PC工法组合钢管桩在大面积软土浅基坑中的应用

黄莹，李慧慧，赖小勇，徐银锋

(杭州市勘测设计研究院有限公司，浙江 杭州 310012)

1 引 言

大面积软土浅基坑普遍具有软土层深厚、含水率高、强度低、灵敏度高、蠕变性强等特点。该类浅基坑常采用钻孔桩作为竖向支护结构，但钻孔桩存在造价高、工期长、泥浆处理困难等问题，而PC工法组合钢管桩因其施工便利、工期短、可回收的工艺特点在该类浅基坑中应用越来越普遍[1～4]。

2 工程概况

某项目位于湖州市吴兴区，总建设用地面积约7万m2，总建筑面积约23万m2(包括地下室建筑面积约7.1万m2)，拟建物包括15幢17～20层酒店、高层住宅及2幢3层宴会厅、酒店大堂、2幢6+1层多层住宅、2幢2层～3层商业、2幢1层配电房。整体下设一层地下室，基坑周长约 1 090 m，开挖面积约6.8万m2，大面积开挖深度为 4.80 m～6.20 m。

基坑开挖范围内以杂填土、粉土、粉质黏土及淤泥质粉质黏土为主，其中淤泥质粉质黏土层较厚，该层土物理力学指标相对较差，对基坑变形及整体稳定性控制较为不利。土层物理力学性质指标如表1所示。

土层物理力学性质指标一览表 表1

基坑周边环境复杂，其中东侧为已建道路，道路下方设燃气管、通信管、雨水管、污水管等市政管线，基坑下坎线距用地红线最近处约 3.8 m～8.6 m；南侧为已建道路，道路下方设有燃气管等市政管线，基坑下坎线距用地红线最近处约 3.1 m，用地红线外为宽约 15 m的空地；西侧为空地，基坑下坎线距用地红线最近处约 2.8 m；北侧为已建道路，道路下方设有雨水管、电力管等市政管线，基坑下坎线距用地红线最近处约 3.2 m。基坑周边环境如图1所示。

图1 基坑周边环境及监测点平面布置图

3 基坑设计思路

根据场地地理位置、土质条件、基坑开挖深度及周边环境条件，本基坑围护工程具有以下几个特点：

(1)本工程基坑大面积开挖深度为 4.80 m～ 6.20 m。

(2)从基坑平面形状来看，基坑平面较不规则，体量较大。整个基坑开挖面积约6.8万m2，基坑周长约 1 090 m。

(3)周边环境复杂，基坑东、北侧为已建道路，基坑南侧为在建道路，基坑西侧为空地。

(4)基坑整体距离用地红线较近，围护结构不允许超出用地红线。

(5)基坑开挖范围内以杂填土、粉土、粉质黏土及淤泥质粉质黏土为主，其中淤泥质粉质黏土层较厚，该层土物理力学指标相对较差，对基坑变形及整体稳定性控制较为不利。

(6)本工程工期紧张，支护结构以及地下室施工应尽量缩短工期。

因本工程围护结构不允许超出用地红线，故放坡、复合土钉墙、水泥搅拌桩重力式挡墙、卸土结合悬臂桩支护形式不适用，原则上采用排桩结合内支撑、排桩结合斜支撑、双排桩等支护形式。支护结构可选用钻孔桩或PC工法组合钢管桩。钻孔桩具有适用范围广、施工工艺成熟、控制变形好等优点，但造价高、工期长。故采用钢管桩代替钻孔桩作为支护结构。

综合上述分析，本基坑角部采用PC工法组合钢管桩结合一道钢筋砼支撑的支护形式，其余位置采用PC工法组合钢管桩结合一道钢管斜支撑或双排PC工法组合钢管桩的支护形式。坑内电梯井等高差处采用双轴水泥土搅拌桩重力式支护，基坑大面积采用双轴水泥土搅拌桩进行被动区加固。典型支护剖面如图2所示，现场施工照片如图3所示。

图2 PC工法组合钢管桩结合一道钢管斜支撑支护典型剖面

坑底被动区加固采用水泥搅拌桩格栅布置形式，可降低围护成本，缩短工期，加固截面置换率约为0.8。

图3 PC工法组合钢管桩结合一道钢管斜支撑现场施工照片

斜撑部位大致施工顺序为：施工压顶梁→保留三角土，开挖“留三角土”以外土方→施工开挖范围内的底板→施工斜支撑→开挖三角土→浇捣三角土部位底板→拆除斜支撑。坑内斜支撑支座与先开挖区域地下室底板同步施工，斜支撑开始受力时先开挖区域地下室底板已施工完成，工程桩与底板已形成整体受力体系。

4 理论计算及数值分析

根据国家有关规范(程)，采用同济启明星深基坑支撑结构设计计算软件对PC工法组合钢管桩结合一道钢管斜支撑支护典型剖面进行计算，结果如图4所示。采用Plaxis岩土有限元分析软件建立二维有限元计算模型，对PC工法组合钢管桩结合一道钢管斜支撑支护典型剖面进行数值分析，结果如图5所示。

图4 启明星内力变形计算结果

图5 二维有限元数值分析位移云图

计算结果显示，因支护桩底部未嵌固到稳定土层中，桩底出现了一定的水平位移。

5 基坑监测数据

本工程布置了测斜管、水位管、轴力计、沉降点等对基坑开挖进行监测，根据本工程监测成果报告显示，深层土体最大水平位移累计值在 31 mm～ 45 mm之间。监测结果均满足相关规范[5]以及设计要求。整理PC工法组合钢管桩结合一道钢管斜支撑支护典型剖面的深层土体水平位移监测数据曲线如图6所示：

图6 典型剖面深层土体水平位移曲线图

从理论计算、数值分析及监测结果对比可知基坑深层土体水平位移变化特征为：

(1)最大水平位移发生的深度在坑底位置，上部放坡及支撑架设处变形得到有效控制；

(2)实测结果与计算预计位移发展规律基本相符，累计值均在控制值范围内。斜抛撑支护要求施工期间在基坑内侧保留三角土，该措施有效限制了围护结构水平位移。

6 结 论

(1)PC工法组合钢管桩结合钢管斜支撑的全钢结构支护方式，发挥了钢支撑架设和拆除简单快捷，架设完毕施加预应力后可直接开挖下层土方的优势，达到了节省工期的目的，且钢支撑同样可重复循环使用，节省了围护工程造价。

(2)从实际应用情况分析，PC工法组合钢管桩具有施工进度快、对环境影响小、占地空间小、可回收、经济效益好等优点，且使用PC工法组合钢管桩不会产生泥浆、现场整洁，文明施工容易保证。

(3)从监测数据分析来看，选用PC工法组合钢管桩代替钻孔桩，支护刚度可以结合实际情况灵活调整，变形可控。本工程的施工经验表明，采用PC工法组合钢管桩加钢管斜支撑的支护形式，对周边环境影响较小。

(4)拔除PC工法组合钢管桩时会有一定的震动，以及携带出部分土方，故PC工法组合钢管桩回收应待土方回填后方可拔除，拔除后采用中粗砂回填桩孔，局部变形敏感处应进行注浆，拔出过程中应加强周边环境监测。