摘要：通過(guò)“預(yù)應(yīng)力管樁-錨索”支護(hù)體系在福建省石獅某工程基坑支護(hù)中的應(yīng)用，從支護(hù)方案選擇到基坑支護(hù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際施工，闡述了預(yù)應(yīng)力管樁在基坑支護(hù)工程中應(yīng)用的可行性，總結(jié)了預(yù)應(yīng)力管樁支護(hù)體系相對(duì)于傳統(tǒng)鉆孔灌注樁在施工過(guò)程中的優(yōu)缺點(diǎn)。
引言
福建省在采用樁錨支護(hù)形式的基坑工程中，常規(guī)的做法是采用鉆孔灌注樁結(jié)合預(yù)應(yīng)力錨索，樁孔灌注樁在施工過(guò)程中，泥漿護(hù)壁產(chǎn)生環(huán)境污染比較嚴(yán)重，最大缺陷是價(jià)格昂貴，施工周期長(zhǎng)。
近年來(lái)預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)混凝土管樁在工程樁中得到大量的采用，在對(duì)樁的施工類型的選擇中預(yù)應(yīng)力管樁已占主導(dǎo)地位，具有著良好的發(fā)展前景。由于預(yù)應(yīng)力管樁具有樁身質(zhì)量穩(wěn)定、力學(xué)性能好、施工效率高等，施工周期短等優(yōu)點(diǎn)，拓展預(yù)應(yīng)力管樁的應(yīng)用范圍，將其使用到基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)中，發(fā)揮其自身的優(yōu)勢(shì)。
本文介紹預(yù)應(yīng)力管樁在基坑支護(hù)工程應(yīng)用的工程實(shí)例，總結(jié)工程經(jīng)驗(yàn)，探討基坑支護(hù)采用預(yù)應(yīng)力管樁的形式的優(yōu)缺點(diǎn)、施工應(yīng)注意的問(wèn)題等，并作出相應(yīng)的總結(jié)分析。
1.工程概況
某在建工程，位于福建省石獅市服裝城附近，交通便利。擬建6棟31層高層商業(yè)住宅，2層地下室，基坑西側(cè)、北側(cè)、南側(cè)均為空地，東側(cè)緊挨著在建別墅區(qū)。該基坑總面積約為36337m2，基坑周長(zhǎng)約為1065m。場(chǎng)地標(biāo)高為16.70~21.70m（黃海高程），地下室底板頂標(biāo)高為14.30m（黃海工程），承臺(tái)高度及墊層厚度為1500mm，則承臺(tái)墊層底標(biāo)高為12.80m（黃海高程），則基坑深度為3.90~8.90m。
在基坑開挖范圍內(nèi)，主要涉及到以下土層：
?。?）雜填土：人工填積而成，為新近填土，回填時(shí)間為近期1年內(nèi)，均勻性差，工程性能差。厚度為0.50～4.90米。
素填土：均勻性差，工程性能差。厚度為0.40～5.80米。
?。?）粉質(zhì)粘土2-1：工程性能一般。厚度為0.40~6.10米，沖洪積成因。
?。?）泥質(zhì)礫粗砂：工程性能較差~一般，該層顆粒粒徑>2mm含量24.5%，顆粒粒徑>0.5mm含量60.0%，顆粒呈棱角形。厚度0.30~1.60米，沖洪積成因。
?。?）粉質(zhì)粘土2-2：工程性能一般。厚度為0.80~3.00米，沼澤沉積成因。
?。?）淤泥質(zhì)粘土：工程性能差。厚度0.40~2.40米。
?。?）含泥中粗砂：分選性較好，級(jí)配較差，該層顆粒粒徑d>2mm含量0~42.5%，顆粒粒徑2>d>0.5mm含量8.0~40.26%，顆粒呈棱角形。厚度0.50~4.80米。
?。?）殘積砂質(zhì)粘性土：工程性能一般，厚度為0.60~12.50米。
?。?）全風(fēng)化花崗巖：屬極軟巖，巖體極破碎，巖體基本質(zhì)量等級(jí)為V級(jí)。工程性能較好，厚度為0.50~7.10米。
2.支護(hù)方案選擇
本項(xiàng)目基坑支護(hù)工程施工有以下幾個(gè)特點(diǎn)：
1、基坑開挖深度3.90~8.90m，屬于深基坑；
2、基坑支護(hù)工作的重點(diǎn)在于基坑?xùn)|側(cè)，毗鄰在建低密度別墅區(qū)，地下室邊界到最近在建別墅的基礎(chǔ)直線距離不足10米；
3、基坑施工范圍內(nèi)的土層情況較好；
4、工程建設(shè)工期緊，建設(shè)單位要求短時(shí)間內(nèi)完成基坑支護(hù)工作。
由于基坑?xùn)|側(cè)緊鄰在建別墅區(qū)，必須采用垂直支護(hù)形式。初步選擇懸臂式鉆孔灌注樁、鉆孔樁加預(yù)應(yīng)力錨索和高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力管樁加錨索三種支護(hù)方案進(jìn)行可行性比較。
比較項(xiàng)目 懸臂鉆孔灌注樁 鉆孔樁加錨索 預(yù)應(yīng)力管樁加錨索
支護(hù)效果 樁頂側(cè)向位移較大，對(duì)周圍環(huán)境影響較大，將影響到東側(cè)在建低密度別墅區(qū)。采用預(yù)應(yīng)力錨索，支護(hù)位移較小。 施加預(yù)應(yīng)力，支護(hù)樁頂位移較小。
工期 受鉆孔樁掘進(jìn)速度及灌注樁混凝土齡期影響，施工工期較長(zhǎng)。 受鉆孔樁掘進(jìn)速度及灌注樁混凝土齡期影響，施工工期較長(zhǎng)。 樁身質(zhì)量可靠，施工方便，樁身工廠預(yù)制，不受混凝土齡期影響，成樁速度快，土方開挖方便。
造價(jià) 高價(jià)高，經(jīng)濟(jì)性差。 高價(jià)高，經(jīng)濟(jì)性差。 造價(jià)低，經(jīng)濟(jì)性好。
施工組織 多臺(tái)樁機(jī)施工，施工工效低，施工組織相對(duì)復(fù)雜。 施工工效低，且鉆孔灌注樁工藝需要較大的工作面。 管樁施工工效高、施工組織簡(jiǎn)單，施工工作面相對(duì)鉆孔灌注樁較小。
環(huán)境效應(yīng) 泥漿護(hù)壁施工污染環(huán)境。 泥漿護(hù)壁施工污染環(huán)境。 無(wú)泥漿污染，無(wú)廢棄物。
綜上內(nèi)容，顯然選擇預(yù)應(yīng)力管樁加預(yù)應(yīng)力錨索形式的支撐體系，在達(dá)到設(shè)計(jì)支護(hù)效果的同時(shí)，相對(duì)于另外兩種方案，還能節(jié)約工期、節(jié)省造價(jià)、方便施工、保護(hù)環(huán)境等效果，同時(shí)由于基坑?xùn)|側(cè)場(chǎng)地較小，采用樁孔灌注樁，施工難度較大。
3.支護(hù)體系施工
經(jīng)過(guò)專業(yè)設(shè)計(jì)單位進(jìn)行相關(guān)計(jì)算后，本基坑支護(hù)工程選用基坑工程的支護(hù)樁采用直徑為500-AB型（壁厚125）的預(yù)應(yīng)力管樁，樁身長(zhǎng)度L=16000mm，支護(hù)樁樁中心距離1000mm，基坑?xùn)|側(cè)支護(hù)總共需施工407根預(yù)應(yīng)力管樁。錨索采用直徑為180mm的普通預(yù)應(yīng)力錨索。
3.1預(yù)應(yīng)力管樁施工
由于場(chǎng)地有限，全液壓靜力壓樁機(jī)無(wú)法進(jìn)場(chǎng)施工，故采用一臺(tái)柴油錘打樁機(jī)施工。沉樁時(shí)應(yīng)控制樁頂處標(biāo)高一致，以方便冠梁施工。
沉樁過(guò)程中，由于樁中心距僅1000mm，因此打樁時(shí)不同于工程樁的跳打施工，支護(hù)樁依次逐根壓樁，以免因擠土效應(yīng)造成后續(xù)樁成樁困難。雖然打樁前考慮到了樁距小，采用逐一施工順序，但是隨著施工樁數(shù)增加，樁的擠土效應(yīng)越發(fā)明顯，僅靠樁尖無(wú)法壓到設(shè)計(jì)標(biāo)高。
經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)協(xié)調(diào)，決定采用一臺(tái)長(zhǎng)螺旋鉆機(jī)先引孔，再由柴油錘樁機(jī)進(jìn)行沉樁，取得了非常明顯的效果，日成樁在30根左右，最終僅用了15天就完成了管樁打樁工作，大大節(jié)省了工期。
對(duì)于樁孔灌注樁，每日每臺(tái)機(jī)械正常情況下成樁3根左右，即使使用4臺(tái)機(jī)械分段同時(shí)施工，最快也需要35左右才能完成。同時(shí)在管樁施工過(guò)程中，工地現(xiàn)場(chǎng)整潔，無(wú)需外排泥漿。由于采用成品管樁，管樁進(jìn)場(chǎng)后即可施工，占地面積小，對(duì)于灌注樁，現(xiàn)場(chǎng)還需準(zhǔn)備鋼筋籠加工場(chǎng)地，而管樁施工過(guò)程相對(duì)于灌注樁也節(jié)省了大量場(chǎng)地空間。
沉樁完成后，由于預(yù)應(yīng)力管樁由高強(qiáng)混凝土制作而成，用于基坑支護(hù)中主要受彎剪破壞影響，需對(duì)管樁進(jìn)行通長(zhǎng)灌芯，灌芯混凝土采用C20無(wú)收縮細(xì)石混凝土。同時(shí)在管樁樁頂，根據(jù)設(shè)計(jì)要求施工混凝土冠梁。
灌芯過(guò)程中，當(dāng)混凝土面標(biāo)高快到樁頂時(shí)，放入與砼冠梁連接的柱頭鋼筋籠。
3.2土方開挖
由于管樁樁身不同高度處均有設(shè)置錨索，故土方開挖應(yīng)配合錨索施工進(jìn)度，分層開挖。每層挖至錨索標(biāo)高下0.5m，不得超挖。
3.3普通預(yù)應(yīng)力錨索施工
對(duì)于彎剪力的影響，除了通長(zhǎng)灌芯，還需要結(jié)合普通預(yù)應(yīng)力錨索，與預(yù)應(yīng)力管樁形成支護(hù)體系，才能取得較好的支護(hù)效果。
根據(jù)設(shè)計(jì)要求，錨索采用強(qiáng)度不小于1860MPa的預(yù)應(yīng)力鋼絞線，注漿用水泥漿體采用42.5R普通硅酸鹽水泥。對(duì)中支架采用HPB300級(jí)（Ⅰ級(jí)鋼）鋼管及φ8鋼筋焊制。注漿管：一次注漿管耐壓力1.0MPa，二次高壓注漿管耐壓力5.0MPa。錨索成孔采用潛孔鉆機(jī)，向鉆孔中安放錨索前，應(yīng)將孔內(nèi)巖粉和土屑吹凈。成孔過(guò)程中，錨索成孔直徑≥180mm，鉆孔前按設(shè)計(jì)要求定出孔位作出標(biāo)記。盡量控制錨索水平、垂直方向的錨孔定位偏差不宜大于20mm，鉆孔軸線的偏斜率不大于錨索長(zhǎng)度的5%。
桿體制作過(guò)程中，沿桿體軸線方向設(shè)置定位支架，對(duì)自由端沒(méi)隔2m設(shè)置一個(gè)，對(duì)錨固段每隔1.5m設(shè)置一個(gè)，注漿管，排氣管與桿體綁扎牢固。
注漿管的出漿口插入距孔底≤200mm處，漿液自下而上連續(xù)灌注。錨索一次注漿采用水泥凈漿，水灰比0.5~0.55，必要時(shí)可加入外加劑。一次注漿待孔口溢漿，即可停止注漿；漿體硬化后不能充滿錨固體時(shí)，應(yīng)進(jìn)行補(bǔ)漿。錨索注漿采用二次高壓注漿工藝，注漿材料為水泥凈漿，二次高壓注漿水灰比為0.5~0.55；注漿體強(qiáng)度不小于30MPa。二次高壓注漿時(shí)間為一次注漿形成的錨固體強(qiáng)度達(dá)到5MPa后進(jìn)行，且一、二次注漿累計(jì)水泥用量不小于75kg/m，二次高壓注漿壓力為2.5~5.0MPa
注漿完成后，進(jìn)行鋼筋混凝土腰梁的施工。腰梁截面為400×400，錨索錨固端切角尺寸150×70，在進(jìn)行腰梁施工時(shí)，為固定腰梁，采用φ22鋼筋制作腰梁支撐架，間距1500mm，支撐架一端預(yù)埋在鋼筋混凝土冠梁中，另一端錨入腰梁中。
4.基坑變形監(jiān)測(cè)
為保證東側(cè)在建低密度別墅區(qū)、地下管線和支護(hù)結(jié)構(gòu)自身的安全，基坑開挖過(guò)程中對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)變形進(jìn)行了監(jiān)測(cè)，結(jié)果顯示，基坑開挖到底時(shí)，支護(hù)樁最大位移僅18.4mm，位于開挖面以上1.9m處；冠梁頂最大位移7.7mm。可見采用“預(yù)應(yīng)力管樁-錨索”支護(hù)體系對(duì)控制支護(hù)結(jié)構(gòu)的變形有較為明顯的效果。周邊建筑物及道路、管線未出現(xiàn)任何損壞。
5.結(jié)論及存在問(wèn)題
通過(guò)預(yù)應(yīng)力管樁基坑支護(hù)工程實(shí)例應(yīng)用，可見將預(yù)應(yīng)力管樁應(yīng)用于基坑支護(hù)工程中是可行的。同時(shí)，比較預(yù)應(yīng)力管樁與灌注樁的施工特點(diǎn)，可以總結(jié)出以下幾點(diǎn)：
5.1預(yù)應(yīng)力支護(hù)管樁的特點(diǎn)
?。?）規(guī)格統(tǒng)一、規(guī)范，質(zhì)量可靠。
?。?）運(yùn)輸方便，運(yùn)距較長(zhǎng)，施速度快。
（3）施工速度快。
?。?）經(jīng)濟(jì)安全。
?。?）無(wú)污染，施工綠色環(huán)保。
?。?）便于組織施工。
5.2預(yù)應(yīng)力管樁與傳統(tǒng)灌注樁相比較：
（1）樁身強(qiáng)度高，質(zhì)量可靠。
?。?）剛度大，預(yù)應(yīng)力，變形小。
?。?）場(chǎng)地要求低，場(chǎng)地占用小，方便施工組織。
?。?）相對(duì)鉆孔灌注樁而言，采用預(yù)應(yīng)力管樁作為支護(hù)樁更為經(jīng)濟(jì)。
?。?）施工綠色環(huán)保，與鉆孔灌注樁相比，不產(chǎn)生泥漿，對(duì)環(huán)境沒(méi)有污染。
?。?）施工效率高，大大縮短工期。
5.3預(yù)應(yīng)力管樁在施工中也存在一定的問(wèn)題。
1）客觀來(lái)講，使用施工高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力管樁作為支護(hù)樁，由于預(yù)制管樁長(zhǎng)度一般只有16m左右，而作為支護(hù)的管樁不能進(jìn)行焊接，因此對(duì)于較深的基坑，無(wú)法采用高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力管樁。
2）沉樁過(guò)程中，不論采用靜壓法還是錘擊法，都是擠土沉樁，而作為基坑支護(hù)的預(yù)應(yīng)力管樁，樁間距一般都較小，如遇到密實(shí)度較高的的土層，由于擠土效應(yīng)，樁頂很難達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)高。
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