來看，應用效果良好，取得了較好的經濟和社會效益，為類似工程提供了可供參考的經驗。然而，目前國內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踐中不斷探索和積累經驗，以促使PHC管樁支護的推廣應用。

[1] 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,2007(1):47-49.

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

[3] JGJ 120—2012，建筑基坑支護技術規程[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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