PC工法组合钢管桩在超大深基坑工程中的应用

施文磊

上海建工二建集团有限公司 上海 200090

随着深基坑支护技术的不断成熟，工程实际中人们对新的轻量化、简便化、效益更高、工期更短的支护体系需求越来越高，传统的钢筋混凝土支护结构已经展露出了极其不适应的表现。本文着重介绍了PC工法组合钢管桩[1-4]在杭州某大学项目超大深基坑工程中的应用，它具有轻量简便、工期短、成本低、绿色环保等特点。目前，该技术的研究运用普遍集中于开挖深度较浅、体量较小的工程。因此，在本项目中的成功运用将为后续同类工程的施工运用提供理论和实践基础。

1 案例概况

1.1 工程概况

本项目采用“一心八岛”设计理念，总建筑面积70万 m2。公共中心组团占地面积4.2万 m2，总建筑面积15万 m2，其中，地上建筑面积9.4万 m2，地下面积5.6万 m2，为框架剪力墙结构。建筑高度29.8 m，抗震等级为框架四级，剪力墙三级，地下2层。

项目基坑面积6.1万 m2，延长米约1 437 m，普遍开挖深度5.5～7.0 m，土方量约21万 m2，基坑安全等级为二级。基坑周边空旷没有明显障碍物，周边属于待建施工场地，基坑周边暂无管线与建筑物。

1.2 围护概况

基坑围护整体为放坡加PC工法组合钢管桩围护体系，PC工法组合钢管桩桩长22 m，直径630 mm，桩间距1 100 mm，出土点位置后排桩间距2 200 mm；采用壁厚为14 mm的螺旋焊管，钢管等级为Q345。钢管桩与钢板桩之间通过卡口1∶1连接，起到挡土与挡水的作用。出土口位置采用双排桩围护形式，在原有PC工法组合桩外侧加1道钢护筒围护桩，桩长22 m，直径630 mm，壁厚14 mm。横向支撑采用1道大角撑形式，截面面积0.8 m×0.8 m（图1）。

1.3 水文地质概况

2 基坑施工难特点

2.1 地下障碍物多，施工难度大

本场地范围大，该区域90年代前为凤都村及崇化村村落、农田地，场地内存在因建设被填埋的河塘浜。目前，这2个村落已被拆除，在场地内留存有大量民房拆迁后遗留的老旧基础，对桩基施工及土方开挖有一定影响。

2.2 基坑周边待建单体多，基坑变形控制要求高

基坑周边50 m范围内都有待建单体，且与基坑同步施工，必须减少基坑变形给周边单体带来的影响，降低风险。必须精心组织策划好基坑施工各道工序的衔接，加快基坑施工的速度，做好应急预案。同时，加强对基坑的监测，对土体位移、轴力监测、沉降监测以及坑外水位变化等实施每日一测，并定时上报。

2.3 单体众多且较为分散，平面交通组织困难

本工程总用地面积66万 m2，建设单体量大，共计1个中心、8个建设组团（各组团内单体量不一），总体施工流程需考虑资源配置合理分区、分段。建设组团分区施工，同一时间各建筑的施工工况不尽相同，综合各区域不同施工阶段的临时道路需要，只有组织好庞大的内部施工交通流线，才能不相互干扰施工，保证施工的顺利进行。

3 围护体系比选

3.1 围护体系分析比选

项目基坑面积6.1万 m2，基坑周长约1 437 m，开挖深度达5.5～7.0 m。项目实施前期，讨论并设计了多种围护体系，最终对3个围护方案进行了对比分析。

3.1.1 钻孔灌注桩加钢筋混凝土大角撑围护体系

钻孔灌注桩加混凝土大角撑的形式较为传统，整体稳定性高。但鉴于本工程基坑面积较大，工期较紧，且场地条件较差，钻孔灌注桩数量较多将会严重制约工期，同时大量的混凝土浇筑除增加工程造价外，实际施工时给场内交通带来了巨大的压力。

这部微电影，反映建场初期来到农场开荒拓土的南农人的生活。他们挖坑栽树，将荒沙滩变成了万亩果园，用青春和汗水为农场的发展奠定了根基。

3.1.2 大放坡加重力坝自立式围护体系

该围护方式成本降低，无需水平支撑，工期较快，但稳定性差。同时鉴于本工程场地紧缺，大放坡的形式将大大浪费场地空间。基坑周边20 m左右为永久主道路（单轴搅拌桩梅花状加固已施工完毕），基坑一旦变形过大将会对道路加固的单轴搅拌桩施以剪切力，破坏道路加固体系。

3.1.3 PC工法组合钢管桩加大角撑围护体系

PC工法组合钢管桩是小止口拉森钢板桩的升级和延伸，有效地解决了小止口拉森钢板桩截面刚度小带来的局限性。采用φ630 mm钢管与小止口钢板桩间隔施打并连接的挡土止水体系，施工方便，周期较短，稳定性高，绿色环保，非常适合本项目的工程实施。

3.2 PC工法组合钢管桩工艺特点

3.2.1 工艺简单

机械简单，无需用电，对场地条件要求小。类似于拉森钢板桩施工的工艺，只需根据设计的参数标高将钢管桩及拉森钢板桩按1∶1打入土体即可。

3.2.2 缩短工期

单台机械每日能施工20 m，而钻孔灌注桩单台机械的日产量为1.5 m，在等机械数量的前提下，PC工法组合钢管桩的实施效率是钻孔灌注桩施工的13倍。

3.2.3 节约成本

PC工法组合钢管桩新工艺有着很大的造价优势，基坑面积越大，经济效益越显著。经过测算，采用该工艺，可为工程基坑阶段的施工造价节约30%以上。

3.2.4 绿色环保

PC工法组合钢管桩以租赁的方式进行围护施工，不占用过多的不可再生资源。无需将大量的混凝土或水泥打入土体，有利于生态的可持续发展。同时，避免了钻孔灌注桩钻孔时的多余泥浆外运，确保了场内外的文明整洁。

4 施工关键技术

4.1 场地平整

PC工法组合钢管桩施工前，需对桩位位置进行清理和勘探，清除障碍物。同时对机械的行进路线进行合理规划，对地耐力进行复核，若有必要，需对场地硬化处理。在PC工法组合钢管桩桩基施工路线上，提前挪移施工现场的自来水管线、电缆等，保证连续施工。

4.2 振送成桩

钢管桩到位后，机械手解除夹持回转，夹起拉森桩移动到预定位置由工人扶正对准企口后，启动振动锤匀速加压振送至预定标高。三支点桩基底盘应保持水平，平面允许偏差为±20 mm，立柱导向架垂直度偏差不应大于1/250，桩径偏差不大于10 mm，标高误差不大于100 mm。PC工法组合钢管桩必须控制好下沉速度，一般为1 m/min。同时，在施工过程中，应派专人对桩号、桩长、标高、尺寸、垂直度等做详细的施工记录。

4.3 桩体起拔

在桩体起拔之前，需对桩体上围檩进行破碎拆除并清理，场地具备条件后，方可进行PC钢管桩的拔除施工。主要拔除设备有870型液压打桩机1台、挖掘机1台。由液压打桩机夹持材料，启动振动锤边振动边起吊直至围护材料露出地面后慢慢放下，解除夹持后装车运离现场，同上操作步骤将钢管桩拔出。本场地拔除的钢管桩移至装车地待一定量时装运，应留出足够的通道和停车场地，以便平板车行驶。拔桩时注意桩机的负荷情况，发现上拔困难或拔不上来时，应停止拔桩，可先往下施打少许，再往上拔。

4.4 拔除回填

PC工法组合钢管桩拔除后，部分原钢管内被切割的土体会随着钢管桩一同被拔出而形成空隙，若不及时处理会造成坍孔的现象，从而对周边环境产生影响。常规采用水泥浆和黄砂对钢管桩拔除后的空隙进行填充。

4.5 注意事项

4.5.1 地基承载力复合

由于PC工法组合钢管桩施工的机械较大，实际施工过程中在施打和拔除阶段都需确保机械所站位置的地基承载力，必要时辅以钢板、路基箱或者硬化换填等措施。

4.5.2 围护边线与结构边线的复核

方案制定阶段必须复核结构边线与围护边线之间的距离，根据工况，若有必要还需复核脚手架体系边线与围护边线的距离，留足操作空间。避免结构悬挑板或脚手架体系影响PC工法组合工法桩的拔除。

4.5.3 场地规划及交通路线的制定

本工程基坑开挖深度普遍在5.5～7.0 m，PC工法组合钢管桩的设计桩长为22 m，交通运输极其困难，场内临时道路设计需充分考虑钢管桩运输车辆的转弯半径。同时，本项目的体量较大，钢管桩数量较多，实际施工时，施打与拔除阶段均需充分考虑钢管桩的堆放场地。

5 基坑变形结果分析

5.1 布置点位情况及监测内容

根据监测要求，基坑监测包含36孔测斜孔，36孔水位孔，92个压顶梁沉降及水平位移监测点，32个立柱桩监测点及12个支撑轴力监测点。其中，测斜孔预警值为50 mm，预警变化频率为日变化3 mm；压顶梁沉降预警值50 mm，预警变化频率为日变化3 mm。

本文选取基坑施工过程中变形最大处的数据进行分析论证，即以深层墙体测斜CX22、CX23、CX35、CX36，以及围护墙顶平面、垂直位移Q39、Q40、Q41、Q42等监测点为研究依据。

5.2 结果报告

在基坑开挖的施工过程中，基坑位移值受土方开挖、基坑深度、底板施工速度、周边环境扰动等因素影响。

土体位移在开挖深度范围内相对较大，基本在－11 m左右趋于稳定，即2倍的开挖深度。在整个基坑施工的过程中，最大位移出现在CX23点位－3.5 m处，位移约15 mm。冠梁的沉降在整个基坑施工阶段日最大变化值为－0.05 mm，累计最大值为－6.1 mm。

由监测报告可知，无论是土体的侧向位移还是冠梁的沉降，日变化值与累计变化值均远小于规定值，满足设计要求。因此可以得出结论：PC工法组合钢管桩新型支护体系在本项目运用过程中的安全稳定性相对较高，可推广使用。

6 结语

本文着重介绍了PC工法组合钢管桩在杭州某大学项目超大深基坑工程中的应用，从基坑开挖到支撑拆除完成，在此过程中多次进行监测，深层土体位移以及冠梁的沉降量远小于设计要求，证实了此围护方案的安全可靠性，可广泛推广，也给同类项目，尤其是超大深基坑项目提供了实际经验。

同时，PC工法组合钢管桩在本工程中的成功应用，拓宽了支护体系设计的思路，其成品装配的方式十分迎合当前的市场环境，绿色环保，节约资源。在工期成本上，该支护方式也有较大的优势，经过测算，相比传统的钻孔灌注桩体系，其能节约30%左右的成本和工期。本文通过对工程案例背景的分析、围护体系的比选、实际施工过程中的各类监测等方面的研究，为PC组合钢管桩在同类型项目中的运用提供了理论和实践基础。