預應力管樁結合錨索在基坑支護中的應用

薛華順

建材福州地質工程勘察院有限公司（350000）

0 引言

PHC管樁具有施工速度快、工程造價低、樁身質量容易控制等特點，在主體結構樁基工程中得到了大量的應用，但是由于管樁抗水平承載力較差，在深基坑支護中應用較少。文章將PHC管樁結合錨索應用于基坑的支護中，取得了良好的經濟效益與環保效益。

1 工程概況

年產800 t維生素A油和年產200 t維生素D3油項目，位于廈門市海滄區東孚鎮龍門社轄區，主體建筑由辦公樓、宿舍樓、倉庫、若干車間、污水站及埋地罐組組成。辦公大樓設一層地下室，采用預應力管樁基礎；污水站、埋地罐組采用筏板基礎。辦公大樓基坑開挖深度為5.6～6.2 m。

2 基坑周邊環境概況

辦公大樓地下室西側距用地紅線約3.8～16.0 m，最近距離西北側約3.8 m，紅線外為龍門西二路，靠近紅線有工業蒸汽管道通過，龍門西二路人行道上有電纜管道；地下室東側距用地紅線約2.5～18.0 m，最近距離東北側約2.5 m，紅線外為龍門西路，龍門西路距離紅線約8.5 m，龍門西路人行道上有電纜管道；地下室南側及北側中部地段較開闊，現為空地。

3 工程地質及水文地質

3.1 工程地質條件

場地原始地貌屬丘間坡洪積洼地，后經人工整平，地形較平坦，巖土工程勘察報告揭露場地基坑開挖范圍內的地層主要有：

1）素填土：厚度為 0.5～7.9 m（平均 3.69 m），分布不均勻。灰黃色、灰色、灰黑色，松散～稍密，稍濕～濕，主要由黏性土回填，回填時間約5～8年，未經專門壓實處理，尚未完成自重固結。

2）雜填土：場地內大部分地段均有分布，厚度為 0.41～0.5 m（平均 5.13 m），分布不均勻。 黃、黃紅、灰等雜色，松散～稍密，稍濕～濕，主要由黏性土、碎石、建筑垃圾組成，硬雜質含量為30%～50%，未經專門壓實處理，尚未完成自重固結。

3）粉質黏土：零星分布，厚度為 0.5～5.6 m（平均2.11 m），分布不均勻。黃、灰黃、灰白色，可塑～硬塑，濕，主要由黏粉粒組成。

4）中砂：零星分布，厚度為 0.9～2.3 m，分布不均勻。呈黃、灰黃色，稍密～中密。

5）碎石：零星分布，厚度為 0.6～8.1 m（平均 3.76 m），分布不均勻。黃、灰黃、黃紅色，稍密～中密。

6）殘積砂質黏性土：場地內均有分布，揭露厚度為 1.2～12.3 m。

7）全風化花崗巖：場地大部分有分布，揭露厚度為 1.7～10.9 m。

場地地層主要物料力學參數見表1。

表1 巖土設計計算參數

3.2 水文地質條件

根據巖土工程勘察報告，擬建場地地下水主要賦存和運移于中砂、碎石、殘積砂質黏性土、全風化花崗巖、強風化花崗巖及中風化花崗巖中的孔隙～網狀裂隙中，其次為填土層的孔隙中。地下水類型一般表現為潛水，場地穩定水位埋深為1.60～5.70 m，根據區域水文地質資料，擬建場地地下水位年變幅約為2.0～3.0 m。地下水位受地形控制明顯，場地處于丘間低洼匯水排泄區，考慮到各種因素，建議該場地的最高水位（包括辦公樓地下室的防水和抗浮設計水位）按設計室外地坪標高下0.5 m考慮。

4 基坑圍護結構設計

辦公大樓地下室基坑西側距用地紅線約3.8～16.0 m，最近距離西北側約3.8 m，紅線外為龍門西二路，靠近紅線有工業蒸汽管道通過，龍門西二路人行道上有電纜管道，故辦公大樓基坑西側對變形要求較高，文章主要論述辦公大樓基坑西側支護形式。

辦公大樓基礎采用預應力管樁，本著安全可靠、經濟合理、縮短工期的原則，同時滿足施工環保要求，辦公樓基坑西側圍護樁采用與主樓相同的樁型，即采用預應力管樁結合預應力錨索支護形式，樁頂設在坡頂下1.5 m處，緊鄰用地紅線處上部1.5 m采用240 mm厚磚砌擋墻，其余采用1∶1掛網噴射混凝土放坡護坡。施工工序安排先施工主體結構工程樁，再施工圍護樁，以消除施工主體結構工程樁時造成的側向土壓力對圍護樁造成的剪切破壞。圍護樁采用直徑為500 mm、間距為1 000 mm、壁厚為125 mm、樁長為10 m的PHC-AB管樁，樁頂采用截面為500 mm×700 mm的冠梁連接在一起，管樁樁頭進入樁頂冠梁高度不小于100 mm，在冠梁上設置一道長28.0 m、間距為2.0 m、傾角為30°的預應力錨索，錨固段設在殘積黏性土及全風化花崗巖地層里，成孔孔徑不小于150 mm。基坑開挖后掛網片噴射混凝土保護樁間土，鋼筋網片采用A8@200 mm×200 mm，噴射混凝土厚度為100 mm。地下水處理采用管井降水并結合集水明排措施。經計算樁身最大彎矩為174.48 kN.m，最大剪力為108.77 kN，計算結果如圖1所示。

圖1 基坑支護計算結果

依據 《預應力混凝土管樁》（10G409）可查得，PHC-500（125）AB管樁受彎承載力設計值為186 kN·m，受剪承載力設計值為273 kN。最大彎矩驗算：174.48×1.25×0.85=185.39 kN·m＜186 kN·m；最大剪力驗算：108.77×1.25=135.96 kN＜273 kN， 滿足規范要求。為了進一步提高管樁的抗彎、抗剪性能，采用在管樁樁孔內插入縱筋6E20、箍筋D8@200的鋼筋籠，縱筋錨入冠梁內不小于35 d，并填芯C30混凝土，填芯深度為樁頂下不少于6 m。

5 施工過程及圍護結構變形監測

本工程圍護樁沉樁控制：以樁端設計標高控制，與設計標高誤差不超過100 mm；應控制打樁速率和日打樁量，24 h內休止時間不應少于8 h；樁中心位置允許偏移：軸線和垂直軸線方向均不宜超過50 mm，垂直度偏差不宜大于0.5%；管樁不允許接樁，需按設計長度定長施工；管樁施工期間，對周圍地面的隆起加強觀測，控制差異隆起量不超過3%。應對不少于總樁數的10%的樁頂上涌和水平位移進行監測；沉樁施工順序是從中間向兩個方向施打，沉樁過程中應密切關注擠土對周圍環境及樁身的影響及樁上浮的情況，制訂安全合理的施工方案。

本工程錨索原設計采用水灰比為0.5的純水泥注漿，設計注明需進行錨索基本試驗，以便調整錨索設計。錨索試驗時，實際注漿量超過設計注漿量，錨索孔口仍無返漿現象，分析認為造成此現象的原因是錨索大部分區域穿越填土層，填土空隙較大，且水泥漿凝固時間較長，漿液隨著空隙流走。為解決此問題，新設計采用水泥-水玻璃雙液注漿，通過加入水玻璃來調節水泥凝結時間，效果良好。錨索施工完成后，錨索抗拔試驗滿足設計要求。

本工程施工過程中，對圍護樁變形、坡頂變形、周邊建（構）筑物、道路及管線沉降等進行了監測。從監測數據來看，圍護樁向基坑內位移一般在10～28 mm之間，周邊道路沉降及建（構）筑物沉降在8 mm左右，周邊管線沉降最大為9 mm，地下水位變幅小于500 mm，監測變形數據均在設計及規范允許范圍內，未發現異常情況。從監測成果看，本基坑采用的預應力管樁結合預應力錨索支護形式穩定可靠，有效控制了基坑西側周邊管線和周邊建（構）筑物變形，保證了工程施工順利推進，現工程已完工，基坑已回填完成。

6 結語

1）應用雙液注漿能很好地解決填土區錨索孔口無返漿、漿液流失問題，并能提供可靠的錨固體強度，在相似地質條件基坑支護工程中可參考采用。

2）PHC管樁承受水平荷載能力較差，用作基坑支護時可在管樁樁孔內插入鋼筋籠，并填芯C30混凝土，以提高其抗彎、抗剪性能。

3）預應力管樁結合錨索支護形式在厚層雜填土地質條件下取得了良好的效果，有效地保證了鄰近蒸汽管道及道路的安全，取得了良好的經濟效益與環保效益，對相似工程的基坑支護設計和施工具有參考意義。