PHC 管桩与钻孔灌注桩在软土基坑支护工程的综合应用及对比分析

许 健

XU Jian

(广东省基础工程集团有限公司，广东 广州510001)

PHC 管桩因其施工快、造价低、桩身质量可控性好等优势广泛应用于基础工程中，但由于其抗弯性能差、桩长较短且无法接长等原因，使其在基坑支护工程中的应用有很大的局限性。钻孔灌注桩适应性强，在基坑支护工程中应用较广，但其施工工序复杂，质量可控性较差，造价较高［1］。本文通过两种桩型在同一基坑工程中的综合应用，以探讨两种桩型的适用性和局限性。

1 工程概况

1.1 基坑概况

拟建场地地貌单元为珠江三角洲冲积平原。拟建高层建筑占地面积约为43200 m2，基坑周长约1000 m。基坑周边建筑较少，基坑支护安全等级为二级，基坑侧壁重要性系数1.0。基坑开挖深度较浅，约为7 m，淤泥层厚度较厚，而且起伏较大，最深达11 m，较浅的有5.1 m，分布于开挖深度以上。北侧及东侧距基坑12 m 位置为规划中道路，车流量较少，该区域可进行适度放坡开挖，由于开挖处为淤泥，无法完全放坡，仍需要采取支护措施;南侧为城市道路，距基坑仅有2 m 左右;西侧为在建建筑物，因此，在南侧及西侧只能采用基坑支护措施，垂直开挖。

1.2 地质概况

据地质钻探取芯揭露，按不同成因类型、结构特征、风化程度等可将场地勘探深度范围内岩土层分为第四系土层及基岩;地质依次为人工填土、其下为海冲积淤泥、粉质黏土、中粗砂、底部为泥质粉砂岩及砂岩残积土，基岩为中生界侏罗系砂岩及白垩系泥质粉砂岩地层。根据地质钻孔，基坑地层性质变化很大，尤其是淤泥层厚度相差较大，设计中将基坑支护工程分为5 个断面，断面划分见图1，各个断面的地质情况见表1。采用公式计算m 值，d 为基底位移估计值。

1.3 水文地质条件

地下水勘探结果显示，拟建场地地下水主要为赋存于中砂中的孔隙承压水和中风化砂岩中的构造裂隙承压水，淤泥、粉质黏土、全-微风化泥质粉砂岩及全-强风化砂岩和微风化砂岩富水性和透水性均较差，为相对隔水层。潜水深度约为3 m，主要由雨水及地表水补给。

表1 各断面地质情况表

2 方案比选与分析

2.1 基坑初步方案比选

本基坑开挖深度有7 m，淤泥层为5.1～11 m，若采用土钉墙支护，则土层滑裂面半径较大，土钉墙很难保证基坑安全;若采用水泥土重力式挡墙，水泥搅拌桩在淤泥层中成桩质量较差，强度很低，无法满足要求;双排桩相对造价比前几种高，且本工程北侧及东侧放坡后仅需开挖3 m 多，采用双排桩则不经济，南侧及西侧施工面较狭窄，无法满足双排桩的构造要求。

经比较，基坑采用排桩进行支护则较为经济适用，目前常用的排桩有PHC 管桩和钻孔灌注桩两种，设计时通过试算，选用两种桩型中较为经济适用的桩型。

2.2 两种桩型造价对比

(1)钻孔灌注桩的造价计算:直径600 mm 的钻孔灌注桩人工费和机械费约为116.6 元/m，材料费为130.2 元/m，综合费为5.8 元/m。综合单价:116.6 +170.2+5.8=292.6 元/m。

(2)PHC 管桩的造价计算:直径600 mm 的PHC管桩出厂价156 元/m，200 km 距离运费为20 元/m，压桩综合费用20 元/m。综合单价为156 +20 +20 =196 元/m。

经对比，相同直径的PHC 管桩的造价相对钻孔灌注桩较低，选用PHC 管桩时可以显著降低成本。

2.3 两种桩型工期对比

在土质及砂质的地质中，长度为12 m 的单节PHC 管桩按每分钟压入1 hm 计算，加上移架、对中调时用时，约半小时可完成一根桩。

长度12 m 的钻孔灌注桩成孔用时2 h，清孔用时0.5 h，放置钢筋笼及浇注混凝土用时1 h，则完成一根钻孔灌注桩约用时3.5 h。

由此可知，PHC 管桩施工速度比钻孔灌注桩快很多，而且PHC 管桩施工完成后约7 d，待应力消散后即可检测及进行下一道工序施工，而钻孔灌注桩施工完成28 d 后才能检测及进行下一道工序施工。由此可知，采用PHC 管桩比钻孔灌注桩可加快工期。

3 基坑支护设计

3.1 两种桩型设计初步思路

根据基坑周边环境及地质情况，将基坑分为5个断面计算，断面划分见图1，每个断面取最不利地质情况，采用理正深基坑F-SW7.0，参照《建筑基坑支护技术规程(JGJ 120—2012)》进行单元计算。

图1 支护断面划分示意图

两种桩型在各个断面的选用，本文从以下几点考虑:

(1)试算的最大弯矩小于PHC 管桩的极限弯矩，最大剪力值小于PHC 管桩的剪力承载力时，可以选用PHC 管桩。而混凝土桩通过配筋，其弯矩抵抗值可以是PHC 管桩的数倍。当计算最大弯矩或最大剪力超过PHC 管桩的承载力，则应选用混凝土桩。

因此，应在基坑较浅，土层稳定较好的断面选用PHC 管桩，如2-2 断面、3-3 断面。

(2)由于PHC 管桩接头无法承载弯矩，支护桩桩长不应大于PHC 管桩的单节长度，目前常用的桩长小于12 m。在中小型基坑中，支护桩嵌固深度经验值约为5 m，一般支护高度小于7 m 的断面才适用于PHC 管桩。

因此，在可放坡的1-1 断面、2-2 断面、3-3 断面可以考虑选用PHC 管桩，4-4 断面、5-5 断面则应选用钻孔灌注桩。

3.2 各断面支护设计参数

详细设计参数见表2。

表2 各断面设计参数表

3.3 各支护断面计算结果

各个断面计算结果见表3。

表3 各断面基坑支护计算结果

(1)由计算可知，各个断面的整体稳定安全系数Ke≥1.3，抗倾覆安全系数Ks≥1.2，PHC 管桩及混凝土桩均可以满足基坑稳定性要求。

(2)经计算，1-1 断面、2-2 断面、3-3 断面支护桩长度小于PHC 管桩单节长度，且桩身的极限弯距和抗剪强度都满足设计要求，选用管桩是安全经济的。4-4 断面、5-5 断面开挖深度较深，计算的最大弯距值超过管桩的极限弯距，不宜选用PHC 管桩，否则导致桩身破坏、基坑坍塌等事故。应选用钻孔灌注桩［2］。

4 PHC 管桩及混凝土桩施工优劣对比

(1)钻孔灌注桩的施工基本是在水下进行，桩身质量较难控制。PHC 管桩是工业化生产，桩身质量可靠。

(2)PHC 管桩压桩工序相对简单，重点注意桩头破损及垂直度问题。而钻孔灌注桩施工工序较复杂，质量控制点较多，可控性差。泥浆质量、钻进速度、钢筋笼质量、水下混凝土浇注工艺等，都可能导致灌注桩出现缩孔、塌方、桩身倾斜、断桩、夹泥、沉渣等质量缺陷［3］。

(3)由于工艺限制，PHC 管桩仅适用于风化残积土层、砂层、黏土等较软弱的地层。钻孔灌注桩适用范围较广，适用于各类土层、碎石层及风化岩层。

(4)PHC 管桩无泥浆、现场文明洁净，采用压桩工艺无振动、低噪音，但PHC 管桩有挤土效应，施工不当会影响周边建筑物安全。钻孔灌注桩设备简单，施工时无振动，低噪音，施工时要泥浆循环，易造成污染。

5 两种桩型的局限性和适用性对比

5.1 PHC 管桩的局限性与适用性

由前面分析可知，PHC 管桩施工快、成本低、质量可控性好、对环境污染小，相对钻孔灌注桩有着很大的优势。但PHC 管桩受桩长和桩身强度局限，且由于管桩是压入或打入土中，受地质条件影响较大。PHC 管桩可适用于深度较浅(一般小于7 m)、土质较好的常规基坑中。

5.2 钻孔灌注桩的局限性与适用性

钻孔灌注桩是在现场制作，桩长和桩身强度都可以进行调整，适用性较强，一般可以适用于深度15 m 以内的基坑，且适用于各类土层、碎石层及风化岩层的基坑。但在成本、施工速度和质量可控性等方面，相对于PHC 管桩较弱。

6 结 语

本基坑工程已施工完成，并验收合格，监测数据可满足安全要求。在本工程中，PHC 管桩的内力验算、抗倾覆稳定性验算、整体稳定验算均满足规范的要求，可作为支护桩选用，在类似工程中可作参考。

在一些较浅的基坑中，我们可以通过PHC 管桩和钻孔灌注桩的综合应用，在桩长、桩身强度和地质条件满足的情况下，可优先选用PHC 管桩。其他无法满足的断面，则选用钻孔灌注桩。两种桩型优势互补，在常规基坑中可以创造较好的经济效益。

［1]黄广龙，李勇，宰金珉，等.预应力管桩在深基坑支护工程中的应用研究［J］.建筑施工，2005，27(4):12 -14.

［2]肖桃李，李新平，戴翼飞.PHC 管桩在深厚软土基坑支护中的应用［J］.施工技术，2007(36):47 -49.

［3]张仕，李欢秋，王爱勋.提高PHC 管桩在深基坑支护中应用的技术途径［J］. 地下空间与工程学报，2011(增刊2):1643 -1647.