PC工法組合鋼管樁在大面積軟土淺基坑中的應用

黃瑩，李慧慧，賴小勇，徐銀鋒

(杭州市勘測設計研究院有限公司，浙江 杭州 310012)

1 引 言

大面積軟土淺基坑普遍具有軟土層深厚、含水率高、強度低、靈敏度高、蠕變性強等特點。該類淺基坑常采用鉆孔樁作為豎向支護結構，但鉆孔樁存在造價高、工期長、泥漿處理困難等問題，而PC工法組合鋼管樁因其施工便利、工期短、可回收的工藝特點在該類淺基坑中應用越來越普遍[1～4]。

2 工程概況

某項目位于湖州市吳興區，總建設用地面積約7萬m2，總建筑面積約23萬m2(包括地下室建筑面積約7.1萬m2)，擬建物包括15幢17～20層酒店、高層住宅及2幢3層宴會廳、酒店大堂、2幢6+1層多層住宅、2幢2層～3層商業、2幢1層配電房。整體下設一層地下室，基坑周長約 1 090 m，開挖面積約6.8萬m2，大面積開挖深度為 4.80 m～6.20 m。

基坑開挖范圍內以雜填土、粉土、粉質黏土及淤泥質粉質黏土為主，其中淤泥質粉質黏土層較厚，該層土物理力學指標相對較差，對基坑變形及整體穩定性控制較為不利。土層物理力學性質指標如表1所示。

土層物理力學性質指標一覽表 表1

基坑周邊環境復雜，其中東側為已建道路，道路下方設燃氣管、通信管、雨水管、污水管等市政管線，基坑下坎線距用地紅線最近處約 3.8 m～8.6 m；南側為已建道路，道路下方設有燃氣管等市政管線，基坑下坎線距用地紅線最近處約 3.1 m，用地紅線外為寬約 15 m的空地；西側為空地，基坑下坎線距用地紅線最近處約 2.8 m；北側為已建道路，道路下方設有雨水管、電力管等市政管線，基坑下坎線距用地紅線最近處約 3.2 m。基坑周邊環境如圖1所示。

圖1 基坑周邊環境及監測點平面布置圖

3 基坑設計思路

根據場地地理位置、土質條件、基坑開挖深度及周邊環境條件，本基坑圍護工程具有以下幾個特點：

(1)本工程基坑大面積開挖深度為 4.80 m～ 6.20 m。

(2)從基坑平面形狀來看，基坑平面較不規則，體量較大。整個基坑開挖面積約6.8萬m2，基坑周長約 1 090 m。

(3)周邊環境復雜，基坑東、北側為已建道路，基坑南側為在建道路，基坑西側為空地。

(4)基坑整體距離用地紅線較近，圍護結構不允許超出用地紅線。

(5)基坑開挖范圍內以雜填土、粉土、粉質黏土及淤泥質粉質黏土為主，其中淤泥質粉質黏土層較厚，該層土物理力學指標相對較差，對基坑變形及整體穩定性控制較為不利。

(6)本工程工期緊張，支護結構以及地下室施工應盡量縮短工期。

因本工程圍護結構不允許超出用地紅線，故放坡、復合土釘墻、水泥攪拌樁重力式擋墻、卸土結合懸臂樁支護形式不適用，原則上采用排樁結合內支撐、排樁結合斜支撐、雙排樁等支護形式。支護結構可選用鉆孔樁或PC工法組合鋼管樁。鉆孔樁具有適用范圍廣、施工工藝成熟、控制變形好等優點，但造價高、工期長。故采用鋼管樁代替鉆孔樁作為支護結構。

綜合上述分析，本基坑角部采用PC工法組合鋼管樁結合一道鋼筋砼支撐的支護形式，其余位置采用PC工法組合鋼管樁結合一道鋼管斜支撐或雙排PC工法組合鋼管樁的支護形式。坑內電梯井等高差處采用雙軸水泥土攪拌樁重力式支護，基坑大面積采用雙軸水泥土攪拌樁進行被動區加固。典型支護剖面如圖2所示，現場施工照片如圖3所示。

圖2 PC工法組合鋼管樁結合一道鋼管斜支撐支護典型剖面

坑底被動區加固采用水泥攪拌樁格柵布置形式，可降低圍護成本，縮短工期，加固截面置換率約為0.8。

圖3 PC工法組合鋼管樁結合一道鋼管斜支撐現場施工照片

斜撐部位大致施工順序為：施工壓頂梁→保留三角土，開挖“留三角土”以外土方→施工開挖范圍內的底板→施工斜支撐→開挖三角土→澆搗三角土部位底板→拆除斜支撐。坑內斜支撐支座與先開挖區域地下室底板同步施工，斜支撐開始受力時先開挖區域地下室底板已施工完成，工程樁與底板已形成整體受力體系。

4 理論計算及數值分析

根據國家有關規范(程)，采用同濟啟明星深基坑支撐結構設計計算軟件對PC工法組合鋼管樁結合一道鋼管斜支撐支護典型剖面進行計算，結果如圖4所示。采用Plaxis巖土有限元分析軟件建立二維有限元計算模型，對PC工法組合鋼管樁結合一道鋼管斜支撐支護典型剖面進行數值分析，結果如圖5所示。

圖4 啟明星內力變形計算結果

圖5 二維有限元數值分析位移云圖

計算結果顯示，因支護樁底部未嵌固到穩定土層中，樁底出現了一定的水平位移。

5 基坑監測數據

本工程布置了測斜管、水位管、軸力計、沉降點等對基坑開挖進行監測，根據本工程監測成果報告顯示，深層土體最大水平位移累計值在 31 mm～ 45 mm之間。監測結果均滿足相關規范[5]以及設計要求。整理PC工法組合鋼管樁結合一道鋼管斜支撐支護典型剖面的深層土體水平位移監測數據曲線如圖6所示：

圖6 典型剖面深層土體水平位移曲線圖

從理論計算、數值分析及監測結果對比可知基坑深層土體水平位移變化特征為：

(1)最大水平位移發生的深度在坑底位置，上部放坡及支撐架設處變形得到有效控制；

(2)實測結果與計算預計位移發展規律基本相符，累計值均在控制值范圍內。斜拋撐支護要求施工期間在基坑內側保留三角土，該措施有效限制了圍護結構水平位移。

6 結 論

(1)PC工法組合鋼管樁結合鋼管斜支撐的全鋼結構支護方式，發揮了鋼支撐架設和拆除簡單快捷，架設完畢施加預應力后可直接開挖下層土方的優勢，達到了節省工期的目的，且鋼支撐同樣可重復循環使用，節省了圍護工程造價。

(2)從實際應用情況分析，PC工法組合鋼管樁具有施工進度快、對環境影響小、占地空間小、可回收、經濟效益好等優點，且使用PC工法組合鋼管樁不會產生泥漿、現場整潔，文明施工容易保證。

(3)從監測數據分析來看，選用PC工法組合鋼管樁代替鉆孔樁，支護剛度可以結合實際情況靈活調整，變形可控。本工程的施工經驗表明，采用PC工法組合鋼管樁加鋼管斜支撐的支護形式，對周邊環境影響較小。

(4)拔除PC工法組合鋼管樁時會有一定的震動，以及攜帶出部分土方，故PC工法組合鋼管樁回收應待土方回填后方可拔除，拔除后采用中粗砂回填樁孔，局部變形敏感處應進行注漿，拔出過程中應加強周邊環境監測。