双排预应力管桩在软土地区污水处理构筑物基坑支护中的应用

曹志杰

（上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司，上海市200092）

双排预应力管桩在软土地区污水处理构筑物基坑支护中的应用

曹志杰

（上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司，上海市200092）

论述了预应力管桩水平承载力的特点，以广州市某污水处理厂工程为例，介绍了污水处理构筑物基坑支护设计方案的选型、计算和具体设计，并对预应力管桩用于基坑支护提出了相应的建议。

预应力管桩（P H C管桩）；软土；基坑；双排桩

0 引言

预应力管桩具有工程造价低、施工迅速、质量可靠等优点，在工业与民用建筑工程中大量应用，据不完全统计，2013年全国管桩销售量约为2.8亿m[1]，但在基坑工程中，预应力管桩使用并不普遍，主要原因是在广大工程设计人员印象中，预应力管桩截面积小、水平承载能力差，不适合用于基坑支护工程，特别是在2009年在上海莲花河畔景苑的7#楼整体倾覆事故发生之后，人们对预应力管桩用于基坑支护更加有疑虑。但实际上预应力管桩用于基坑也不乏成功案例[2]，随着对更多的工程实践和理论研究，预应力管桩在基坑支护工程中的运用将越来越广泛。

1 工程概况

本工程为广州市某污水处理厂工程，主要构筑物为生物反应池，生物反应池部分平面尺寸97.8 m×81.0 m，挖深5.85 m。生物反应池东侧有污水厂一二期道路以及地下管线，距离基坑边约6.4 m。生物反应池西侧有污水厂一二期生物处理池，距离基坑边约20m。

本工程淤泥质土深厚，典型的地层剖面见表1。

2 支护桩型选择

从表1可以看出，本工程淤泥层厚16.2 m，基坑面积较大，靠近基坑有一些管线和构筑物需要保护。由于工程进度紧张，内支撑挖土效率低，根据当地经验生物反应池可以采用双排桩支护方案，传统双排桩采用钻孔灌注桩，施工速度慢且造价高，是否可采用预应力管桩替代灌注桩呢？要回答这个问题首先要解决预应力管桩水平承载能力差的顾虑，我们把管桩和灌注桩承载力做一下比较：

表1 土层物理力学性质

按一般工程经验，假设灌注桩直径600 mm，混凝土强度等级C30，保护层厚度50 mm，取配筋：17@18（4 326 mm2,ρ=1.53%），箍筋8@100（1 005 mm2/m，ρsv=0.17%），把它的承载能力与预应力管桩相比，见表2。

从表2看，预应力管桩并非想象中的水平承载力低，事实通过计算比较，A B型以上600 mm直径的预应力管桩抗弯和抗剪承载力设计值均同直径的灌注桩接近或者超过，所以预应力管桩用于基坑支护从力学上应该是可行的。从施工进度、施工质量和经济性考虑，本工程选用预应力管桩围护是合理的。

表2 桩承载力表

3 支护结构设计

3.1 基坑围护方案

（1）生物反应池采用双排Φ600 mm预应力管桩，A B型，桩长15 m，前排间距0.8 m，后排间距1.6 m，排距5.5 m。考虑到管桩接头位置受力较薄弱，结合现场运输条件，采用单节桩，见图1。

图1 双排管桩基坑平面图

（2）前排后背采用Φ500 mm水泥土搅拌桩止水，搭接150 mm，桩长10 m。

（3）顶部采用钢筋混凝土桁架式连梁，实践表明桁架式连梁比平行连梁具有更大的水平刚度。

（4）坑内四周采用水泥土搅拌桩加固，坑中采用双向抽条布置的水泥土搅拌桩加固，既减小挡墙位移，也可以在挖土不平衡时约束工程桩倾斜，见图2。

3.2 基坑计算

双排桩计算按照《建筑基坑支护技术规程》J G J120-2012提供的计算方法，采用理正深基坑计算软件进行计算，其中混凝土强度等级按照刚度（E I）等效的原则取C45，见图3。

图2 双排管桩基坑剖面图（单位：mm）

图3 双排管桩计算结果包络图

按照文献[4]双排桩排距大于土体主动滑裂面距离时，双排桩近似与拉锚结构，所以基坑支护结构宜按照单排桩拉锚结构复核，见图4。

图4 锚拉管桩计算结果包络图

从图4可以看出，采用锚拉式支护模式，计算所得支护管桩的内力更小，所以采用图3计算结果选用的管桩型号应该是安全的。

5 基坑实施效果

工程采用预应力管桩基坑围护结构取得了成功，不仅大大加快了工程进度，而且节省了工程造价，在基坑开挖过程中，邻近的管道和建筑的沉降和位移监测均在允许范围之内，见图5。

图5 现场施工照片

6 结语

（1）预应力管桩在一定的深度条件下用于软土基坑围护，不仅能保证安全，而且具有施工速度快，造价低等优势；

（2）预应力管桩与灌注桩相比也具有较好的水平承载力，预应力管桩用于基坑支护工程时，采用厚壁和A B型以上大直径管桩具有较好的受力性能和经济效益；

（3）双排预应力管桩围护结构结合坑内土体加固可以有效减小基坑位移。

[1]王离.预应力管桩的最新进展和发展趋向[J].混凝土与水泥制品,2015(2):32-35.

[2]李仁民,陈晓凤,童立元,等.双排高强预应力砼管桩在基坑支护工程中的应用[J].岩土工程学报,2012(S1):585-589.

[3]JGJ 120-2012,建筑基坑支护技术规程[S].

[4]聂庆科,等.深基坑双排桩支护结构设计理论与运用[M].北京:中国建筑工业出版社,2008.

T U47

B

1009-7716（2017）06-0301-02

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2017.06.088

2017-02-19

曹志杰（1978-），男，江苏常州人，高级工程师，从事给排水结构设计工作。