PHC管樁—旋噴錨樁在基坑工程中的應用

賈 華 吳連祥

(啟東市建筑設計院有限公司，江蘇 啟東 226200)

0 引言

隨著城市的不斷發展，城市用地日趨緊張，地下空間大規模建設，相應基坑工程得到長足發展。樁錨支護體系具有寬敞的坑內空間便于土方開挖及后期施工，造價相對較小等優點，在各種支護體系中備受青睞。而PHC管樁由于工期短、經濟效益好、質量有保障、施工時干凈整潔被廣泛采用[1,2]；旋噴錨樁技術近年來也有很大的發展，成樁工藝簡便、成熟，工期較短，大錨固力及可回收樁錨的推廣[3,4]，使旋噴錨樁應用更普遍；故PHC管樁與旋噴錨樁在基坑中的聯合運用有著更大的優勢。本文以某基坑工程為例，對基坑方案的選擇和設計、施工要點進行闡述，結合監測成果，分析評價PHC管樁與旋噴錨樁在基坑工程中的應用效果，為類似基坑工程提供參考。

1 概況

1.1 工程概況

基坑位于南通市沿海區域，為大型商業及住宅項目，地下室1層，采用整體樁筏基礎。基坑大面積開挖深度6.0 m～7.2 m，東西向長350 m，南北向寬260 m，基坑周長約1 100 m，面積近8萬m2。基坑南北兩側距道路8 m～13 m，東西兩側距道路30 m～38 m。基坑南側部分區段地下3 m左右有煤氣管線，最近處約5 m。

1.2 工程地質和水文地質概況

根據巖土勘察資料，場地20 m深度范圍內為第四系濱海～河流相沉積土層，由黏土和粉土組成，土層為中軟土，工程特性尚可。場地地下水類型為孔隙潛水，主要補給來源為大氣降水和地表水側向補給。地下水位埋藏較淺，為地面下1.0 m～1.5 m。基坑支護計算的土層主要物理力學指標見表1。

表1 土層主要物理力學指標

2 基坑支護方案選擇

2.1 基坑工程的特點

1)基坑南北兩側用地緊張，周邊有管線和道路需要保護，東西兩側用地較寬松。

2)基坑長寬尺度大，開挖面積大，若采用內支撐方案，造價高，工期長。

3)基坑開挖較深，主樓部分挖深7.2 m，且都位于基坑的外邊線處，若采用水泥土擋墻方案，造價高不經濟。若采用斜拋撐方案，由于靠近主樓位置，結構復雜，穿墻較多，影響施工。

4)場地土質較好，以粉土為主，土層普遍透水性好。

2.2 基坑支護體系的選擇

根據上述基坑工程的特點，按照安全可靠，經濟合理，方便施工的原則，確定分段支護，不同區域采取不同的支護方式。場地開曠區段，優先采用放坡開挖方案，其他區段采用排樁加拉錨的支護方案。

2.3 基坑排樁選型

目前在基坑支護結構中常用排樁的選型一般有鉆孔灌注樁、SMW工法樁及預制混凝土樁。下面對三種排樁形式進行分析比較。

1)鉆孔灌注樁：技術成熟，無擠土效應，適應較深深度及各類地質條件的基坑，但施工工期較長，工程造價也較高。

2)SMW工法樁：對周圍環境影響小，成樁速度快，如結構施工工期短，型鋼可回收，則相比其他兩種排樁其造價有一定的優勢。但其剛度沒有其他兩種排樁好，對較深的基坑若位移過大，產生裂縫，容易漏水。

3)預制混凝土樁：一般選用同工程樁相同類型的樁，可以與工程樁同時施工節約成本，且施工速度快，成樁質量有保證，造價一般比鉆孔灌注樁有優勢。但預制混凝土樁的使用條件較其他兩種樁型苛刻：a.樁長受生產所限，在基坑工程中運用也不得接樁，為了滿足嵌固要求，只適用中等開挖深度的基坑。b.基坑坑底部位需要有較好的土層，滿足嵌固及隆起的要求，否則需要坑內加固，造價高。c.與主要承受豎向荷載的工程樁不同，支護樁主要承受水平荷載，樁型由抗彎性能決定，選擇能滿足抗彎性能又有較好經濟效益的樁型比較困難。

綜合考慮基坑開挖深度、場地土質條件、工期及經濟等因素，基坑支護樁確定采用PHC管樁。

2.4 基坑方案確定

在綜合比較、優化設計的基礎上，確定采用PHC管樁加一道旋噴錨樁的支護方案，具體設計如下：在挖深6.0 m的區段，采用一排PHC-600(130)AB-C80-12管樁，間距1 m，在冠梁處設置一道18 m φ500 mm旋噴錨樁，間距2 m。管樁外設置2排φ700 mm水泥土攪拌樁擋水。

在挖深7.2 m的區段，支護樁采用PHC-600(130)AB-C80-15管樁，間距1 m，在樁頂下1.5 m處設置一道18 m φ400 mm旋噴錨樁，間距1.0 m,2.0 m相間布設。由于距支護樁3.5 m處有地下管線，支護樁外設置3排φ700 mm水泥土攪拌樁擋水、加固。基坑典型剖面見圖1。

3 基坑支護方案設計和施工

3.1 支護結構內力變形計算

基坑支擋結構計算采用平面桿系彈性支點法，采用基坑商業軟件計算位移、內力，計算結果見圖2。

基坑支擋結構的抗傾覆驗算、整體穩定性驗算、坑底抗隆起驗算等都能滿足規范要求。通過變形內力計算結果分析，采用PHC管樁加一道旋噴錨樁的支護方案，可以滿足基坑支護要求。

3.2 PHC管樁設計

1)從圖2計算結果可以看出，樁身最大彎矩標準值為Mmax=224.5 kN·m，作用點位于坑底上1.7 m處；樁身最大剪力標準值為Vmax=162.3 kN，作用點位于坑底下0.8 m處。根據《預應力混凝土管樁》圖集可查得，PHC-600(130)AB-C80管樁設計彎矩和設計剪力分別為319 kN·m和365 kN。驗算彎矩：1.25Mmax=280<319 kN·m；驗算剪力：1.25Vmax=203<365 kN，都能滿足樁身強度要求。且計算彎矩的最大值控制在設計彎矩值的90%以內，能確保支護樁的安全。

2)目前基坑商業軟件無法考慮管樁的空心問題，一般可以根據等抗彎剛度原則E1I1=E2I2，進行換算得出實心樁直徑。

3.3 旋噴錨樁設計要點

1)旋噴錨樁錨固標高確定：挖深7.2 m的區段，錨樁設定在自然地面下2.5 m處，鎖定于管樁側面的腰梁上，一方面有效減少了管樁的彎矩，另一方面可避開地下管線。錨固點的設置對彎矩值影響很大，應根據支護樁的受彎矩能力及施工方便等因素，確定錨固點位置及錨樁道數。

2)旋噴錨樁間距確定：旋噴錨樁的錨筋需要從支護樁間穿過，錨樁的間距為支護樁間距的整數倍。挖深6.0 m的區段，采用φ500 mm旋噴錨樁，間距2 m，變傾角布置，避免群錨效應。挖深7.2 m的區段，若按照間距2 m布置，錨樁太長，且單根錨樁拉力超過400 kN，錨拉力很大，后期可能因蠕變等原因，造成較大位移。因此選用φ400 mm錨樁，間距1.0 m,2.0 m相間變傾角布設，避免群錨效應。

3)旋噴錨樁鎖定值確定：錨樁鎖定值應根據周圍環境、位移控制要求合理確定。過大的鎖定值，必然需要抗彎強度更大的支護樁以及更長的錨樁，造成不必要的浪費。根據經驗，一般按商業軟件計算位移量20 mm內，合理確定鎖定值。最后確定旋噴錨樁鎖定值為0.65倍的錨樁拉力標準值。

4)旋噴錨樁抗拔力確定：土層的極限粘結強度標準值取巖土勘察報告中提供的預制樁極限側阻力的0.7倍～0.85倍，并保證旋噴錨樁端部錨盤截面不小于15 cm，估算錨樁的極限抗拔承載力標準值，通過抗拔試驗驗證，能達到設計要求。

3.4 基坑工程施工要點

1)PHC管樁施工時，為減少擠土效應對周圍管線及道路的影響，要求采取跳打、設置防擠溝等措施，并根據位移監測數據，控制打樁速度。場地地基土主要為粉土，透水性較好，提前布置一定數量的管井，淺部降水，促進孔隙水壓力的消散。

2)旋噴錨樁成樁工藝成熟，在錨樁張拉鎖定階段有兩個問題更應重視，避免后期基坑位移過大：a.錨樁養護時間不能太短，建議砂性土不少于14 d、黏性土不少于21 d后進行鎖定。b.錨樁張拉、鎖定應符合程序。張拉前取拉力標準值的10%～20%對錨樁進行預張拉，然后張拉至拉力標準值的1.20倍，持荷10 min，卸荷后至荷載值的1.1倍進行鎖定。

4 基坑監測

為保證支護結構及周邊道路、管線等安全，加強監測，確保對施工過程進行動態控制。主要監測了支護結構水平位移及沉降，周邊建筑物、道路管線沉降及地下水位等。

從基坑開挖到地下室施工完畢，基坑樁頂沉降在4.7 mm～15.0 mm范圍，水平位移在13.2 mm～31.0 mm范圍。從實測的深層水平位移數據看，最大位移基本位于樁頂位置，典型基坑深層水平位移曲線見圖3。對比理論計算支護樁變形成果，實測深層水平位移曲線與理論計算形態相似，實測值最大水平位移量稍大于計算值。周邊建筑物、道路和管線沉降均在允許范圍內。現場施工進展順利，說明支護方案達到了預期的效果。

5 結語

PHC管樁與旋噴錨樁支護形式在本基坑工程中的運用，縮短了施工工期，降低了施工造價，具有很好的經濟效益；從基坑監測成果來看，支護結構及周邊的構筑物位移都在控制范圍內，說明該支護體系是安全可靠的，具有較好的應用前景。本工程的成功實施，為類似工程提供一定的參考。

基坑方案的選型必須結合項目的結構特點、地質條件及周邊環境，因地制宜，才能取得較好的技術經濟效益；在基坑實施過程中，施工質量的嚴格控制是基坑支護成功的關鍵因素之一。