预应力管桩结合锚索在基坑支护中的应用

薛华顺

建材福州地质工程勘察院有限公司（350000）

0 引言

PHC管桩具有施工速度快、工程造价低、桩身质量容易控制等特点，在主体结构桩基工程中得到了大量的应用，但是由于管桩抗水平承载力较差，在深基坑支护中应用较少。文章将PHC管桩结合锚索应用于基坑的支护中，取得了良好的经济效益与环保效益。

1 工程概况

年产800 t维生素A油和年产200 t维生素D3油项目，位于厦门市海沧区东孚镇龙门社辖区，主体建筑由办公楼、宿舍楼、仓库、若干车间、污水站及埋地罐组组成。办公大楼设一层地下室，采用预应力管桩基础；污水站、埋地罐组采用筏板基础。办公大楼基坑开挖深度为5.6～6.2 m。

2 基坑周边环境概况

办公大楼地下室西侧距用地红线约3.8～16.0 m，最近距离西北侧约3.8 m，红线外为龙门西二路，靠近红线有工业蒸汽管道通过，龙门西二路人行道上有电缆管道；地下室东侧距用地红线约2.5～18.0 m，最近距离东北侧约2.5 m，红线外为龙门西路，龙门西路距离红线约8.5 m，龙门西路人行道上有电缆管道；地下室南侧及北侧中部地段较开阔，现为空地。

3 工程地质及水文地质

3.1 工程地质条件

场地原始地貌属丘间坡洪积洼地，后经人工整平，地形较平坦，岩土工程勘察报告揭露场地基坑开挖范围内的地层主要有：

1）素填土：厚度为 0.5～7.9 m（平均 3.69 m），分布不均匀。灰黄色、灰色、灰黑色，松散～稍密，稍湿～湿，主要由黏性土回填，回填时间约5～8年，未经专门压实处理，尚未完成自重固结。

2）杂填土：场地内大部分地段均有分布，厚度为 0.41～0.5 m（平均 5.13 m），分布不均匀。 黄、黄红、灰等杂色，松散～稍密，稍湿～湿，主要由黏性土、碎石、建筑垃圾组成，硬杂质含量为30%～50%，未经专门压实处理，尚未完成自重固结。

3）粉质黏土：零星分布，厚度为 0.5～5.6 m（平均2.11 m），分布不均匀。黄、灰黄、灰白色，可塑～硬塑，湿，主要由黏粉粒组成。

4）中砂：零星分布，厚度为 0.9～2.3 m，分布不均匀。呈黄、灰黄色，稍密～中密。

5）碎石：零星分布，厚度为 0.6～8.1 m（平均 3.76 m），分布不均匀。黄、灰黄、黄红色，稍密～中密。

6）残积砂质黏性土：场地内均有分布，揭露厚度为 1.2～12.3 m。

7）全风化花岗岩：场地大部分有分布，揭露厚度为 1.7～10.9 m。

场地地层主要物料力学参数见表1。

表1 岩土设计计算参数

3.2 水文地质条件

根据岩土工程勘察报告，拟建场地地下水主要赋存和运移于中砂、碎石、残积砂质黏性土、全风化花岗岩、强风化花岗岩及中风化花岗岩中的孔隙～网状裂隙中，其次为填土层的孔隙中。地下水类型一般表现为潜水，场地稳定水位埋深为1.60～5.70 m，根据区域水文地质资料，拟建场地地下水位年变幅约为2.0～3.0 m。地下水位受地形控制明显，场地处于丘间低洼汇水排泄区，考虑到各种因素，建议该场地的最高水位（包括办公楼地下室的防水和抗浮设计水位）按设计室外地坪标高下0.5 m考虑。

4 基坑围护结构设计

办公大楼地下室基坑西侧距用地红线约3.8～16.0 m，最近距离西北侧约3.8 m，红线外为龙门西二路，靠近红线有工业蒸汽管道通过，龙门西二路人行道上有电缆管道，故办公大楼基坑西侧对变形要求较高，文章主要论述办公大楼基坑西侧支护形式。

办公大楼基础采用预应力管桩，本着安全可靠、经济合理、缩短工期的原则，同时满足施工环保要求，办公楼基坑西侧围护桩采用与主楼相同的桩型，即采用预应力管桩结合预应力锚索支护形式，桩顶设在坡顶下1.5 m处，紧邻用地红线处上部1.5 m采用240 mm厚砖砌挡墙，其余采用1∶1挂网喷射混凝土放坡护坡。施工工序安排先施工主体结构工程桩，再施工围护桩，以消除施工主体结构工程桩时造成的侧向土压力对围护桩造成的剪切破坏。围护桩采用直径为500 mm、间距为1 000 mm、壁厚为125 mm、桩长为10 m的PHC-AB管桩，桩顶采用截面为500 mm×700 mm的冠梁连接在一起，管桩桩头进入桩顶冠梁高度不小于100 mm，在冠梁上设置一道长28.0 m、间距为2.0 m、倾角为30°的预应力锚索，锚固段设在残积黏性土及全风化花岗岩地层里，成孔孔径不小于150 mm。基坑开挖后挂网片喷射混凝土保护桩间土，钢筋网片采用A8@200 mm×200 mm，喷射混凝土厚度为100 mm。地下水处理采用管井降水并结合集水明排措施。经计算桩身最大弯矩为174.48 kN.m，最大剪力为108.77 kN，计算结果如图1所示。

图1 基坑支护计算结果

依据 《预应力混凝土管桩》（10G409）可查得，PHC-500（125）AB管桩受弯承载力设计值为186 kN·m，受剪承载力设计值为273 kN。最大弯矩验算：174.48×1.25×0.85=185.39 kN·m＜186 kN·m；最大剪力验算：108.77×1.25=135.96 kN＜273 kN， 满足规范要求。为了进一步提高管桩的抗弯、抗剪性能，采用在管桩桩孔内插入纵筋6E20、箍筋D8@200的钢筋笼，纵筋锚入冠梁内不小于35 d，并填芯C30混凝土，填芯深度为桩顶下不少于6 m。

5 施工过程及围护结构变形监测

本工程围护桩沉桩控制：以桩端设计标高控制，与设计标高误差不超过100 mm；应控制打桩速率和日打桩量，24 h内休止时间不应少于8 h；桩中心位置允许偏移：轴线和垂直轴线方向均不宜超过50 mm，垂直度偏差不宜大于0.5%；管桩不允许接桩，需按设计长度定长施工；管桩施工期间，对周围地面的隆起加强观测，控制差异隆起量不超过3%。应对不少于总桩数的10%的桩顶上涌和水平位移进行监测；沉桩施工顺序是从中间向两个方向施打，沉桩过程中应密切关注挤土对周围环境及桩身的影响及桩上浮的情况，制订安全合理的施工方案。

本工程锚索原设计采用水灰比为0.5的纯水泥注浆，设计注明需进行锚索基本试验，以便调整锚索设计。锚索试验时，实际注浆量超过设计注浆量，锚索孔口仍无返浆现象，分析认为造成此现象的原因是锚索大部分区域穿越填土层，填土空隙较大，且水泥浆凝固时间较长，浆液随着空隙流走。为解决此问题，新设计采用水泥-水玻璃双液注浆，通过加入水玻璃来调节水泥凝结时间，效果良好。锚索施工完成后，锚索抗拔试验满足设计要求。

本工程施工过程中，对围护桩变形、坡顶变形、周边建（构）筑物、道路及管线沉降等进行了监测。从监测数据来看，围护桩向基坑内位移一般在10～28 mm之间，周边道路沉降及建（构）筑物沉降在8 mm左右，周边管线沉降最大为9 mm，地下水位变幅小于500 mm，监测变形数据均在设计及规范允许范围内，未发现异常情况。从监测成果看，本基坑采用的预应力管桩结合预应力锚索支护形式稳定可靠，有效控制了基坑西侧周边管线和周边建（构）筑物变形，保证了工程施工顺利推进，现工程已完工，基坑已回填完成。

6 结语

1）应用双液注浆能很好地解决填土区锚索孔口无返浆、浆液流失问题，并能提供可靠的锚固体强度，在相似地质条件基坑支护工程中可参考采用。

2）PHC管桩承受水平荷载能力较差，用作基坑支护时可在管桩桩孔内插入钢筋笼，并填芯C30混凝土，以提高其抗弯、抗剪性能。

3）预应力管桩结合锚索支护形式在厚层杂填土地质条件下取得了良好的效果，有效地保证了邻近蒸汽管道及道路的安全，取得了良好的经济效益与环保效益，对相似工程的基坑支护设计和施工具有参考意义。