预制混凝土支护管桩在深基坑工程中的运用

杨晓亮 山西三建集团有限公司

1 前言

在我国桩基工程施工中，预制混凝土支护管桩是一种极为重要的施工技术，发挥着重要作用。由于预制混凝土支护管桩的松弛率较低、强度较高，具有有效压力，所以有非常强的抗拉能力。在深基坑工程施工中，预制混凝土支护管桩不但价格比较经济实惠，而且能够获取较好的施工效果。基于此，本文就预制混凝土支护管桩在深基坑工程中的运用展开了探讨。

2 相关理论基础概述

2.1 预制混凝土支护管桩简析

预制混凝土支护管桩属于一种新型的支护结构，现已得到一定的运用与发展。通过使用锤击法、静压法等常规性预制桩，可以在土中打入预制混凝土支护管桩，或者可以插入由CSM双轮铣搅拌墙，或者三轴水泥土搅拌桩形成的预应力高强度支护管桩水泥土复合支护墙支护结构。

2.2 在深基坑工程中使用预制混凝土支护管桩的可行性

对于预制混凝土支护管桩用作为基坑支护桩，现阶段人们对其存在不同的看法。部分人认为，因为预制混凝土支护管桩不是实心的、抗弯刚度较小，当受到水平方向作用下，预制混凝土支护管桩极易被折断，所以预制混凝土支护管桩不可以用作为基坑支护管桩。但也有部分人认为，尽管预制混凝土支护管桩的抗弯刚度比较小，不过在一些施工条件下，通过使用预制混凝土支护管桩，可以获取十分好的施工效果。对此，本文深入分析了在深基坑工程中使用预制混凝土支护管桩的可行性。

对于预制混凝土支护管桩，它的抗拉能力与强度非常好，虽然这种支护管桩的抗弯刚度比较小，在水平作用力下会出现一定的位移，发生一定程度的弯曲，但是，通过对管桩进行拉锚处理或者在管桩内布设支撑等，能够有效控制预制混凝土支护管桩的位移。因此，在深基坑工程施工中是可以使用预制混凝土支护管桩的。

另外，通过使用预制混凝土支护管桩，能够有效缩短施工工期，有效保护施工环境，获取较好的经济效益。在深基坑工程中，如果使用预制混凝土支护管桩，由于该桩的施工过程并不复杂，可以有效缩短施工工期，同时该桩使用的材料比较环保、经济，所以能够有效降低施工成本与保护施工环境。

在选择基坑支护类型的过程中，施工单位不但要保证施工可靠性与施工安全，而且还应对施工成本最小因素深入考虑，而预制混凝土支护管桩恰好满足以上各种要求。因此，在深基坑工程施工中，可以使用预制混凝土支护管桩。

2.3 预制混凝土支护管桩的适用条件

通过上文分析可知，在深基坑工程施工中，只有具有一定条件时，方可使用预制混凝土支护管桩，并不是每一种深基坑工程均可以选用预制混凝土支护管桩，一定要综合考虑地下水情况、工程周边环境、地质环境等因素，不得在深基坑工程中对支护管桩随意施工，否则极易发生基坑坍塌事故。其中，预制混凝土支护管桩的适用条件如下。

第一，在深基坑的周边应具有黏土层等较好的土层，通过借用该层土，可以向锚杆提供许多抗拔力。锚杆对基坑产生的支护作用随着锚杆抗拔力的增加而不断加大，进而能够有效控制预制混凝土支护管桩发生弯曲或者位移现象。

第二，为保证预制混凝土支护管桩可以在土壤中稳固镶嵌支护管桩，深基坑底部应具有比较好的土质。假如深基坑底部的土质为软弱土质，则便会在极大程度上影响预制混凝土支护管桩，导致预制混凝土支护管桩无法牢固固定在土壤中，进而支护管桩极易出现明显的位移，最终发生安全事故。

第三，在开挖深基坑工程过程中，一定要严格控制开挖深度，不宜过大，如果开挖深度过大，在这种情况下，施工单位需要至少连接两个支护管桩，但是连接接头位置处的抗弯刚度十分小，再加上比较脆弱，所以最好选用单节桩。

3 预制混凝土支护管桩结构的变形计算

在进行深基坑工程施工过程中，如果选用预制混凝土支护管桩，因为支护管桩的抗弯刚度比较小，所以一定要深入考虑支护结构的弯曲变形是否满足施工要求。

在计算预制混凝土支护管桩结构的变形数值过程中，应分别计算预制混凝土支护管桩结构开挖面之上的挠曲线微分方程、预制混凝土支护管桩结构开挖面之下的挠曲线微分方程。

4 案例分析

4.1 工程背景

某一深基坑工程，位于新华路北侧，基坑北侧用地红线与该侧北侧地下室外墙之间的最小距离为3m，与新华路之间的最小距离为3.5m；南侧用地红线与南侧地下室外墙之间的最小距离为3m，与新华路之间的最小距离为3m；西侧用地红线与西侧地下室外墙之间的最小距离为3.1m，与该侧新华路之间的最小距离为3.5m；东侧用地红线与东侧地下室外墙之间的最小距离为3m，与东侧建筑物之间的最小距离为3m；在该深基坑的附近道路下面，埋有很多市政管线，所以这对环境保护提出比较高的要求。

4.2 工程地质状况分析

本工程施工场地的地形比较平坦，地面标高范围为10.50m～11.35m。本工程施工场地的地貌主要表现为长江漫滩。其中，在深基坑工程开挖范围中的土层物理力学性质，如表1所示。

表1 深基坑工程开挖范围中的土层物理力学性质

4.3 水文地质状况分析

在本工程施工场地中，地下水属于潜水，分别分布在：①层填土，②层土，③1 层，④2 层这几个土层中，地表水与大气降水是地下水的主要补给来源，地下水的主要排泄方式为渗流与蒸发。在本工程地质勘察过程中，通过对一些钻孔进行勘测后可知，稳定水位的埋深范围是1.6m～2.1m，相应标高的范围是8.72m～9.53m；初见水位的埋深是1.8m～2.2m，应标高的范围是8.5m～9.01m；在最近几年中，地下水位最高值为10m，地下水位的年变幅为0.5m。

4.4 深基坑预制混凝土支护管桩结构设计方案的确定

通过有效结合本工程的实际情况，包括工程地质条件、水文地质条件、周边环境保护要求等，深基坑预制混凝土支护管桩结构设计方案为：选用两道钢筋混凝土支撑与PCMW 工法相结合的方法，在深基坑的顶部位置设置排水沟，以进行截水；在基坑内设置混凝土管井，以进行排水。

4.5 预制混凝土支护管桩的施工工况

因为本基坑工程的开挖深度比较深，在极大程度上提高了施工难度，同时还对环境保护提出了更高的要求。本工程施工工期约为10 个月，其中从开挖基坑开始，一直到浇筑完成基础底板为止，共历经将近7个月。在正式开挖深基坑以前，施工单位在深基坑中布设了多个监测测点，以对开挖深基坑过程中预制混凝土支护管桩结构的位移变化情况进行详细记录。

历时10个月的施工工况，具体如下。

第一，对预制混凝土支护管桩结构进行施工，当施工结束以后，开始卸土开槽，直到一层支撑底，然后对一层支撑与圈梁进行浇筑施工；

第二，当支撑体系的强度上升到设计强度的80%以后，向下进行分区分层开挖，直到达到二层支撑标高位置；

第三，对二层支撑进行浇筑；

第四，当二层支撑体系的强度满足设计要求以后，施工单位需要继续向下进行分区分层开挖，直到深基坑的底部为止；

第五，随挖随浇硅垫层，并且向支护桩边延伸，与支护桩进行严密浇筑；第六，浇筑混凝土底板，同时向预制混凝土支护管桩边进行延伸；

第七，当混凝土底板的强度上升到设计强度的80%以后，需要拆除第二层支撑；

第八，对换撑块与负二层主体结构进行浇筑；

第九，当换撑块与负二层底板的强度达到设计要求以后，可以对第一层支撑拆除；

第十，对主体结构进行施工，当施工完成±0.0以下施工内容时，施工单位可以对土方回填。

4.6 预制混凝土支护管桩的使用结果

4.6.1 支护体的水平位移

在本深基坑工程中，施工单位在基坑中共布设了9个监测点。为分析支护体的水平位移，本文主要选取了CX1、CX5、CX6、CX9 这几个比较具有代表性的监测点。通过深入分析这个监测点的测量结果后，不难发现，支护管桩水平位移的计算值较为均匀与平缓，实测最大值与计算最大值差不多，水平位移并未出现突变现象，实测值与计算值的变化规律基本比较相似。

另外，计算点与监测点的水平位移的变化并不大，变化较为稳定，充分表明，选用预制混凝土支护管桩比较稳定。从整体角度来看，预制混凝土支护管桩水平位移变化趋势特点为下小上大，呈纺锤状，基本发生在地面以下8m～10m 之间，究其原因，即在开挖基坑以后，上部土体因受到主动土压力作用而发生变形，但是下部土体因受到被动土压力作用而很难发生变形。

4.6.2 支护墙顶的沉降位移

在本深基坑的预制混凝土支护管桩墙体中，共具有四个方向的墙体。墙体产生侧移与墙体出现沉降之间存在极大的关系。其中，四个方向墙体的沉降曲线，如图1 所示。通过分析图1 后可知，墙顶的总体沉降量并不大。在图1中，步骤1，是指开挖至圈梁底端；步骤5，是指开挖至深基坑的底端；步骤6，是指对底板的支撑结构进行转换。步骤1 与步骤4 的沉降量较为相近，步骤5 与步骤6 的沉降量较为相近。

图1 四个方向墙体的沉降曲线

4.6.3 基坑周边建筑物的沉降

在深基坑的东侧为建筑物，建筑物距深基坑约3m，因此，在进行深基坑施工过程中，若运用预制混凝土支护管桩，则在一定程度上会影响建筑物，为避免出现安全问题。

在进行施工的过程中，施工单位一定要随时检查建筑物的沉降情况。通过检查后发现，建筑物在深基坑施工过程中出现了一定的沉降，不过该沉降量并不大，沉降量最大值约为5mm。因此，在深基坑工程中使用预制混凝土支护管桩，基本不会在较大程度上影响附近的建筑物。

5 结束语

综上所述，本文以某一深基坑工程为例，首先确定了预制混凝土支护管桩的设计方案，然后详细阐述了预制混凝土支护管桩施工技术要点。在深基坑工程中使用预制混凝土支护管桩，能够起到较好的支护效果，不会在较大程度上影响周边建筑物的正常使用，同时还有助于施工速度的加快与施工成本的降低，能够有效保护自然环境。本文对预制混凝土支护管桩在深基坑工程中的运用进行了深入研究，以期加深人们对预制混凝土支护管桩的了解与认识。