摘要：經(jīng)濟建設(shè)的飛速發(fā)展對高層建筑和復(fù)雜結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)施工提出了更高的要求。一方面，預(yù)應(yīng)力管樁基礎(chǔ)作為一項相對成熟的技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用。一方面，預(yù)應(yīng)力管樁基礎(chǔ)抗側(cè)向力的能力比較差，當(dāng)預(yù)應(yīng)力管樁基礎(chǔ)靠近軟弱陡坡時，由于側(cè)向的水土壓力及土體變形等原因，預(yù)應(yīng)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(jié)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(yù)應(yīng)力管樁群的施工技術(shù)，特別是軟弱陡坡土體中的預(yù)應(yīng)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(yù)應(yīng)力管樁基礎(chǔ)。
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(yuǎn)離交界處的土方。當(dāng)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(gòu)穩(wěn)定期，后續(xù)工程兩側(cè)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(dāng)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(cè)同時往上施工。
2.預(yù)應(yīng)力管樁受力模型
2.1模型建立
樁基為φ400mm預(yù)應(yīng)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(jié)。混凝土板上遠(yuǎn)離邊坡的側(cè)面施加固定約束，混凝土側(cè)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(yīng)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(fēng)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(shè)定長度5m，寬度2m，自由端尺寸設(shè)定長度1m，寬度2m，寬度方向關(guān)于管樁中心對稱；下端土體尺寸設(shè)定2m，寬度2m，長度方向和寬度方向關(guān)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(jié)在管樁上部，其余參數(shù)同上所述。
2.2模型結(jié)果
由上述模型，ANSYS得到變形圖示和應(yīng)力密度
可知管樁在設(shè)定的梯度荷載作用下，最大位移為3.426mm，第一主應(yīng)力為12.6MPa；第三主應(yīng)力為-9.72MPa；應(yīng)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(jié)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椭校畲笪灰茷?4.369mm，第一主應(yīng)力為14.2MPa；第三主應(yīng)力為-14.2MPa；應(yīng)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(guān)重要的作用。
2.3模型結(jié)果分析
由上述ANSYS模擬的計算結(jié)果可以看出：先施工淺層地下室底板，管樁在應(yīng)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(yīng)力相對大一些，但整體上應(yīng)力比較平均。在相同的外力作用下，本方案中的模型應(yīng)力狀況比對比模型更小。
模型里水壓力設(shè)置為最不利情況，模擬結(jié)果相對于實測數(shù)據(jù)模擬結(jié)果稍微偏大；另一方面，兩個模型中將土體靠近邊坡的一側(cè)定義為自由面，導(dǎo)致兩個模型的變形偏大。
3.工程應(yīng)用及效果
本文中的技術(shù)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(shè)置攪拌樁和支護樁，以此達(dá)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(shù)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(shù)推廣及前景
本文中的技術(shù)能有效提高預(yù)應(yīng)力管樁側(cè)向抗側(cè)向外力的能力，在預(yù)應(yīng)力管樁保護方面有良好的應(yīng)用前景。特別是在錯層地下室結(jié)構(gòu)和軟弱土體的管樁保護中效果尤其突出。而且該技術(shù)能夠節(jié)省預(yù)應(yīng)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(shù)可在類似工程項目中廣泛應(yīng)用。
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