PCMW 工法与旋挖灌注桩深基坑支护对比研究

2020-06-03朱小安

广东土木与建筑 2020年5期

朱小安

（广东广强基础工程有限公司广东东莞523000）

1 基坑支护设计原理

PCMW工法［1］是采用三轴搅拌桩内插预制管桩的单排结构，三轴搅拌桩水泥土连续墙形成封闭止水帷幕，预制管桩作为主要受力构建承受水平荷载，由于PCMW 工法采用单排结构，所占用支护空间较少；传统工艺采用搅拌桩止水、旋挖灌注桩承受土压力的双排结构［2］。2 种结构均采用三轴搅拌桩止水，支护桩是主要受力构件［3］。通过对2 种支护结构进行计算，从而确定管桩和灌注桩的截面尺寸、间距和嵌固深度，确保基坑安全［4］。

2 工程实例对比分析

2.1 工程概况

某大厦基坑支护工程位于中山市坦洲镇，拟建工程包括1#～2#楼、商场、配电房及相关配套设施，地上19层，地下2层地下室。本工程采用框架剪力墙结构，拟采用桩基础。基坑开挖面积约为9 060 m2，基坑周长约490 m，基坑开挖考虑到地下室底板底，设计深度为8.55～8.90 m。

2.2 周边环境

场地东侧为一期广场及4 层商业楼、南侧为15 层商业楼，均为桩基础；西侧为2～5 层居民楼及简易民房，部分为浅基础；北侧为南坦路。

2.3 工程地质概况

场地现为临时停车场，场地较平整，地势平坦，现状地面标高为2.27～3.03 m。区域上属珠江三角洲堆积平原地貌单元，根据勘探结果，与基坑支护相关的主要岩土层分布如下：

①1素填土：灰褐色，局部褐黄色，湿～稍湿，松散，属人工填土，土质不均匀，为新近填土。②1淤泥：深黑色、灰黑色，饱和，流塑，以粘粒为主，局部以粉砂为主，干强度较高，韧性低，具高压缩性。②2中砂：灰黑色、浅灰色，饱和，松散～稍密状，主要由石英质的中砂组成，含粗砂、细砂、贝壳碎屑和粘粒，分选性较好，级配一般。②3淤泥质土：灰黑色、深灰色，饱和，流塑，腥臭味，含腐殖质，局部夹薄层粉细砂，有滑腻感，刀切面光滑，稍有光泽，干强度较高，韧性低，承载力低，具有高压缩性。②4粉质粘土：灰黄色、红黄色，可塑。由粘粒和粉粒组成，含中细砂，局部以中砂为主，稍有光泽，干强度中等，韧性高。②5粗砂：浅黄色、浅灰色，饱和，稍密状，局部为中密，主要由石英质的粗砂组成，次为砾砂和中砂，分选性较好，级配一般。③1砾质粘性土：黄褐色、褐红色，可塑～硬塑状。由粘粒及砂粒组成，土质较均一，为花岗岩风化残积土，水浸泡易软化崩解。基岩为燕山期花岗岩。岩土层主要力学参数如表1所示。

表1 主要岩土层力学参数建议值Tab.1 Recommended Mechanical Parameters of Main Rock and Soil Layers

2.4 基坑选型

根据周边环境、地质条件和项目特点等因素，本工程采用排桩+内支撑支护方式，支护形式详情如图1所示。

图1 基坑支护示意图Fig.1 Schematic Diagram of Foundation Pit Support

2.5 力学分析

本次采用弹性法结合增量法进行验算，主要计算软件为理正深基坑支护设计软件。

本项目采用排桩+单道混凝土支撑支护方式，支撑梁采用C30 混凝土，截面尺寸为1 200 mm×1 000 mm，主支撑最大跨度50 m，主撑间距18 m。通过公式kR=（αREAba）∕（λl0s）［5］计算，求得主支撑刚度为1 344 MN∕m；支撑梁材料抗力为17 160 kN。

PCMW 工法拟采用φ850三轴搅拌桩内插PRC 管桩，“插一跳一”施工。为方便对比，旋挖桩［6］工艺亦采用φ800 旋挖灌注桩，桩间距1 200 mm。计算结果对比如表2所示。

根据计算结果，PRC 管桩选用PRCⅡ800（130）-C型管桩［7］，桩身受弯承载力设计值为1 057 kN·m，大于计算求得的最大弯矩值1 054.16 kN·m，桩身受剪承载力设计值为621 kN，大于计算求得的最大剪力值620.58 kN，桩身强度满足设计要求。

旋挖灌注桩采用C30 混凝土，计算求得配筋结果如表3所示。

表2 PRC管桩与灌注桩力学分析对比Tab.2 Cmparison of Mechanics Analysis between PRC Pipe Pile and Cast-in-situ Pile

表3 旋挖桩配筋Tab.3 Reinforcement of Rotary Drilling Pile

2.6 对周边环境的影响对比分析

PRC 管桩与灌注桩主要工况：工况1：基坑开挖至支撑底、加内支撑；工况2：开挖至基坑底；工况3：地下结构施工、加刚性铰；工况4：拆除支撑。［8］

2 种支护均采用相同的桩径、桩长、工况，采用理正软件对基坑各要工况进行基坑稳定性、变形验算［9］，计算结果如表4所示。

表4 PRC管桩与灌注桩变形及稳定性对比Tab.4 Comparison of Deformation and Stability between PRC Pipe Pile and Cast-in-situ Pile

PRC 管桩和旋挖灌注桩基坑稳定性安全系数为1.925，抗倾覆稳定系数为1.991，二者验算结果一致，且均大于规范规定要求值。PCMW 工法最大位移和沉降变形分别比旋挖灌注桩小4.19 mm、12 mm。

2.7 工期对比分析

本基坑周长490 m，支护桩条数408 条，三轴搅拌桩408套。2种工艺均采用三轴搅拌桩止水［10］，三轴搅拌桩下沉速度按照0.8 m∕min，上提速度按照1.5 m∕min计算。三轴搅拌桩实桩长为15.5 m，假设三轴搅拌桩匀速下沉和上提。每成一组搅拌桩所需时间为34.7 min（含移机时间5 min）。

PCMW 工法先施工三轴搅拌桩，完成后立即插入PRC 管桩，三轴搅拌桩和PRC 管桩配套施工。每插入1条管桩的时间约为30 min，总耗时为64.7 min。每台班按8 h 计算，平均工效为7.42 条∕台班。PCMW 工法工期为408÷7.42=55 d。

旋挖灌注桩工艺先施工三轴搅拌桩，再施工旋挖桩，旋挖灌注桩和三轴搅拌桩前后排布置，不需要配套施工。三轴搅拌桩施工时间为408÷（8×60÷34.7）=29.5 d，由于可采用流水施工，不考虑三轴搅拌桩施工时间。本项目旋挖桩不入岩，成孔速度较快，工效约0.2 m∕min，每完成1 条桩所需时间约为102.5 min（含埋护筒和移机时间25 min），由于钻孔清底和灌注混凝土可以流水施工，不考虑该部分时间，每台班完成灌注桩4.68条。灌注桩工期为408÷4.68=87 d。

PCMW工法比旋挖灌注桩节约工期32 d。