雙排預(yù)應(yīng)力管樁在軟土地區(qū)污水處理構(gòu)筑物基坑支護中的應(yīng)用

曹志杰

（上海市政工程設(shè)計研究總院（集團）有限公司，上海市200092）

雙排預(yù)應(yīng)力管樁在軟土地區(qū)污水處理構(gòu)筑物基坑支護中的應(yīng)用

曹志杰

（上海市政工程設(shè)計研究總院（集團）有限公司，上海市200092）

論述了預(yù)應(yīng)力管樁水平承載力的特點，以廣州市某污水處理廠工程為例，介紹了污水處理構(gòu)筑物基坑支護設(shè)計方案的選型、計算和具體設(shè)計，并對預(yù)應(yīng)力管樁用于基坑支護提出了相應(yīng)的建議。

預(yù)應(yīng)力管樁（P H C管樁）；軟土；基坑；雙排樁

0 引言

預(yù)應(yīng)力管樁具有工程造價低、施工迅速、質(zhì)量可靠等優(yōu)點，在工業(yè)與民用建筑工程中大量應(yīng)用，據(jù)不完全統(tǒng)計，2013年全國管樁銷售量約為2.8億m[1]，但在基坑工程中，預(yù)應(yīng)力管樁使用并不普遍，主要原因是在廣大工程設(shè)計人員印象中，預(yù)應(yīng)力管樁截面積小、水平承載能力差，不適合用于基坑支護工程，特別是在2009年在上海蓮花河畔景苑的7#樓整體傾覆事故發(fā)生之后，人們對預(yù)應(yīng)力管樁用于基坑支護更加有疑慮。但實際上預(yù)應(yīng)力管樁用于基坑也不乏成功案例[2]，隨著對更多的工程實踐和理論研究，預(yù)應(yīng)力管樁在基坑支護工程中的運用將越來越廣泛。

1 工程概況

本工程為廣州市某污水處理廠工程，主要構(gòu)筑物為生物反應(yīng)池，生物反應(yīng)池部分平面尺寸97.8 m×81.0 m，挖深5.85 m。生物反應(yīng)池東側(cè)有污水廠一二期道路以及地下管線，距離基坑邊約6.4 m。生物反應(yīng)池西側(cè)有污水廠一二期生物處理池，距離基坑邊約20m。

本工程淤泥質(zhì)土深厚，典型的地層剖面見表1。

2 支護樁型選擇

從表1可以看出，本工程淤泥層厚16.2 m，基坑面積較大，靠近基坑有一些管線和構(gòu)筑物需要保護。由于工程進度緊張，內(nèi)支撐挖土效率低，根據(jù)當?shù)亟?jīng)驗生物反應(yīng)池可以采用雙排樁支護方案，傳統(tǒng)雙排樁采用鉆孔灌注樁，施工速度慢且造價高，是否可采用預(yù)應(yīng)力管樁替代灌注樁呢？要回答這個問題首先要解決預(yù)應(yīng)力管樁水平承載能力差的顧慮，我們把管樁和灌注樁承載力做一下比較：

表1 土層物理力學(xué)性質(zhì)

按一般工程經(jīng)驗，假設(shè)灌注樁直徑600 mm，混凝土強度等級C30，保護層厚度50 mm，取配筋：17@18（4 326 mm2,ρ=1.53%），箍筋8@100（1 005 mm2/m，ρsv=0.17%），把它的承載能力與預(yù)應(yīng)力管樁相比，見表2。

從表2看，預(yù)應(yīng)力管樁并非想象中的水平承載力低，事實通過計算比較，A B型以上600 mm直徑的預(yù)應(yīng)力管樁抗彎和抗剪承載力設(shè)計值均同直徑的灌注樁接近或者超過，所以預(yù)應(yīng)力管樁用于基坑支護從力學(xué)上應(yīng)該是可行的。從施工進度、施工質(zhì)量和經(jīng)濟性考慮，本工程選用預(yù)應(yīng)力管樁圍護是合理的。

表2 樁承載力表

3 支護結(jié)構(gòu)設(shè)計

3.1 基坑圍護方案

（1）生物反應(yīng)池采用雙排Φ600 mm預(yù)應(yīng)力管樁，A B型，樁長15 m，前排間距0.8 m，后排間距1.6 m，排距5.5 m。考慮到管樁接頭位置受力較薄弱，結(jié)合現(xiàn)場運輸條件，采用單節(jié)樁，見圖1。

圖1 雙排管樁基坑平面圖

（2）前排后背采用Φ500 mm水泥土攪拌樁止水，搭接150 mm，樁長10 m。

（3）頂部采用鋼筋混凝土桁架式連梁，實踐表明桁架式連梁比平行連梁具有更大的水平剛度。

（4）坑內(nèi)四周采用水泥土攪拌樁加固，坑中采用雙向抽條布置的水泥土攪拌樁加固，既減小擋墻位移，也可以在挖土不平衡時約束工程樁傾斜，見圖2。

3.2 基坑計算

雙排樁計算按照《建筑基坑支護技術(shù)規(guī)程》J G J120-2012提供的計算方法，采用理正深基坑計算軟件進行計算，其中混凝土強度等級按照剛度（E I）等效的原則取C45，見圖3。

圖2 雙排管樁基坑剖面圖（單位：mm）

圖3 雙排管樁計算結(jié)果包絡(luò)圖

按照文獻[4]雙排樁排距大于土體主動滑裂面距離時，雙排樁近似與拉錨結(jié)構(gòu)，所以基坑支護結(jié)構(gòu)宜按照單排樁拉錨結(jié)構(gòu)復(fù)核，見圖4。

圖4 錨拉管樁計算結(jié)果包絡(luò)圖

從圖4可以看出，采用錨拉式支護模式，計算所得支護管樁的內(nèi)力更小，所以采用圖3計算結(jié)果選用的管樁型號應(yīng)該是安全的。

5 基坑實施效果

工程采用預(yù)應(yīng)力管樁基坑圍護結(jié)構(gòu)取得了成功，不僅大大加快了工程進度，而且節(jié)省了工程造價，在基坑開挖過程中，鄰近的管道和建筑的沉降和位移監(jiān)測均在允許范圍之內(nèi)，見圖5。

圖5 現(xiàn)場施工照片

6 結(jié)語

（1）預(yù)應(yīng)力管樁在一定的深度條件下用于軟土基坑圍護，不僅能保證安全，而且具有施工速度快，造價低等優(yōu)勢；

（2）預(yù)應(yīng)力管樁與灌注樁相比也具有較好的水平承載力，預(yù)應(yīng)力管樁用于基坑支護工程時，采用厚壁和A B型以上大直徑管樁具有較好的受力性能和經(jīng)濟效益；

（3）雙排預(yù)應(yīng)力管樁圍護結(jié)構(gòu)結(jié)合坑內(nèi)土體加固可以有效減小基坑位移。

[1]王離.預(yù)應(yīng)力管樁的最新進展和發(fā)展趨向[J].混凝土與水泥制品,2015(2):32-35.

[2]李仁民,陳曉鳳,童立元,等.雙排高強預(yù)應(yīng)力砼管樁在基坑支護工程中的應(yīng)用[J].巖土工程學(xué)報,2012(S1):585-589.

[3]JGJ 120-2012,建筑基坑支護技術(shù)規(guī)程[S].

[4]聶慶科,等.深基坑雙排樁支護結(jié)構(gòu)設(shè)計理論與運用[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2008.

T U47

B

1009-7716（2017）06-0301-02

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2017.06.088

2017-02-19

曹志杰（1978-），男，江蘇常州人，高級工程師，從事給排水結(jié)構(gòu)設(shè)計工作。