PHC管桩—旋喷锚桩在基坑工程中的应用

贾 华 吴连祥

(启东市建筑设计院有限公司，江苏 启东 226200)

0 引言

随着城市的不断发展，城市用地日趋紧张，地下空间大规模建设，相应基坑工程得到长足发展。桩锚支护体系具有宽敞的坑内空间便于土方开挖及后期施工，造价相对较小等优点，在各种支护体系中备受青睐。而PHC管桩由于工期短、经济效益好、质量有保障、施工时干净整洁被广泛采用[1,2]；旋喷锚桩技术近年来也有很大的发展，成桩工艺简便、成熟，工期较短，大锚固力及可回收桩锚的推广[3,4]，使旋喷锚桩应用更普遍；故PHC管桩与旋喷锚桩在基坑中的联合运用有着更大的优势。本文以某基坑工程为例，对基坑方案的选择和设计、施工要点进行阐述，结合监测成果，分析评价PHC管桩与旋喷锚桩在基坑工程中的应用效果，为类似基坑工程提供参考。

1 概况

1.1 工程概况

基坑位于南通市沿海区域，为大型商业及住宅项目，地下室1层，采用整体桩筏基础。基坑大面积开挖深度6.0 m～7.2 m，东西向长350 m，南北向宽260 m，基坑周长约1 100 m，面积近8万m2。基坑南北两侧距道路8 m～13 m，东西两侧距道路30 m～38 m。基坑南侧部分区段地下3 m左右有煤气管线，最近处约5 m。

1.2 工程地质和水文地质概况

根据岩土勘察资料，场地20 m深度范围内为第四系滨海～河流相沉积土层，由黏土和粉土组成，土层为中软土，工程特性尚可。场地地下水类型为孔隙潜水，主要补给来源为大气降水和地表水侧向补给。地下水位埋藏较浅，为地面下1.0 m～1.5 m。基坑支护计算的土层主要物理力学指标见表1。

表1 土层主要物理力学指标

2 基坑支护方案选择

2.1 基坑工程的特点

1)基坑南北两侧用地紧张，周边有管线和道路需要保护，东西两侧用地较宽松。

2)基坑长宽尺度大，开挖面积大，若采用内支撑方案，造价高，工期长。

3)基坑开挖较深，主楼部分挖深7.2 m，且都位于基坑的外边线处，若采用水泥土挡墙方案，造价高不经济。若采用斜抛撑方案，由于靠近主楼位置，结构复杂，穿墙较多，影响施工。

4)场地土质较好，以粉土为主，土层普遍透水性好。

2.2 基坑支护体系的选择

根据上述基坑工程的特点，按照安全可靠，经济合理，方便施工的原则，确定分段支护，不同区域采取不同的支护方式。场地开旷区段，优先采用放坡开挖方案，其他区段采用排桩加拉锚的支护方案。

2.3 基坑排桩选型

目前在基坑支护结构中常用排桩的选型一般有钻孔灌注桩、SMW工法桩及预制混凝土桩。下面对三种排桩形式进行分析比较。

1)钻孔灌注桩：技术成熟，无挤土效应，适应较深深度及各类地质条件的基坑，但施工工期较长，工程造价也较高。

2)SMW工法桩：对周围环境影响小，成桩速度快，如结构施工工期短，型钢可回收，则相比其他两种排桩其造价有一定的优势。但其刚度没有其他两种排桩好，对较深的基坑若位移过大，产生裂缝，容易漏水。

3)预制混凝土桩：一般选用同工程桩相同类型的桩，可以与工程桩同时施工节约成本，且施工速度快，成桩质量有保证，造价一般比钻孔灌注桩有优势。但预制混凝土桩的使用条件较其他两种桩型苛刻：a.桩长受生产所限，在基坑工程中运用也不得接桩，为了满足嵌固要求，只适用中等开挖深度的基坑。b.基坑坑底部位需要有较好的土层，满足嵌固及隆起的要求，否则需要坑内加固，造价高。c.与主要承受竖向荷载的工程桩不同，支护桩主要承受水平荷载，桩型由抗弯性能决定，选择能满足抗弯性能又有较好经济效益的桩型比较困难。

综合考虑基坑开挖深度、场地土质条件、工期及经济等因素，基坑支护桩确定采用PHC管桩。

2.4 基坑方案确定

在综合比较、优化设计的基础上，确定采用PHC管桩加一道旋喷锚桩的支护方案，具体设计如下：在挖深6.0 m的区段，采用一排PHC-600(130)AB-C80-12管桩，间距1 m，在冠梁处设置一道18 m φ500 mm旋喷锚桩，间距2 m。管桩外设置2排φ700 mm水泥土搅拌桩挡水。

在挖深7.2 m的区段，支护桩采用PHC-600(130)AB-C80-15管桩，间距1 m，在桩顶下1.5 m处设置一道18 m φ400 mm旋喷锚桩，间距1.0 m,2.0 m相间布设。由于距支护桩3.5 m处有地下管线，支护桩外设置3排φ700 mm水泥土搅拌桩挡水、加固。基坑典型剖面见图1。

3 基坑支护方案设计和施工

3.1 支护结构内力变形计算

基坑支挡结构计算采用平面杆系弹性支点法，采用基坑商业软件计算位移、内力，计算结果见图2。

基坑支挡结构的抗倾覆验算、整体稳定性验算、坑底抗隆起验算等都能满足规范要求。通过变形内力计算结果分析，采用PHC管桩加一道旋喷锚桩的支护方案，可以满足基坑支护要求。

3.2 PHC管桩设计

1)从图2计算结果可以看出，桩身最大弯矩标准值为Mmax=224.5 kN·m，作用点位于坑底上1.7 m处；桩身最大剪力标准值为Vmax=162.3 kN，作用点位于坑底下0.8 m处。根据《预应力混凝土管桩》图集可查得，PHC-600(130)AB-C80管桩设计弯矩和设计剪力分别为319 kN·m和365 kN。验算弯矩：1.25Mmax=280<319 kN·m；验算剪力：1.25Vmax=203<365 kN，都能满足桩身强度要求。且计算弯矩的最大值控制在设计弯矩值的90%以内，能确保支护桩的安全。

2)目前基坑商业软件无法考虑管桩的空心问题，一般可以根据等抗弯刚度原则E1I1=E2I2，进行换算得出实心桩直径。

3.3 旋喷锚桩设计要点

1)旋喷锚桩锚固标高确定：挖深7.2 m的区段，锚桩设定在自然地面下2.5 m处，锁定于管桩侧面的腰梁上，一方面有效减少了管桩的弯矩，另一方面可避开地下管线。锚固点的设置对弯矩值影响很大，应根据支护桩的受弯矩能力及施工方便等因素，确定锚固点位置及锚桩道数。

2)旋喷锚桩间距确定：旋喷锚桩的锚筋需要从支护桩间穿过，锚桩的间距为支护桩间距的整数倍。挖深6.0 m的区段，采用φ500 mm旋喷锚桩，间距2 m，变倾角布置，避免群锚效应。挖深7.2 m的区段，若按照间距2 m布置，锚桩太长，且单根锚桩拉力超过400 kN，锚拉力很大，后期可能因蠕变等原因，造成较大位移。因此选用φ400 mm锚桩，间距1.0 m,2.0 m相间变倾角布设，避免群锚效应。

3)旋喷锚桩锁定值确定：锚桩锁定值应根据周围环境、位移控制要求合理确定。过大的锁定值，必然需要抗弯强度更大的支护桩以及更长的锚桩，造成不必要的浪费。根据经验，一般按商业软件计算位移量20 mm内，合理确定锁定值。最后确定旋喷锚桩锁定值为0.65倍的锚桩拉力标准值。

4)旋喷锚桩抗拔力确定：土层的极限粘结强度标准值取岩土勘察报告中提供的预制桩极限侧阻力的0.7倍～0.85倍，并保证旋喷锚桩端部锚盘截面不小于15 cm，估算锚桩的极限抗拔承载力标准值，通过抗拔试验验证，能达到设计要求。

3.4 基坑工程施工要点

1)PHC管桩施工时，为减少挤土效应对周围管线及道路的影响，要求采取跳打、设置防挤沟等措施，并根据位移监测数据，控制打桩速度。场地地基土主要为粉土，透水性较好，提前布置一定数量的管井，浅部降水，促进孔隙水压力的消散。

2)旋喷锚桩成桩工艺成熟，在锚桩张拉锁定阶段有两个问题更应重视，避免后期基坑位移过大：a.锚桩养护时间不能太短，建议砂性土不少于14 d、黏性土不少于21 d后进行锁定。b.锚桩张拉、锁定应符合程序。张拉前取拉力标准值的10%～20%对锚桩进行预张拉，然后张拉至拉力标准值的1.20倍，持荷10 min，卸荷后至荷载值的1.1倍进行锁定。

4 基坑监测

为保证支护结构及周边道路、管线等安全，加强监测，确保对施工过程进行动态控制。主要监测了支护结构水平位移及沉降，周边建筑物、道路管线沉降及地下水位等。

从基坑开挖到地下室施工完毕，基坑桩顶沉降在4.7 mm～15.0 mm范围，水平位移在13.2 mm～31.0 mm范围。从实测的深层水平位移数据看，最大位移基本位于桩顶位置，典型基坑深层水平位移曲线见图3。对比理论计算支护桩变形成果，实测深层水平位移曲线与理论计算形态相似，实测值最大水平位移量稍大于计算值。周边建筑物、道路和管线沉降均在允许范围内。现场施工进展顺利，说明支护方案达到了预期的效果。

5 结语

PHC管桩与旋喷锚桩支护形式在本基坑工程中的运用，缩短了施工工期，降低了施工造价，具有很好的经济效益；从基坑监测成果来看，支护结构及周边的构筑物位移都在控制范围内，说明该支护体系是安全可靠的，具有较好的应用前景。本工程的成功实施，为类似工程提供一定的参考。

基坑方案的选型必须结合项目的结构特点、地质条件及周边环境，因地制宜，才能取得较好的技术经济效益；在基坑实施过程中，施工质量的严格控制是基坑支护成功的关键因素之一。