PHC管桩组合式挡土支护设计与施工

王涛

【摘要】：根据安全、有效、经济的原则，结合地质、水文情况，基坑支护采用具有一定抗弯、抗折强度储备的PHC预应力管桩为挡土排桩，在PHC挡土排桩外侧设置水泥深搅桩组成挡土和止水帷幕的组合式挡土支护。

【关键词】：PHC预应力管桩水泥深搅桩挡土桩支护设计计算监测

中图分类号： S611 文献标识码： A

1.前言

南通金鼎湾工程地下室面积16514m2，场地整平标高－1.10m，坑底设计标高为-6.10m，基坑普遍挖深5.0m。单体承台底标高为-6.90m,挖深5.8m。现场土质较差，地下水位较高,基坑四周环境信息如下:1、基坑西侧河堤距支护结构约7.8m，局部仅1m；距煤气调压站最近处约3m。2、基坑北侧支护结构距已建6层建筑约14m，6层建筑为浅基础。3、基坑东侧支护结构外边线距围墙最近处约9.0m，围墙外为2～6层已建建筑，浅基础;4、基坑外侧的2＃、4＃、6＃建筑桩基础与地下室同时施工。由此可见在本工程深基坑开挖中，档土支护不仅要求能档土，还要求能抗渗透。根据安全、有效、经济的原则，结合本工程地质、水文情况，基坑支护采用具有一定抗弯、抗折强度储备的PHC预应力管桩为挡土排桩，在PHC挡土排桩外侧设置水泥深搅桩组成挡土和止水帷幕的组合式挡土支护。

2.支护设计

2.1场地土层地质条件

根据勘察设计院对本工程地质勘察所揭示的情况，该工程场地主要土层大致可分为14层，各主要土层自上而下分布如下：素填土(1)，厚度0.70~3.00m；粉质粘土(2)，厚度 0.40~0.90m；淤泥(3)，厚度9.00 m ~29.8m；淤泥质土(4)，厚度2.70~15.40m；粉质粘土(5)，厚度 3.30~15.60m；淤泥质土(6)，厚度0.8~17.80m；粉质粘土(7)，厚度1.70~20.20m；淤泥质土(8)，厚度 0.80~10..80m；中砂层(9)，该层仅在现场局部有分布，厚度在0.50~6.00m；粉质粘土(10)，厚度 1.2~17.50m；淤泥质土(11)，厚度 0.80~5.40m；含碎石粉质粘土(12)，厚度 0.50m~3.80 m；强风化灰岩(13)，厚度 4.80~14.90m；强风化花岗岩(14)，厚度5.00-8.90m。

2.2各岩土层承载力特征值及设计预估单桩承载力参数

通过原位测试及土工试验结果计算，参照规范，各土层承载特征值钻孔灌注桩人工挖孔桩桩周极限侧阻力标准值qsik，桩端极限端阻力标准直分别为: qsik

2.3 基础方案设计计算(根据10号楼进行介绍)

主体16层，钢筋混凝土框架剪力樯结构，梁板柱均为现浇，建筑物平面为I形，受场地限制，宽20m，长为60m，建筑方案确定，个户型已经确定，底层层高3.9m，其它层高3.0m，室内外高差为0.50m，地处连江设防烈度6度，Ⅱ类场地。设计地震分组为第一组，抗震等级四级。

2.3.1 设计内容

（1）确定梁柱截面尺寸及框架计算简图（2）荷载计算 （3）框架纵横向侧移计算；（4）框架在水平及竖向力作用下的内力分析；（5）内力组合及截面设计；（6）节点验算。

2.3.2 桩型选择和持力层确定

选择强风化花岗岩（含碎石粉质粘土层）为桩端持力层为持力层，桩型为PHCΦ500-100-AB型，单桩竖向承载力2000kN；PHCΦ400-95-AB型，单桩竖向承载力1500kN。桩长约45~50m。

2.3.3验算单桩承载力

确定单桩竖向极限承载力标准值

--- （公式一）

--单桩极限摩阻力标准值()；--单桩极限端阻力标准值()；U --桩的横断面周长(m)；---桩的横断面底面积()； ---桩周各层土的厚度(m)；---桩周第层土的单位极限摩阻力标准值()；---桩底土的单位极限端阻力标准值()

2.3.4 确定桩数及桩布置

确定单桩竖向极限承载力设计值R，并确定桩数N及其布置。

假设先不考虑群桩效应，估算单桩竖向承载力设计值R为：

--（公式二）

式中：、——分别为桩侧阻抗力分项系数，桩端阻抗力分相系数，按经验参数法此处取 ==1.62

--单桩极限摩阻力标准值()；--单桩极限端阻力标准值()

2.3.5桩基中各单桩受力验算

单桩所受的平均竖向作用力为:

N=（P+G）/n--- （公式三）

P—上部结构传到基础顶面的竖向设计值，kN；G—基础自重设计值和基础上的土重标准值，kN

桩基中单桩最大受力为

--（公式四）

——作用于承台底面的外力对通过群桩形心的y轴的力矩设计值

——第桩至y轴的距离，

桩基中单桩最小力为：

--- （公式五）

2.3.6承台的配筋计算

按构造要求,承台的砼标号不能低于,对于矩形承台板,配筋宜按双向均匀布置,钢筋直径不能小于,间距不应大于或小于,承台底钢筋的保护层厚度不宜小于

按构造要求,采用砼强度为,承台的配筋如下

Mx=∑Niyi；

As=Mx/0.9fyh0

My=∑Niyi

As=My/0.9fyh0

2.3.7承台的抗冲切验算

(1)柱对承台的冲切验算

根据公式：-- （公式六） --（公式七）

--- （公式八）

式中 ——建筑桩基重要性系数，取 =1。1；——作用于冲切破坏上的冲切力设计值(KN)，即等于作用于桩的竖向荷载设计值F减去冲切破坏锥体范围内各基桩底的净反力设计值和； ——混凝土抗拉强度设计值(KN)；——冲切破坏锥体处的周长（m）；——承台冲切破坏锥体的有效高度(m)；——冲切系数；——冲跨比， 为冲跨， 即柱边或承台变阶处到桩边的水平距离， 按圆桩的有效宽度进行计算。当取

(2)角桩冲切验算

对于四桩承台，受角桩冲切的承台应满足下式

------（公式九）

-----（公式十）

---（公式十一）

式中：——作用于角桩顶的竖向力设计值(KN)；，——角桩的冲切系数；，——从角桩内边缘至承台外边缘的距离(m)，此处应取桩的有效宽度；，, ，——从承台底角桩内边缘引一冲切线与承台顶面相交点，至角桩内边缘的水平距离：当柱或承台边阶处位于该线以内时，取由柱边或变阶处与桩内边缘连线为冲切锥体的锥线。

2.3.8桩基的配筋计算

混凝土采用C30，钢筋用335

--（公式十二）

——轴向压力承载力设计值；——可靠度调整系数；——钢筋混凝土轴心受压构件的稳定系数

根据试验结果及数理统计可得下列经验公式；

当时：

当时：

《混凝土设计规范》中，对细长比较大的构件，考虑到荷载初始偏心和长期荷载作用下对构件的不利影响较大，的取值比按经验公式所得到的值还要降低一些，以保证安全。对于细长比小于20的构件，考虑到过去使用经验，的值略微抬高一些。常用的值见《建筑桩基规范》

——混凝土的轴心抗压强度设计值；——构件截面面积；——纵向钢筋的抗压强度设计值；——全部纵向钢筋的截面面积

3.支护施工

3.1水泥深搅桩施工

（1）深搅桩采用双轴深搅桩施工，叶片直径700，单排深搅桩间距500，套打施工；双排深搅桩搭接200，间距1000。（2）深搅桩浆液水灰比0.5，水泥掺入量为15%，并根据实际情况掺入适量早强剂等外加剂，送浆压力0.4～0.6MPa。施工前根据上述参数对其进行室内配比试验，再以试验数据对上述参数进行适当的调整。（3）单排深搅桩套打施工，采用两搅一喷；双排深搅桩用四搅两喷，喷浆搅拌时钻头的提升速度不得大于0.5m/min，下沉速度不得大于0.8m/min，协调喷浆速率与提升速度，确保有效桩长范围内桩体的均匀性。（4）施工时保证前后密切配合，禁止断浆，如因故停浆，在恢复施工前先将搅拌头下沉0.5m后再注浆搅拌施工，以保证搅拌桩的连续性。（5）制备的浆液不得离析，不得停置时间过长，超过二小时的浆液降低强度使用。（6）深搅桩须连续施工，相邻桩间间歇不得超过10小时，若因故停歇时间超过10小时，应采取补桩或在后施工桩中增加水泥掺量（20%～30%）、注浆等措施。（7）若因时间过长无法搭接、搭接不良或遇障碍物无法施工时，应对搭接不良、遇障碍物无法施工处具体位置以绝对坐标记录在案。并经监理、设计单位确认后，再搭接处采取合理的补救措施，以确保深搅桩的施工质量。（8）水泥土搅拌桩施工时不得冲水下沉，以免影响水泥土强度。（9）深搅桩桩位偏差不得大于50mm，垂直度偏差不得大于0.5%。（10）水泥土搅拌桩28天无侧限抗压强度须大于1.0MPa，达到此强度时方可开挖。（11）管桩先于深搅桩施工。

3.2 PHC预应力管桩施工

（1）管桩采用静压施工；支护管桩采用单节管桩，严禁接桩。（2）管桩施工时应控制沉桩顺序，采取引孔压桩、设应力释放孔等措施，以减小挤土效应。（3）由于本工程局部施工作业面狭窄，施工前放线应准确，避免与后续地下室外墙施工及相邻拟建建筑基础发生冲突。（4）沉桩过程中，应注意保持桩处于轴心受力状态，如有偏移应即时调整，以免桩顶破碎和断桩质量事故。（5）管桩桩头进入桩顶圈梁高度不小于100。（6）沉桩时必须严格控制管桩的垂直度误差≤0.5%；桩位偏差≤50mm。（7）管桩先于深搅桩施工。（8）支护管桩施工时应加强对已施工管桩，包括工程桩的位移监测。

3.3质量检测

（1）深搅桩施工1周后进行开挖检查或采用静力触探等手段检查成桩质量，检查数量不少于总桩数的2％，并不少于6根；成桩28天后取芯进行单轴抗压强度试验，检查数量不少于总桩数的2％，并不少于5根；若不符合设计要求应及时调整施工工艺，并对存在质量问题的深搅桩采取补强措施。（2）管桩桩体质量检测采用低应变等方法对管桩桩身质量进行检测，检测数量不少于总桩数的10％，并不少于10根。

3.4 施工监测

本基坑西侧靠近河堤，东侧、北侧靠近已建建筑，且地下室已周边建筑交叉施工，为确保基坑周边的已建、在建的建筑物及西侧河堤的安全，该支护设计的实施应有施工监测配合实施，实行信息化施工；根据基坑监测结果，及时的调整施工方案及施工进度。1、监测项目为：（1）支护结构顶部水平位移监测：沿支护结构顶部每隔10～15米设置一观测点；（2）土体深层水平位移监测：在支护结构外侧土体中埋设测斜管，测斜管同桩长，放坡段处测斜管进入坑底不小于3m，测斜管间距30～50米；（3）临近建筑物水平、垂直位移监测：在基坑北侧的已有六层建筑、西侧的配电房及基坑东侧已有建筑上布设观测点；观测点布设于建筑物的角点部位及其它适当的部位;（4）管桩监测：管桩静压过程中，视现场情况选择周边一定数量已施工的工程桩进行位移监测。（5）基坑外侧地下水位监测。2、位移监测报警值：（1）支护结构顶部水平位移、土体深层水平位移速率≥3mm/d，位移总量≥30mm。（2）周围建筑的位移速率≥2mm/d；位移总量≥20mm。房屋差异沉降超过1/1000。（3）水位日变化量≥300mm；变化总量≥1000m

3.5应急措施：

（1）根据基坑监测结果及时调整土方的开挖顺序，放慢土方开挖速度。（2）支护结构侧向变形过大。可增设临时钢支撑，同时加紧施工地下室垫层及底板以形成对支护桩的坑底支承；采取坑内外降水、坑底被动区土体加固等措施。（3）基坑渗漏水。水量不大时可在坑内渗漏水位置采用棉絮或防水混凝土、砂浆修补封堵；若水量较大，可在支护墙背后开挖至漏水位置下500～1000mm，用密实混凝土封堵；如漏水位置较深，可采用压密注浆或高压喷射注浆法封堵。（4）坑底流砂、管涌。可在坑底进行降水，抛石块等措施，并加快垫层施工。（5）在现场预备必要的堵漏设备和材料以及一些砂包、钢管等，以备急需。

4结论

基坑施工中，在基坑支护结构既要求挡土又要求抗渗的情况下，基坑支护形式采用地下连续墙、钢板桩和连续灌注排桩支护，虽可解决挡土抗渗问题，但施工技术要求高，接缝复杂，工期长，费用昂贵。在南通金鼎湾地下室基坑支护设计施工过程中，结合实际情况采用预制预应力PHC管桩加水泥深搅桩形成的组合式挡土支护，不仅满足了安全及使用要求，还具有可分段施工、施工快速便利、节省造价等优点；对类似工程的基坑支护设计及施工具有一定参考作用。

参考文献：

1、徐向阳.吕黄.姚三 深厚沉积层大直径钢管桩承载特性试验研究 [期刊论文] -水运工程2012(6)

2、温世清.刘汉龙.陈育民浆固碎石桩单桩荷载传递特性研究 [期刊论文] -岩土力学2011(12)

3、吕黄.李君.李耕 大直径PHC桩竖向承载力分布的试验研究[期刊论文] -水运工程2009(8)