摘要：經(jīng)濟建設的飛速發(fā)展對高層建筑和復雜結構的基礎施工提出了更高的要求。一方面，預應力管樁基礎作為一項相對成熟的技術得到了廣泛的應用。一方面，預應力管樁基礎抗側向力的能力比較差，當預應力管樁基礎靠近軟弱陡坡時，由于側向的水土壓力及土體變形等原因，預應力管樁極易出現(xiàn)偏移、彎曲、甚至斷裂等質(zhì)量問題。
本文結合廣州市白云機場第三跑道項目住宅安置區(qū)西區(qū)（一期）工程，介紹一種能有效保護預應力管樁群的施工技術，特別是軟弱陡坡土體中的預應力管樁的保護方面效益尤其突出。
1.工程背景
廣州市白云機場第三跑道項目住宅安置區(qū)西區(qū)（一期）工程是廣東省重點工程。此工程中A8-A10棟有一層地下室，C1-C2棟有二層地下室，其中A8-A10棟地下室是預應力管樁基礎。
該工程兩處都開挖到一層地下室的時候，先施工A8-A10棟一層地下室底板，并同時開挖C1-C2棟二層地下室遠離交界處的土方。當C1-C2棟二層地下室土方開挖到邊坡位置時，A8-A10棟一層地下室底板已經(jīng)進入構穩(wěn)定期，后續(xù)工程兩側可以繼續(xù)同步施工。對比方案是兩處同時開挖到一層地下室，然后先開挖C1-C2棟地下室土方，當土方開挖完成后對邊坡進行支護。施工C1-C2棟二層地下室，直至二層地下室工程完成，然后兩側同時往上施工。
2.預應力管樁受力模型
2.1模型建立
樁基為φ400mm預應力管樁，樁身混凝土強度為C80，彈性模量E=3.8×104MPa，泊松比μ=0.2，密度ρ=2500kg/m3。管樁壁厚95mm，長度8m。土體為砂質(zhì)土，彈性模量E=20MPa，泊松比μ=0.35，密度ρ=1850kg/m3，內(nèi)摩擦角ψ=20。管樁上部和0.25m的混泥土板固結?；炷涟迳线h離邊坡的側面施加固定約束，混凝土側面受到土體朝向x方向的面壓力。工程位置周邊地下水豐富，應考慮地下水壓力。邊坡位置位于一層地下室內(nèi)，在這里簡化地下水位和邊坡上平面平齊，邊坡高度約4.0m。管樁長度8.0m，相對邊坡深入下層土體4m，管樁深入微風化巖層，簡化管樁底端為固定約束。砂質(zhì)土有抗壓能力，忽略抗拉剪能力。ANSYS中整體模型中底板約束端尺寸設定長度5m，寬度2m，自由端尺寸設定長度1m，寬度2m，寬度方向關于管樁中心對稱；下端土體尺寸設定2m，寬度2m，長度方向和寬度方向關于管樁中心對稱。
經(jīng)計算，邊坡位置土壓力和水壓力分別以0.91×104Pa和0.98×104Pa的速率從上向下增加。
對比模型中沒有混凝土板固結在管樁上部，其余參數(shù)同上所述。
2.2模型結果
由上述模型，ANSYS得到變形圖示和應力密度
可知管樁在設定的梯度荷載作用下，最大位移為3.426mm，第一主應力為12.6MPa；第三主應力為-9.72MPa；應力密度為1.24×107J/m3，最大位移在管樁中部靠上，即在邊坡底部稍上的部位。實測管樁群的位移和模擬計算結果吻合得很好，最大位移一般都是在管樁中部稍微靠上的位置，最大位移1~3mm?？芍獙Ρ饶Ｐ椭?，最大位移為24.369mm，第一主應力為14.2MPa；第三主應力為-14.2MPa；應力密度為1.43×107J/m3，最大位移發(fā)生在管樁最上端，與工程實際中無約束端管樁變形相符合。通過模型的對比可知，管樁頂端的底板約束能夠大大減小管樁的位移，對管樁的保護有著至關重要的作用。
2.3模型結果分析
由上述ANSYS模擬的計算結果可以看出：先施工淺層地下室底板，管樁在應力和變形方面的有益特性均有顯著提高。管樁頂部和中端應力相對大一些，但整體上應力比較平均。在相同的外力作用下，本方案中的模型應力狀況比對比模型更小。
模型里水壓力設置為最不利情況，模擬結果相對于實測數(shù)據(jù)模擬結果稍微偏大；另一方面，兩個模型中將土體靠近邊坡的一側定義為自由面，導致兩個模型的變形偏大。
3.工程應用及效果
本文中的技術在廣州市建筑機械施工有限公司“白云機場第三跑道項目住宅安置區(qū)西區(qū)（一期）工程”中得到了成功證明。在安全質(zhì)量方面顯著提高，另外如果采用對比方案必須于邊坡處設置攪拌樁和支護樁，以此達到邊坡止水和強支護的效果。相對于對比方案，采用本文的技術節(jié)省了186萬的成本。除此之外，在施工進度，文明施工等多個方面也有大幅度地提高。
4.技術推廣及前景
本文中的技術能有效提高預應力管樁側向抗側向外力的能力，在預應力管樁保護方面有良好的應用前景。特別是在錯層地下室結構和軟弱土體的管樁保護中效果尤其突出。而且該技術能夠節(jié)省預應力管樁保護的成本，在安全文明施工及環(huán)境效益等諸多方面都有很大提高。該技術可在類似工程項目中廣泛應用。
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