李政
广州城建开发设计院有限公司 广州 510000
摘要：近年来，因房地产行业高速发展，涌现出大量超大基坑支护工程。在高周转经济环境背景下，如何缩短大面积、大体量地下室开发周期与成本是控制整个项目开发的重要一环。PHC高强度预应力管桩由于其工厂化预制生产、造价低廉等优势开始被逐渐应用于沿海地区深厚淤泥地质的基坑工程，其表现出事半功倍的施工支护效果，极具广泛应用前景。本文结合沿海区域地层结构及工程建设的特点，引入具体实例，分析、验证 PHC 管桩在深厚淤泥地层基坑支护中项目应用可行性，为类似地区工程建设的基坑支护提供参考。
关键词：基坑支护；预应力管桩；淤泥地层
1 引言
深基坑工程涉及基础工程、工程结构、工程地质和施工技术等领域，是一项综合性很强的工程［1］。由于其临时性工程的属性，在基坑工程发展伊始，其安全性和重要性往往不为建设者和开发商所重视，尤其在沿海发达、地质较差地区，基坑工程事故频发，引发了社会各界的广泛关注。同时，随着建筑产业结构调整，高周转经济背景下，在尽可能降低建筑能耗和建筑材料使用，解决基坑变形稳定已成为基坑工程急需解决的问题。为此，预制化和工厂化预应力管桩支护，也开始在基坑支护中得到应用［2～3］。
PHC管桩（高强度预应力混凝土管桩）主要承受竖向力作用，具有单桩承载力高、造价低、工厂化预制生产、质量稳定可控、施工便捷、与基础工程匹配度高、不污染周围环境等优点，被普遍应用于桩基工程。而在基坑支护工程中，由于受到周围土体水平作用力，要求桩身具有足够的抗弯、抗剪性能。如何将传统预应力管桩的优点在基坑支护中发挥效用，克服其自身抗弯、抗剪性能不足等缺点，是软土地区基坑支护一项极具应用价值的研究。
2 工程概述
2.1 基坑概述
拟建场地地貌单元为珠江三角洲冲积平原沿海地区。拟建地下室开挖面积约为51000m2，基坑周长约900m，基坑开挖深度约5.3m，基坑周边红线外为已建市政路，道路两侧有大量管线分布，基坑安全等级为二级，基坑侧壁重要性系数1.0。本场地淤泥层厚度较厚，而且起伏较大，平均深度约3m。东边为区域荒地，可进行全坡率放坡开挖；而北侧、东侧、南侧红线均紧挨着新建市政路，距离基坑仅有2m左右，因此，基坑北侧、东侧、南侧只能采用垂直开挖的支护方式。
2.2 地质概况
场地地貌类型属海陆交互相堆积的平原，地形大部分地段较为平坦，局部略有起伏，地钻孔孔口高程为5.66～7.42米，相对高差1.76米。
根据地质勘探报告，拟建项目场地在勘探深度范围内地层有填土层（Qml）、第四系海陆交互层（Qmc）、残积层（Qel）；下伏基岩为燕山期（γ52）花岗岩。具体描述如下：第①层杂填土：松散，稍湿，主要由人工堆填的粘性土夹砂土、碎石、块石等，局部含生活垃圾，工程力学性质一般，揭露厚度1.50～6.00m，全场地分布；第②层淤泥：饱和，流塑，主要由粉粘粒组成，含较多有机质，局部可见贝壳碎屑，工程力学性质一般，揭露厚度10.80～17.30m，全场地分布；第③层全风化花岗岩：风化剧烈，原岩结构基本破坏，岩芯呈坚硬土状，岩芯遇水易软化，揭露厚度0.60～9.80m，大部分场地分布；第④层强风化花岗岩：原岩结构大部分破坏，岩芯呈半岩半土状或密实砂土状，岩芯遇水易崩解，揭露厚度：1.00～8.00m，大部分场地分布；详细基坑支护范围内土层的物理力学性能详见表1。
表1 土层物理力学性能
2.3 水文概况
场地地下水分为第四系孔隙潜水和基岩裂隙水。第四系孔隙承压水主要赋存于第四系松散地层中。下伏基岩裂隙水，主要赋存于强风化岩、中风化岩风化裂隙和构造裂隙中，场区基岩裂隙发育，基岩裂隙水含水量一般，对本场地建筑物影响不大。潜水稳定水位埋深为0.70～1.20m。潜水稳定水位随地形及季节性气候影响及河水涨、退潮时而波动，地下水位变化幅度在1.00m左右。
3 支护结构体系选型
因本场地存在深厚的淤泥土层，且基坑开挖深度范围内、坑底均为该层土体中。对于淤泥地质土层，常用的基坑支护形式有重力式挡墙、单排桩加内支撑或锚索、双排桩支护等，结合本工程规模、地质水文条件、周边环境特点。本工程对于场地北侧、东侧、南侧支护形式采取：预应力管桩排桩+一道预应力锚索+单轴搅拌桩隔水帷幕+坑内单轴搅拌桩加固土的综合支护方案。场地基坑支护结构剖面图见图1。
图1 基坑支护结构剖面图
4 支护结构计算与分析
根据基坑支护体系弹性法计算分析，由于通用计算公式、软件等均为针对实心灌注桩作设计理论考虑，对于薄壁管桩支护应用应必须考虑其刚度与受力和变形的相互影响，因此，预应力管桩设计时第一步应对其进行等效灌注桩刚度代换。据《混凝土结构设计规范》［4］及《预应力混凝土管桩技术标准》［5］规范得到等刚度计算公式如下：
E1 I1 = E2 I2 （1）
式中：E1、I1为预制桩混凝土弹性模量和截面惯性矩；E2、I2为灌注桩混凝土弹性模量与截面惯性矩。计算等刚度代换结果见表2。
表2 PHC管桩等效为C30灌注桩参数表
设计计算采用PHC600-110（B）预应力管桩进行设计计算，等效C30灌注桩直径约为609mm代入计算得到支护受力及变形结果如下图2。
从弹性法计算可得，支护桩弯矩设计最大值为273.05KN·m，剪力设计最大值为150.97kN。查阅相关规范可知，PHC600-110（B）预应力管桩整体受力均满足设计受力要求。剖面的整体稳定安全系数Ks=1.657＞1.30，抗倾覆的最小安全系数Kov=1.645＞1. 200，均满足规范相关设计要求。
图2 典型内力计算剖面图
5 现场基坑监测及成果分析
本项目基坑施工周期约6个月，先施工单轴搅拌桩，再植筋法施工PHC管桩，后施工预应力锚索及其余支护构造结构。通过第三方监测针对基坑工程在施工过程中对基坑本身及其周边环境的影响程度而进行变形监测，验证本支护方案的实践可行性。通过抽取经典剖面局部监测数据可见图3。
图3 基坑位移累计位移量
通过上述监测数据可知，在整个监测周期，基坑开挖接近底板标高面时位移有加速趋势，底板浇筑完成后变形趋于稳定，基坑位移量总体满足设计与规范变形要求。通过工程实例验证，PHC管桩维护结构形式能很好的完成支护任务，满足设计支护要求。通过现场监测数据与理论计算值对比偏差均在合理的范围内，因此该方案具备较好可行性。
6 结论
珠三角沿岸地区软土层广泛分布，尤其是淤泥地质的特殊性，往往给工程建设带来较为复杂的工程环境，造成施工事故频发、资源配置浪费、工期无法保证、投资风风险性增加等问题。本文通过该类型地层基坑支护工程实例，结合监测数据分析，验证PHC管桩在深厚淤泥质地层环境下基坑支护应用的可行性和有效性，从而取得良好的效益。现对深厚淤泥地层PHC管桩在基坑支护应用的总结如下：
（1）该类型支护结构体系适用于排桩支护的设计计算模型，通过对预制管桩的等刚度代换成实心灌注桩进行设计计算，在一定条件可替换等效灌注桩的功能效用。但是，其自身也存在应用限制：其一，其弯矩、刚度、抗剪等性能在工厂预制时确定，在应用时应合理选取桩型，避免浪费和不足；其二，管桩延展性较差，脆性缺点突出，在富水环境带裂缝工作状态下应合理考虑其耐用性；其三，管桩分节分段连接，特别需注意管桩接头或与其他支护结构连接部位的强度验算，确保整体支护结构的可靠性。
（2）通过设计计算模拟及现场实际检测数据验证对比分析，二者变形量总体趋势基本一致，变形差值接近，证明该支护结构及结构模型计算在此类深厚淤泥地层区域应用的可行性、有效性、合理性。
（3）通过在一些较浅、大面积、大体量的基坑工程应用中，PHC预应力管桩支护结构在深厚淤泥地层的适应性较好。但PHC管桩目前的支护设计指标尚未成熟，其有效性和可靠性仍然需要在工程应用中继续累积类似经验，为该技术应用及继续完善提供有效支持。
参考文献：
［1］葛文，陈艳华．建筑工程基坑支护施工技术要点综述［J］.城 市建设理论研究，2014（8）．
［2］周毅雷，郭彤，卫龙武．软土地区深基坑支护的 PCMW 工法及其现场测试研究［J］． 江苏建筑，2010（6）：58-60．
［3］苑举卫，孙邦宾，郭彤，等．预应力管桩用于基坑支护的抗弯 刚度分析及工程应用研究［J］．混凝土与水泥制品，2014（9）：71-74．
［4］GB 50010-2010 混凝土结构设计规范（2015版）[S]，2010.
［5］JGJ/T 406-2017 预应力混凝土管桩技术标准 [S]，2017.
论文作者:李政
论文发表刊物:《建筑细部》2019年第5期
论文发表时间:2019/9/23
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