摘要：通過“預應力管樁-錨索”支護體系在福建省石獅某工程基坑支護中的應用，從支護方案選擇到基坑支護現(xiàn)場的實際施工，闡述了預應力管樁在基坑支護工程中應用的可行性，總結(jié)了預應力管樁支護體系相對于傳統(tǒng)鉆孔灌注樁在施工過程中的優(yōu)缺點。
引言
福建省在采用樁錨支護形式的基坑工程中，常規(guī)的做法是采用鉆孔灌注樁結(jié)合預應力錨索，樁孔灌注樁在施工過程中，泥漿護壁產(chǎn)生環(huán)境污染比較嚴重，最大缺陷是價格昂貴，施工周期長。
近年來預應力高強混凝土管樁在工程樁中得到大量的采用，在對樁的施工類型的選擇中預應力管樁已占主導地位，具有著良好的發(fā)展前景。由于預應力管樁具有樁身質(zhì)量穩(wěn)定、力學性能好、施工效率高等，施工周期短等優(yōu)點，拓展預應力管樁的應用范圍，將其使用到基坑支護結(jié)構(gòu)中，發(fā)揮其自身的優(yōu)勢。
本文介紹預應力管樁在基坑支護工程應用的工程實例，總結(jié)工程經(jīng)驗，探討基坑支護采用預應力管樁的形式的優(yōu)缺點、施工應注意的問題等，并作出相應的總結(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，基坑周長約為1065m。場地標高為16.70~21.70m（黃海高程），地下室底板頂標高為14.30m（黃海工程），承臺高度及墊層厚度為1500mm，則承臺墊層底標高為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。
?。?）全風化花崗巖：屬極軟巖，巖體極破碎，巖體基本質(zhì)量等級為V級。工程性能較好，厚度為0.50~7.10米。
2.支護方案選擇
本項目基坑支護工程施工有以下幾個特點：
1、基坑開挖深度3.90~8.90m，屬于深基坑；
2、基坑支護工作的重點在于基坑東側(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、工程建設工期緊，建設單位要求短時間內(nèi)完成基坑支護工作。
由于基坑東側(cè)緊鄰在建別墅區(qū)，必須采用垂直支護形式。初步選擇懸臂式鉆孔灌注樁、鉆孔樁加預應力錨索和高強預應力管樁加錨索三種支護方案進行可行性比較。
比較項目 懸臂鉆孔灌注樁 鉆孔樁加錨索 預應力管樁加錨索
支護效果 樁頂側(cè)向位移較大，對周圍環(huán)境影響較大，將影響到東側(cè)在建低密度別墅區(qū)。采用預應力錨索，支護位移較小。 施加預應力，支護樁頂位移較小。
工期 受鉆孔樁掘進速度及灌注樁混凝土齡期影響，施工工期較長。 受鉆孔樁掘進速度及灌注樁混凝土齡期影響，施工工期較長。 樁身質(zhì)量可靠，施工方便，樁身工廠預制，不受混凝土齡期影響，成樁速度快，土方開挖方便。
造價 高價高，經(jīng)濟性差。 高價高，經(jīng)濟性差。 造價低，經(jīng)濟性好。
施工組織 多臺樁機施工，施工工效低，施工組織相對復雜。 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、施工組織簡單，施工工作面相對鉆孔灌注樁較小。
環(huán)境效應 泥漿護壁施工污染環(huán)境。 泥漿護壁施工污染環(huán)境。 無泥漿污染，無廢棄物。
綜上內(nèi)容，顯然選擇預應力管樁加預應力錨索形式的支撐體系，在達到設計支護效果的同時，相對于另外兩種方案，還能節(jié)約工期、節(jié)省造價、方便施工、保護環(huán)境等效果，同時由于基坑東側(cè)場地較小，采用樁孔灌注樁，施工難度較大。
3.支護體系施工
經(jīng)過專業(yè)設計單位進行相關(guān)計算后，本基坑支護工程選用基坑工程的支護樁采用直徑為500-AB型（壁厚125）的預應力管樁，樁身長度L=16000mm，支護樁樁中心距離1000mm，基坑東側(cè)支護總共需施工407根預應力管樁。錨索采用直徑為180mm的普通預應力錨索。
3.1預應力管樁施工
由于場地有限，全液壓靜力壓樁機無法進場施工，故采用一臺柴油錘打樁機施工。沉樁時應控制樁頂處標高一致，以方便冠梁施工。
沉樁過程中，由于樁中心距僅1000mm，因此打樁時不同于工程樁的跳打施工，支護樁依次逐根壓樁，以免因擠土效應造成后續(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，樁的擠土效應越發(fā)明顯，僅靠樁尖無法壓到設計標高。
經(jīng)過現(xiàn)場協(xié)調(diào)，決定采用一臺長螺旋鉆機先引孔，再由柴油錘樁機進行沉樁，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。
對于樁孔灌注樁，每日每臺機械正常情況下成樁3根左右，即使使用4臺機械分段同時施工，最快也需要35左右才能完成。同時在管樁施工過程中，工地現(xiàn)場整潔，無需外排泥漿。由于采用成品管樁，管樁進場后即可施工，占地面積小，對于灌注樁，現(xiàn)場還需準備鋼筋籠加工場地，而管樁施工過程相對于灌注樁也節(jié)省了大量場地空間。
沉樁完成后，由于預應力管樁由高強混凝土制作而成，用于基坑支護中主要受彎剪破壞影響，需對管樁進行通長灌芯，灌芯混凝土采用C20無收縮細石混凝土。同時在管樁樁頂，根據(jù)設計要求施工混凝土冠梁。
灌芯過程中，當混凝土面標高快到樁頂時，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置錨索，故土方開挖應配合錨索施工進度，分層開挖。每層挖至錨索標高下0.5m，不得超挖。
3.3普通預應力錨索施工
對于彎剪力的影響，除了通長灌芯，還需要結(jié)合普通預應力錨索，與預應力管樁形成支護體系，才能取得較好的支護效果。
根據(jù)設計要求，錨索采用強度不小于1860MPa的預應力鋼絞線，注漿用水泥漿體采用42.5R普通硅酸鹽水泥。對中支架采用HPB300級（Ⅰ級鋼）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，向鉆孔中安放錨索前，應將孔內(nèi)巖粉和土屑吹凈。成孔過程中，錨索成孔直徑≥180mm，鉆孔前按設計要求定出孔位作出標記。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度的5%。
桿體制作過程中，沿桿體軸線方向設置定位支架，對自由端沒隔2m設置一個，對錨固段每隔1.5m設置一個，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，應進行補漿。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；注漿體強度不小于30MPa。二次高壓注漿時間為一次注漿形成的錨固體強度達到5MPa后進行，且一、二次注漿累計水泥用量不小于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，在進行腰梁施工時，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
為保證東側(cè)在建低密度別墅區(qū)、地下管線和支護結(jié)構(gòu)自身的安全，基坑開挖過程中對支護結(jié)構(gòu)變形進行了監(jiān)測，結(jié)果顯示，基坑開挖到底時，支護樁最大位移僅18.4mm，位于開挖面以上1.9m處；冠梁頂最大位移7.7mm?？梢姴捎?ldquo;預應力管樁-錨索”支護體系對控制支護結(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)論及存在問題
通過預應力管樁基坑支護工程實例應用，可見將預應力管樁應用于基坑支護工程中是可行的。同時，比較預應力管樁與灌注樁的施工特點，可以總結(jié)出以下幾點：
5.1預應力支護管樁的特點
（1）規(guī)格統(tǒng)一、規(guī)范，質(zhì)量可靠。
?。?）運輸方便，運距較長，施速度快。
?。?）施工速度快。
?。?）經(jīng)濟安全。
（5）無污染，施工綠色環(huán)保。
?。?）便于組織施工。
5.2預應力管樁與傳統(tǒng)灌注樁相比較：
?。?）樁身強度高，質(zhì)量可靠。
?。?）剛度大，預應力，變形小。
?。?）場地要求低，場地占用小，方便施工組織。
（4）相對鉆孔灌注樁而言，采用預應力管樁作為支護樁更為經(jīng)濟。
?。?）施工綠色環(huán)保，與鉆孔灌注樁相比，不產(chǎn)生泥漿，對環(huán)境沒有污染。
?。?）施工效率高，大大縮短工期。
5.3預應力管樁在施工中也存在一定的問題。
1）客觀來講，使用施工高強預應力管樁作為支護樁，由于預制管樁長度一般只有16m左右，而作為支護的管樁不能進行焊接，因此對于較深的基坑，無法采用高強預應力管樁。
2）沉樁過程中，不論采用靜壓法還是錘擊法，都是擠土沉樁，而作為基坑支護的預應力管樁，樁間距一般都較小，如遇到密實度較高的的土層，由于擠土效應，樁頂很難達到設計標高。
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