預制混凝土支護管樁在深基坑工程中的運用

楊曉亮 山西三建集團有限公司

1 前言

在我國樁基工程施工中，預制混凝土支護管樁是一種極為重要的施工技術，發揮著重要作用。由于預制混凝土支護管樁的松弛率較低、強度較高，具有有效壓力，所以有非常強的抗拉能力。在深基坑工程施工中，預制混凝土支護管樁不但價格比較經濟實惠，而且能夠獲取較好的施工效果。基于此，本文就預制混凝土支護管樁在深基坑工程中的運用展開了探討。

2 相關理論基礎概述

2.1 預制混凝土支護管樁簡析

預制混凝土支護管樁屬于一種新型的支護結構，現已得到一定的運用與發展。通過使用錘擊法、靜壓法等常規性預制樁，可以在土中打入預制混凝土支護管樁，或者可以插入由CSM雙輪銑攪拌墻，或者三軸水泥土攪拌樁形成的預應力高強度支護管樁水泥土復合支護墻支護結構。

2.2 在深基坑工程中使用預制混凝土支護管樁的可行性

對于預制混凝土支護管樁用作為基坑支護樁，現階段人們對其存在不同的看法。部分人認為，因為預制混凝土支護管樁不是實心的、抗彎剛度較小，當受到水平方向作用下，預制混凝土支護管樁極易被折斷，所以預制混凝土支護管樁不可以用作為基坑支護管樁。但也有部分人認為，盡管預制混凝土支護管樁的抗彎剛度比較小，不過在一些施工條件下，通過使用預制混凝土支護管樁，可以獲取十分好的施工效果。對此，本文深入分析了在深基坑工程中使用預制混凝土支護管樁的可行性。

對于預制混凝土支護管樁，它的抗拉能力與強度非常好，雖然這種支護管樁的抗彎剛度比較小，在水平作用力下會出現一定的位移，發生一定程度的彎曲，但是，通過對管樁進行拉錨處理或者在管樁內布設支撐等，能夠有效控制預制混凝土支護管樁的位移。因此，在深基坑工程施工中是可以使用預制混凝土支護管樁的。

另外，通過使用預制混凝土支護管樁，能夠有效縮短施工工期，有效保護施工環境，獲取較好的經濟效益。在深基坑工程中，如果使用預制混凝土支護管樁，由于該樁的施工過程并不復雜，可以有效縮短施工工期，同時該樁使用的材料比較環保、經濟，所以能夠有效降低施工成本與保護施工環境。

在選擇基坑支護類型的過程中，施工單位不但要保證施工可靠性與施工安全，而且還應對施工成本最小因素深入考慮，而預制混凝土支護管樁恰好滿足以上各種要求。因此，在深基坑工程施工中，可以使用預制混凝土支護管樁。

2.3 預制混凝土支護管樁的適用條件

通過上文分析可知，在深基坑工程施工中，只有具有一定條件時，方可使用預制混凝土支護管樁，并不是每一種深基坑工程均可以選用預制混凝土支護管樁，一定要綜合考慮地下水情況、工程周邊環境、地質環境等因素，不得在深基坑工程中對支護管樁隨意施工，否則極易發生基坑坍塌事故。其中，預制混凝土支護管樁的適用條件如下。

第一，在深基坑的周邊應具有黏土層等較好的土層，通過借用該層土，可以向錨桿提供許多抗拔力。錨桿對基坑產生的支護作用隨著錨桿抗拔力的增加而不斷加大，進而能夠有效控制預制混凝土支護管樁發生彎曲或者位移現象。

第二，為保證預制混凝土支護管樁可以在土壤中穩固鑲嵌支護管樁，深基坑底部應具有比較好的土質。假如深基坑底部的土質為軟弱土質，則便會在極大程度上影響預制混凝土支護管樁，導致預制混凝土支護管樁無法牢固固定在土壤中，進而支護管樁極易出現明顯的位移，最終發生安全事故。

第三，在開挖深基坑工程過程中，一定要嚴格控制開挖深度，不宜過大，如果開挖深度過大，在這種情況下，施工單位需要至少連接兩個支護管樁，但是連接接頭位置處的抗彎剛度十分小，再加上比較脆弱，所以最好選用單節樁。

3 預制混凝土支護管樁結構的變形計算

在進行深基坑工程施工過程中，如果選用預制混凝土支護管樁，因為支護管樁的抗彎剛度比較小，所以一定要深入考慮支護結構的彎曲變形是否滿足施工要求。

在計算預制混凝土支護管樁結構的變形數值過程中，應分別計算預制混凝土支護管樁結構開挖面之上的撓曲線微分方程、預制混凝土支護管樁結構開挖面之下的撓曲線微分方程。

4 案例分析

4.1 工程背景

某一深基坑工程，位于新華路北側，基坑北側用地紅線與該側北側地下室外墻之間的最小距離為3m，與新華路之間的最小距離為3.5m；南側用地紅線與南側地下室外墻之間的最小距離為3m，與新華路之間的最小距離為3m；西側用地紅線與西側地下室外墻之間的最小距離為3.1m，與該側新華路之間的最小距離為3.5m；東側用地紅線與東側地下室外墻之間的最小距離為3m，與東側建筑物之間的最小距離為3m；在該深基坑的附近道路下面，埋有很多市政管線，所以這對環境保護提出比較高的要求。

4.2 工程地質狀況分析

本工程施工場地的地形比較平坦，地面標高范圍為10.50m～11.35m。本工程施工場地的地貌主要表現為長江漫灘。其中，在深基坑工程開挖范圍中的土層物理力學性質，如表1所示。

表1 深基坑工程開挖范圍中的土層物理力學性質

4.3 水文地質狀況分析

在本工程施工場地中，地下水屬于潛水，分別分布在：①層填土，②層土，③1 層，④2 層這幾個土層中，地表水與大氣降水是地下水的主要補給來源，地下水的主要排泄方式為滲流與蒸發。在本工程地質勘察過程中，通過對一些鉆孔進行勘測后可知，穩定水位的埋深范圍是1.6m～2.1m，相應標高的范圍是8.72m～9.53m；初見水位的埋深是1.8m～2.2m，應標高的范圍是8.5m～9.01m；在最近幾年中，地下水位最高值為10m，地下水位的年變幅為0.5m。

4.4 深基坑預制混凝土支護管樁結構設計方案的確定

通過有效結合本工程的實際情況，包括工程地質條件、水文地質條件、周邊環境保護要求等，深基坑預制混凝土支護管樁結構設計方案為：選用兩道鋼筋混凝土支撐與PCMW 工法相結合的方法，在深基坑的頂部位置設置排水溝，以進行截水；在基坑內設置混凝土管井，以進行排水。

4.5 預制混凝土支護管樁的施工工況

因為本基坑工程的開挖深度比較深，在極大程度上提高了施工難度，同時還對環境保護提出了更高的要求。本工程施工工期約為10 個月，其中從開挖基坑開始，一直到澆筑完成基礎底板為止，共歷經將近7個月。在正式開挖深基坑以前，施工單位在深基坑中布設了多個監測測點，以對開挖深基坑過程中預制混凝土支護管樁結構的位移變化情況進行詳細記錄。

歷時10個月的施工工況，具體如下。

第一，對預制混凝土支護管樁結構進行施工，當施工結束以后，開始卸土開槽，直到一層支撐底，然后對一層支撐與圈梁進行澆筑施工；

第二，當支撐體系的強度上升到設計強度的80%以后，向下進行分區分層開挖，直到達到二層支撐標高位置；

第三，對二層支撐進行澆筑；

第四，當二層支撐體系的強度滿足設計要求以后，施工單位需要繼續向下進行分區分層開挖，直到深基坑的底部為止；

第五，隨挖隨澆硅墊層，并且向支護樁邊延伸，與支護樁進行嚴密澆筑；第六，澆筑混凝土底板，同時向預制混凝土支護管樁邊進行延伸；

第七，當混凝土底板的強度上升到設計強度的80%以后，需要拆除第二層支撐；

第八，對換撐塊與負二層主體結構進行澆筑；

第九，當換撐塊與負二層底板的強度達到設計要求以后，可以對第一層支撐拆除；

第十，對主體結構進行施工，當施工完成±0.0以下施工內容時，施工單位可以對土方回填。

4.6 預制混凝土支護管樁的使用結果

4.6.1 支護體的水平位移

在本深基坑工程中，施工單位在基坑中共布設了9個監測點。為分析支護體的水平位移，本文主要選取了CX1、CX5、CX6、CX9 這幾個比較具有代表性的監測點。通過深入分析這個監測點的測量結果后，不難發現，支護管樁水平位移的計算值較為均勻與平緩，實測最大值與計算最大值差不多，水平位移并未出現突變現象，實測值與計算值的變化規律基本比較相似。

另外，計算點與監測點的水平位移的變化并不大，變化較為穩定，充分表明，選用預制混凝土支護管樁比較穩定。從整體角度來看，預制混凝土支護管樁水平位移變化趨勢特點為下小上大，呈紡錘狀，基本發生在地面以下8m～10m 之間，究其原因，即在開挖基坑以后，上部土體因受到主動土壓力作用而發生變形，但是下部土體因受到被動土壓力作用而很難發生變形。

4.6.2 支護墻頂的沉降位移

在本深基坑的預制混凝土支護管樁墻體中，共具有四個方向的墻體。墻體產生側移與墻體出現沉降之間存在極大的關系。其中，四個方向墻體的沉降曲線，如圖1 所示。通過分析圖1 后可知，墻頂的總體沉降量并不大。在圖1中，步驟1，是指開挖至圈梁底端；步驟5，是指開挖至深基坑的底端；步驟6，是指對底板的支撐結構進行轉換。步驟1 與步驟4 的沉降量較為相近，步驟5 與步驟6 的沉降量較為相近。

圖1 四個方向墻體的沉降曲線

4.6.3 基坑周邊建筑物的沉降

在深基坑的東側為建筑物，建筑物距深基坑約3m，因此，在進行深基坑施工過程中，若運用預制混凝土支護管樁，則在一定程度上會影響建筑物，為避免出現安全問題。

在進行施工的過程中，施工單位一定要隨時檢查建筑物的沉降情況。通過檢查后發現，建筑物在深基坑施工過程中出現了一定的沉降，不過該沉降量并不大，沉降量最大值約為5mm。因此，在深基坑工程中使用預制混凝土支護管樁，基本不會在較大程度上影響附近的建筑物。

5 結束語

綜上所述，本文以某一深基坑工程為例，首先確定了預制混凝土支護管樁的設計方案，然后詳細闡述了預制混凝土支護管樁施工技術要點。在深基坑工程中使用預制混凝土支護管樁，能夠起到較好的支護效果，不會在較大程度上影響周邊建筑物的正常使用，同時還有助于施工速度的加快與施工成本的降低，能夠有效保護自然環境。本文對預制混凝土支護管樁在深基坑工程中的運用進行了深入研究，以期加深人們對預制混凝土支護管樁的了解與認識。