预应力空心管桩在基坑支护工程中的应用

□文/王惠生

预应力空心管桩在基坑支护工程中的应用

□文/王惠生

基坑支护结构既是一项单独的临时性工程，也是最具挑战的技术难点，同时也是节约工期、降低工程造价、确保质量及安全生产的重点。常用的基坑支护形式有很多种，各有其优势。同时基坑支护工程受地域性影响较大，难以照搬其他工程。文章结合已建工程的成功实例，介绍一种新型基坑支护工艺——高强预应力空心管桩支护形式，同时，将此工艺形成一整套成熟的深基础施工技术，对于拓展基坑支护结构的施工样式、提高施工水平与质量具有重要的意义。

基坑；支护；预应力；空心管桩；深基坑

1　工程概况

因基坑面积、深度较大，周边包括现有公路，拟建商业地块（现场西侧）一期、二期工程（现场东侧），施工现场的公共管线，在基坑支护结构设计时都要充分考虑。

2　土质条件

施工现场土质情况见表1。

3　基坑支护方案比选

该深度基坑常规的基坑支护形式做法很多，本工程考虑了3种方案：钢板桩支护、灌注桩支护和预应力混凝土管桩支护。3种支护方案各有优缺点，见表2。

表2　3种支护方案对比

结合本工程实际特点，预应力管桩与止水帷幕相结合的基坑支护形式为首选方案。

4　支护结构设计

1）结合上述现状及施工要求，经与设计单位及建设单位沟通，决定本工程基坑支护采用放坡、局部放坡加悬臂管桩支护形式，即基坑最外侧采用单排止水帷幕止水，内侧采用10m和11m长高强预应力管桩支护，桩型为PH C500 100 AB，间距800mm，桩顶设置整体协调变形的冠梁。除东侧以外，管桩与止水帷幕之间采取阶梯式放坡并作钢筋网、混凝土护坡。基坑东侧加设混凝土腰梁及角撑。同时在基坑内部设置大口井降低水位，基坑外侧设置观察井，确保周边建筑环境安全。见图1和图2。

图1　基坑支护平面

图2　剖面

2）支护方案的设计计算。按图1设计方案，基坑支护结构的内力变形计算结果见图3-图5。

图3　弯矩

图4　剪力

图5　位移

管桩的弯矩设计值可按周边均匀配筋的环形截面抗弯承载力计算。预应力管桩质量良好且只采用单节桩进行设计计算，使支护桩的设计更安全、可靠。支护结构做为临时结构，本工程的使用期仅有短短的3月，在安全的前提下充分考虑经济性，在结构内力乘以必要的安全系数后，可将管桩的极限弯矩值做为设计值采用。

选用PH C500 100 AB型，10m和11m长预应力空心管桩，桩身抗弯承载力设计值132 kN·m，抗剪承载力设计值206 kN，满足使用要求。其他各项强度、稳定性、变形、防水指标均满足要求。

陈律师和老福年龄相仿，书卷气十足。他叫前台的小姐给老福送来一杯茶，请老福坐在他写字台的对面阅读那份委托书并在上面签字，一副公事公办的样子。

5　支护结构施工

5.1支护结构施工顺序

测量放线→预应力管桩施工→止水帷幕施工→打井降水→桩顶土方开挖→冠梁、护坡施工。

5.2施工要点

1）成桩的挤土效应。预制管桩在压桩过程中，挤土效应非常明显，随着桩体的压入，对桩周土产生强烈的剪切、挤压扰动。在支护结构中，管桩以线性排列，桩间净距200mm。压桩时，土体以向两侧挤压、位移为主。施工时应注意对周边邻近的工程桩、管线的保护。

支护桩采用单节桩，入土深度较浅且桩端无桩尖，在施工过程中采用先工程桩后支护桩，间隔跳打的方式组织施工，从而大大减小了挤土效应。

2）基坑支护管桩主要采取静力压桩的方式施工。

3）施工现场内做到“三通一平”并提前翻槽清除影响管桩压入的大块障碍物。核对施工图纸，确认尺寸，进行测量放线工作。插桩时要对准桩位点，桩身垂直度由经纬仪及线锤双重控制。

4）支护结构的管桩只采用标高控制的方式，桩顶标高允许偏差-50～100mm，桩的垂直度偏差≤1/100。

5）支护结构管桩施工时，压桩机可约每0.5 h压入一根桩，对提高施工效率，节约工期非常有利。

6　基坑监测

为保证周边道路、建筑物及地下管线的安全，基础开挖及结构施工期间对支护结构的变形进行监测。结果显示，在此期间，支护管桩最大位移变形量为10mm，沉降量为0。可见支护变形控制效果显著，未对周边环境造成任何损坏。依据基坑监测结果，选取3个有代表性的监测点，将支护偏移量变化绘制成曲线，见图6-图9。

图6　监测点布置

图7　23号监测点位移变化

图8　41号监测点位移变化

图9　55号监测点位移变化

基坑监测报告显示，支护管桩偏移主要发生在3月上旬至中旬，变化量均在设计及规范的允许范围之内。3月20日之后，支护桩顶偏移趋于稳定，至5月份基础施工完成，基坑支护结构也未发生任何位移。而且对周边道路、管线、地下水位等均未产生任何影响，可见该支护形式是行之有效的。

7　结语

通过本工程的实践证明，管桩支护工艺是基坑支护工程中又一项重要的施工形式，值得在今后同类工程中借鉴和推广。

1）预应力管桩质量可靠，混凝土强度高，在适宜的坑深和条件下做为支护结构是完全可行的，同时对提高施工效率缩短工期非常有利，比灌注桩支护提前了近2倍的工期；同时又有很好的环境效应，减少场地的占用，控制污染，更有利于安全文明施工。

2）为减小压桩的挤土效应，一般桩底不设桩尖。

3）支护桩一般为单节桩，压桩时桩周土体以侧向挤压为主，地面隆起变形不大。采用先工程桩后支护桩的施工顺序，与工程桩保持3d（d为桩径）以上的间距，对工程桩的变位影响较小。

4）基础施工期间，通过基坑监测，证明管桩支护效果是异常明显的；而且节约工程造价，从未对结构施工造成任何不利影响。

5）管桩在结构形式上决定了其材料用量较少，施工过程中对水电等资源的消耗较其他桩形节省，体现了绿色施工的理念。

□DOI编码：10.3969/j.issn.1008-3197.2015.03.005

□TU473.1

□C

□1008-3197（2015）03-14-03

□2015-03-23

□王惠生/男,1980年出生，工程师，天津建工工程总承包公司，从事施工技术管理工作。