PC工法桩在地下车库基坑工程中的应用

柯灵潮

台州市住房和城乡建设局 浙江 台州 318000

长期以来，深基坑支护工程形式多为钢筋混凝土支护及钢结构支护，尤其钢筋混凝土支护的应用十分广泛[1]。然而，随着工程技术的发展，钢筋混凝土支护体系结构在造价、工期、环保等方面显现出了不足，如今，PC工法桩施工技术趋于成熟，适用于沿海软土深基坑的支护工程中。该工艺主要采用如型钢、钢板、钢管桩等多种材料，可将这些材料任意组合拼接，形成不同形式的围护桩，并可以根据实际的工程形式选择不同的组合形式。目前使用比较广泛的组合形式有拉森钢板＋钢管桩、钢管桩＋型钢等，具有材料刚度大、施工速度快、无泥浆、无噪声、适应于多种场地、止水性好、材料可回收重复利用等特点[2]。背景工程地处台州经济技术开发区中心地带，周围管线较多且土质较差，因此采用钢管桩＋拉森钢板桩的组合形式可以解决该工程中的诸多难点。

1 工程概况

浙江省台州市经济技术开发区某车库基坑工程，东南侧至祥和路，东北侧至群韵路，西南侧至广场中路，西北侧至市图书馆、市文化馆用地边线，为地下3层的停车库，混凝土框架结构，总建筑面积约38 000 m2。地下室分为3层，呈较为规则的长方形，长边长约220 m，短边长约63 m，地下室面积约41 067 m2，开挖深度为12.950 m。

本工程东侧地下埋有高压电缆、雨水管和污水管等市政管线，南侧与台州市档案馆相邻，建筑外墙距基坑44.00 m，地下埋有污水管。西侧用地红线外为宽4 m的人行道，同时地下埋设有地下水管和污水管。北侧用地红线外为宽10 m的人行道，该侧还有重要公共建筑台州市图书馆和台州市文化馆。地下室侧壁距离建筑约21 m。

工程地质条件由上至下依次为①0层素填土、②1层淤泥质粉质黏土、②2层淤泥、③层黏土及④1层黏土。

2 PC工法桩的应用

本工程的施工难点如下：

1）基坑开挖深度较深，挖深范围内包括很大一部分的淤泥以及淤泥质黏土，如②1层淤泥质粉质黏土，层顶标高为－1.63～－0.01 m。②2层淤泥，层顶标高为－10.10～－5.60 m。该土层压缩性高，物理力学性质差，而工程土方开挖经历梅雨季节，雨量较大，土质以及降雨因素的综合作用，对开挖相应土层会造成很大的困难。

2）本基坑工程底板垫层底部的标高为－12.05 m，属深大基坑的范畴。在基坑开挖及地下室施工的过程中将会对基坑外侧挖深范围内的四周产生不利的影响，因此需要对基坑的支护结构、工程桩以及周围临街的建筑物、道路、地下管线进行监测。

考虑到本工程地质条件、基坑开挖深度以及周围的环境等因素，基坑围护方案采用排桩＋2道水平支撑，排桩采用PC工法组合钢管桩（钢管桩＋拉森钢板桩组合形式），分别使用混凝土支撑体系与钢结构支撑体系。电梯井坑中坑使用水泥搅拌桩重力式挡土墙结构。

2.1 施工技术安排

以图1中所示位置为施工起点，先行施工高压旋喷桩（或水泥搅拌桩）内圈，从工程南面往西面施工；同时开始施工PC围护桩，从南面往东面施工。再根据钢管桩和拉森钢板桩情况，在已布置PC围护桩的位置做高压旋喷桩（或水泥搅拌桩）外圈（所在位置的PC围护桩必须先施工完成）。

图1 PC管桩施工顺序

2.2 PC工法组合钢管桩施工方法

工程围护排桩采用PC工法组合钢管桩，是一种新型的组合式型钢基坑支挡结构。该工法采用钢管桩与拉森钢板桩组合连接，形成一个整体的钢质连续墙体组合结构，是一种绿色施工的可回收式钢质连续墙（图2～图4）。

图2 施工后的连续墙示意

图3 PC工法桩平面示意

图4 PC工法桩三维示意

根据引进的PC工法组合钢管桩施工技术指导，结合工程实际情况，施工工艺设备选用情况如下：

1）首节钢管桩和拉森钢板桩沉桩设备采用日立470H履带式全液压全回转长臂振动锤（液压长臂振锤）。该设备作业半径大、装载灵活，可以自由调整钢管桩的方向和垂直度，施工效率高。

2）施工第2节钢管桩时，因沉桩深度达30 m左右，上述设备施工功率和沉桩速率略有不足，故采用履带式起重机配合28RF型电动振动锤沉桩。该振动锤最大激振力达786 kN，拔桩力达400 kN，完全可以满足本工程施工需要。

3）因工程紧邻台州市图书馆和文化馆，故相应位置的PC工法组合钢管桩采用ICE公司28RF型免共振锤施工。该机型属高频振动锤，施工噪声低，对周围土体的影响小，可实现无公害施工。

原场地已施工水泥搅拌桩（但其深度不能满足更改后的设计方案要求），虽然设计图纸上搅拌桩是紧邻PC工法桩的，但实际因搅拌桩的工艺精度原因，其仍会影响到PC桩施工区域。水泥搅拌桩硬化后强度大、较坚硬，并且在PC工法桩区域分布不均匀，导致PC工法桩入土困难。根据试打情况，钢管桩因其刚度大，情况稍好，单独入土时采用大功率锤尚能顺利施工。但拉森钢板桩刚度小，入土困难，即使用大功率振动锤将其勉强挤入，拉森钢板也易产生扭曲，且因土层硬度不均，这种扭曲在水平与垂直方向同时存在，造成钢管桩沿拉森钢板桩锁扣入土时，由于锁扣的扭曲产生锁死现象，导致钢管桩极难下沉，甚至锁扣间因为摩擦产生热量过大而出现熔解现象，最后钢管桩与拉森钢板桩间锁扣撕裂，钢管桩才继续入土。为了应对这种情况，拟采用高压旋喷桩用清水进行水平向切割的引孔措施，破坏侵入PC工法桩施工区域的原水泥搅拌桩，引孔深度为12 m。

引孔后（或在不需要引孔区域），PC工法桩施工布置与要求如下[3-8]：

1）测量放线。根据项目的测量控制网，先定出排桩中心线，再确定首根钢管桩的中心位置，按施工顺序沿中心线方向推进施工。轴线测量放线经复核后报监理工程师复核确认。

2）桩位对中和垂直度校准。桩位对中的关键是确保排桩施工位置在定位中心线上。施工前，在排桩中心线上，距离施工桩位25 m左右架设一台经纬仪，以中心线为角度观察方向，观测钢管桩的垂直度和导槽的中心位置，确保垂直度的同时避免排桩中心位置超出轴线位置。另外，在第一台经纬仪和桩位形成90°角左右的位置架设另外一台经纬仪，校核垂直度偏差。先将第1节桩起吊，将其插入地下已布置好的桩位当中，先插入土中30～50 cm，在插入稳定后使用2台经纬仪同时进行垂直校正，直到桩的垂直度符合规范要求（在桩打入土中3 m后不得进行垂直校正，若出现偏差，则应拔出重新插入）。

3）首根桩施工的定位和垂直度控制。因钢管桩与拉森钢板桩连接的导槽在横向上的尺寸调整有限，且导槽与排桩中心线一致，故首根桩的定位和垂直度控制尤为关键。

4）第1节钢管桩沉桩。第1节钢管桩（下段）对中和垂直度校正后，采用履带式全液压全回转长臂振动锤（液压长臂振锤）振动法打入，先以桩自重和液压振动锤自重下压，待沉桩稳定后，开启振动锤，同时工作臂持续下压，振动打入直至钢管上端离沟槽底面1 m左右。在下压和振动打入过程中，用2台经纬仪观测垂直度情况。

5）钢管桩的连接。钢管桩对接处采用长2 m内衬管作为连接的介质材料，起到加强连接处侧向刚度与方便钢管对焊的作用。在内衬管两端各有12个孔，上下2根钢管在连接端部与内衬管的孔洞对应地方也有12个孔，用高强螺栓与内衬管进行连接，起到焊接前对各个构件（内衬管、上下钢管）临时固定的作用。对焊时确保焊接质量，焊缝应饱满。为了确保钢管桩上下节能被顺利拔出，在上下钢管连接处加焊4块20 cm×20 cm弧形钢板。钢板4边都应焊接，并保证焊缝饱满。

6）第2节钢管桩沉桩。在打24、26、28 m钢管桩的时候，由于不能一次性加工完成，故先将管桩进行焊接，待冷却后打入地下。

7）拉森钢板桩沉桩。钢管桩沉桩至设计标高后，长臂振锤吊起拉森钢板桩，对准钢管侧壁的连接锁口，振动下沉，在排桩轴线方向同时校正垂直度和拉森钢板桩的中心线，满足设计要求后振动下沉至设计标高。

8）排桩的合拢。PC工法组合式钢管桩排桩沿轴线方向施工，至末尾合拢时，不可避免地存在合拢段的尺寸偏差和垂直度偏差问题，按规制的钢管桩或拉森钢板桩无法顺利合拢。此时，可采取钢板锁扣平面连接（图5）。

图5 合拢段结构示意

2.3 基坑监测

为确保地下室施工期间围护结构的安全以及周边建筑物、道路和管线的正常使用，要求在土方开挖和地下室施工期间实施全过程、动态的基坑监测；应当根据相应规范以及现场实际情况制订监测方案，主要包括：围护墙顶部的水平位移及竖向位移；深基坑内深层的水平位移；立柱的竖向位移；支撑轴力；地下水位；围护结构周边的道路及上部地表的竖向位移；围护周边管线变形；围护周边建筑物变形；塔吊、围墙、临时用房。

基坑开挖期间至少保证1次/d的监测；基础底板浇筑后前7 d内至少保持1次/d的监测，7 d以后至基坑回填期间可以每3 d进行1次监测。当监测数据达到报警值，数据变化异常，支护结构发生开裂，基坑周围的建筑及地表出现较大的变形，基坑底及侧壁出现管涌、渗漏及流砂等情况，长时间发生降雨及其他恶劣天气时，应当提高监测的频率，并将数据整理成表格，绘制成曲线，如位移-深度曲线、位移-沉降曲线、轴力-时间曲线等。

3 结语

本工程地处台州市经济技术开发区核心地段，在对周围环境及地下土质等因素综合考量后，决定采用钢管桩＋拉森钢板桩组合形式的PC工法桩进行施工，其优点如下：

1）桩身刚度大、强度高，可有效地控制支护结构的自身变形，很好地解决了因周边荷载及土质因素给基坑带来的变形大的问题，保证了基坑的稳定性。

2）拉森钢板桩与钢管桩采用弧形搭接，整体性较强，可以起到止水、止砂等作用，防止坑壁及坑底出现渗水的情况。

3）2根钢管桩之间用钢板相连，改善了传统围护桩中桩间距的局限性，经济性较好，施工速度快，零养护期，缩短了施工工期。

4）基坑回填后可将钢管桩及钢板进行回收，施工过程中无泥浆、无污染，绿色环保，具有一定的推广价值。