混合配筋预应力管桩在水工建筑物深基坑支护中的应用

贾 涛

(沧州水利勘测设计院， 河北 沧州 061000)

混合配筋预应力管桩在水工建筑物深基坑支护中的应用

贾 涛

(沧州水利勘测设计院， 河北 沧州 061000)

混合配筋预应力管桩(PRC)除保留传统预应力混凝土管桩的力学性能外，还提高了传统管桩的水平抗剪性能，可在水工建筑物深基坑支护中推广应用。该管桩采用锤击式施工与预应力锚索组成支护体系，支护效果良好，缩短了施工工期，节省了施工费用。可在同类工程中推广应用。

混合配筋预应力管桩； 深基坑支护； 泵站； 推广应用

1 前 言

近来随着城市建设的迅速发展，土地资源日益紧缺，传统水工建筑物深基坑多采用大开挖放坡的方式，其优点是施工工艺简单、安全性较高，缺点是开挖面较大、工程占地较多、对周边建筑物及地埋管线容易造成影响。为确保基坑周围的安全、保障施工进度、减少占地，选择技术可行、造价合理的支护方案成为重要的前提。混合配筋预应力管桩(PRC)基坑支护技术作为一种多用于工业及民用建筑基坑支护的型式，具有环保降噪、结构可靠、经济合理、施工安全、施工速度快的特点，同时，较传统预应力管桩，该型管桩除保留传统预应力管桩的性能外，在桩体内加入了一定数量的非预应力钢筋，提高了传统管桩的水平抗剪性能，有效提高了基坑支护结构整体稳定性。

2 工程概况

大浪淀枢纽泵站位于河北省沧州市大浪淀水库以南淀南排干渠首，该泵站是李家岸位山(潘庄)引黄连通工程中的重要节点性工程。该泵站设计引水流量12m3/s，主要建筑物包括站前清污闸、前池、泵房、出水池、泵站管理用房等，顺水流方向全长87m，站址处地下水埋深2.15～4.55m。基坑深度分别为清污闸7.20m、泵室9.10m、出水池9.40m。由于站址处东北侧100m紧邻水库大堤，南侧河岸5m处为国道，为保证大堤安全及交通要求，该泵站基坑无法采用传统的放坡开挖方式，在综合考虑工程造价及工期要求的前提下，采用混合配筋预应力管桩(PRC)作为支护结构主体。

3 工程地质条件

勘探深度范围内揭露地层均为第四系松散沉积物，按其成因类型、岩性特征、分布埋藏条件和物理力学性质划分为11个主要工程地质层，地基主要特性指标见表1。

表1 地基土层物理力学指标建议值

4 支护方案

4.1 支护总体布置

根据实际地形及周边建筑物位置，泵站整体基坑支护布置型式分别如下：基坑南侧、西侧主泵房、安装间、出水池部位紧邻道路，场地受限，采用垂直开挖，桩锚支护；安装间南北两侧有约7m放坡空间，采用复合土钉墙支护，设置前排桩和两道预应力锚杆，坑内留土台反压处理；基坑北侧出水池及基坑南侧清污闸基坑场地较为宽裕，采用放坡开挖与支护防滑桩相结合的支护方式；北侧出水池两侧紧邻U形槽，场地受限，采用垂直开挖，桩锚支护；北侧主泵房、安装间、出水池部位场地较为宽裕，采用放坡开挖。场地地下水位埋深高于基底面，拟采用帷幕止水；东侧淀淀南排干水深1.5m左右，施工前应做临时围堰，防止明水涌入基坑内部。基坑支护共分为8个拐点(即拐点A～拐点H)，共分为7段(见图1)。

4.2 支护结构选型

计算根据围护结构时采用等刚度代换的原则，将PRC桩替换为相应直径的C30钻孔灌注桩参与计算，得到弯矩设计值及剪力设计值后进行桩选型设计。PRC预制桩结构型式见图2，该工程所采用的预制管桩类型及力学性能见表2。

图2 PRC桩配筋结构

外径D/mm型号壁厚t/mm预应力筋中心所在圆直径Dp/mm单节桩长L/m混凝土强度等级混凝土有效预压应力σpc/MPa预应力筋螺旋箍筋非预应力筋抗裂弯矩Mcr/(kN·m)弯矩设计值M/(kN·m)抗剪承载力设计值Vu/kN抗裂剪力Q/kN700C110590≤15C8010.8720A12.6Ab620C12472780450497800B110690≤15C808.1524A10.7Ab624C12547899495552

4.3 支护结构设计

4.3.1 AB段、GH段、DE段

采用放坡和防滑支护桩相结合的支护型式。采用1∶2放坡，边坡中部及顶部设平台。排桩采用混合配筋预应力混凝土管桩(PRC-I 700C110型)，桩长10.0m，桩间距1.2m。帽梁高度0.6m，宽度1.0m；支护桩后设φ600水泥土搅桩防渗墙，桩长11.0m；桩间土挂钢板网片喷射50mm厚C20细石混凝土护面(见图3)。

图3 AB段、GH段、DE段基坑支护型剖面

4.3.2 BC段剖面

采用放坡型式。采用1∶2放坡，高程4.00m处设3m宽平台。距离边坡上口线1.5m处设φ600水泥土搅桩防渗墙，桩长11m。

4.3.3 CD段、EF段、FG段

采用桩锚结合的支护型式。排桩采用混合配筋预应力混凝土管桩(PRC-I 800B110型)，桩长21m，桩间距1.2m。支护桩后设φ600水泥土搅桩防渗墙，桩长11m；桩间土挂钢板网片喷射50mm厚C20细石混凝土护面。预应力锚索设置两道，水平间距1.2m，锚索长28m，桩间土挂钢板网片喷射50mm厚C20细石混凝土护面(见图4)。

图4 CD段、EF段、FG段基坑支护剖面

5 施工技术要求

5.1 工艺流程

施工准备、场地平整→测量放线→压桩→第一步挖土→冠梁施工→分步分段挖土→桩间挂钢筋网片喷射混凝土→锚索成孔、注浆→设置腰梁→锚索张拉→下一步挖土→基坑监测。

5.2 打桩

打桩前先确定打桩顺序，采取隔一桩跳打。打桩时根据放出的桩位点把桩机就位，打桩应桩位准确、桩身垂直，把桩压至设计标高，桩位偏差不应大于50mm。

5.3 桩间土挂钢筋网片喷射混凝土

在喷射混凝土前，进行人工修整桩间土体，挂网钢筋采用φ6@200×200mm。喷射混凝土强度等级为C20，喷射作业应分段进行，同一分段内应自下而上进行喷射，同时要在坡面上设置厚度标尺，喷射混凝土终凝2h后，浇水养护7d。

5.4 锚索施工

钻机应在锚孔定位前准确就位，垫平底座，控制钻杆的倾斜角度，确保偏差不应大于2°，高差不超过30mm，超过时应准确校核。预应力锚索设置两道，水平间距1.2m，锚头标高分别为6.0m和3.0m，第一道锚索，采用2×15.2 1860级钢绞线，长度28m，锚固段长度21m；第二道锚索，采用3×15.2 1860级钢绞线，长度28m，锚固段21m。锚索钻孔注浆浆液搅拌均匀，随搅随用，浆液保证在初凝前用完，并严防石块和杂物等混入。若注浆出现间歇，必须采取措施。实际注浆量不得少于锚杆的理论计算量，即注浆充盈系数不得小于1.0。注浆体终凝前严禁扰动锚杆。

5.5 腰梁施工

腰梁采用2×32a工字钢腰梁，钢梁位置管桩设置高度为500mm套箍，钢梁与套箍采用焊接连接，套箍采用DN800mm无缝钢管加工而成采用螺栓与管桩连接，见图4。

图4 支护桩马锚索及腰梁连接

6 基坑观测

为了保证周边道路、相邻建筑物及支护结构自身的稳定安全，在基坑开挖及支护期间设置位移监测点8个、基坑边地面沉降点6个，对周边25m范围内建筑物进行沉降和水平位移监测。基坑边坡土体顶部水平位移和支护结构侧移须每日观测。如基坑开挖深度逐渐挖深或发现坑壁土体变形发展较大时，需采取有效措施，避免基坑支护失事。

7 结 语

大浪淀枢纽泵站基坑支护采用PHC预应力管桩锚索支护与水泥土搅拌桩止水帷幕相结合的施工技术，基坑支护可靠，在保证施工安全的同时，极大提高了工程进度。施工过程实时对基坑周边土体沉降及位移进行监测，监测结果表明基坑变形量在规定范围内，周围水库围堤、道路及地面未出现沉降现象，支护效果理想。混合配筋预应力管桩的使用，可逐步在该地区其他水工建筑物深基坑支护中应用推广。

[1] 聂庆科，梁金国.深基坑双排桩支护结构设计理论与应用[M].北京:中国建筑工业出版社,2008.

[2] 郭杨，杨成斌.预应力混凝土管桩应用新技术[M].北京:中国建筑工业出版社，2016.

[3] 李娟，吴书义，刘玉利.旋喷桩止水帷幕与桩锚联合支护在深基施工中的应用[J].建筑施工，2009,31(4)：258-260.

Application of pre-stressed reinforcement concrete pipe pile in the deep foundation pit support of hydraulic structures

JIA Tao

(CangzhouWaterConservancySurveyandDesignInstitute,Cangzhou061000,China)

Pre-stressed reinforcement concrete pipe pile (PRC) reserves the mechanical performance of traditional pre-stressed concrete pipe piles on the one hand, it also improves the horizontal shear-resistant performance of traditional pipe piles on the other hand. PRC can be promoted and applied in deep foundation pit support of hydraulic structures. The pipe piles adopt hammer-based construction and pre-stressed anchor cable to form a support system. Supporting effect is good, the construction period is shortened, and the construction cost is saved. The method can be applied in the similar projects.

pre-stressed reinforcement concrete pipe pile; deep foundation pit support; pumping station; popularization and application

10.16616/j.cnki.11- 4446/TV.2017.03.004

TV332

A

1005-4774(2017)03- 0011- 05