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摘要：预应力管桩复合支护墙(PCMW工法),是一种适用于软土地区的新型基坑支护形式，与传统支护结构相比有较多优点。结合工程实例，介绍了施工工艺及质量控制要点。
关键词：预应力管桩复合支护墙;三轴搅拌站桩；预应力管桩
[引言]PCMW工法基坑支护亦称管桩水泥土复合挡墙，利用在成排的相互套接的三轴水泥土搅拌桩内插入预应力高强混凝土管桩，从而形成兼具截水和挡土功能的复合支护结构。PCMW工法支护同时发挥了水泥土搅拌桩的截水特点和混凝土管桩的挡土作用，与常用的灌注桩加截水帷幕支护形式相比，节省支护结构占地空间，节约建筑材料，降低成本。
1 工程概况
本工程地下1层，开挖面积2200m2，场地相对标高为-0.750m，开挖深度为5.75-7.05m，属二级深基坑,基坑为形状不规则，总挖土方量约13950m3。本基坑所处地区域地形地貌较为复杂。土壤多样，水稻土、潮土、黄棕壤占97%以上。水位埋深一般在0.40～14.80米；稳定水位埋深一般在0.42～8.58米之间。
基坑采用PCMW工法+一层钢支撑支护，设计通过支护结构入土深度、承载力、稳定性三方面验算后，选用?700@900三轴深搅桩中内插PHC600@900管桩+一道钢支撑的支护形式，搅拌桩内插设AB型和B型的单段PHC管桩，管桩ф600mm，壁厚t=110mm，混凝土C80，预应力管桩设计长度14+5m。
2 施工流程及技术要点
2.1 预应力管桩复合支护桩施工工艺
2.1.1 挖掘导槽，清理障碍
根据导槽控制边线，然后用0.8m3挖土机（挖斗宽度0.8m）开挖沟槽，沟槽宽度1.2m，深度至少2.0m。对于发现有地下障碍物时，应挖除干净，如果需要开挖较深与较宽时，要用素土回填至地面，碾压结实后再重新开槽。
2.1.2 水泥搅拌桩施工方法
1)三轴搅拌施工工艺
为了保证搅拌均匀、桩孔垂直、搭接有效，三轴搅拌桩采用套接一孔法施工工艺。
2)搅拌参数
根据设计文件与图纸约定，单轴搅拌直径D=700mm，三轴间距900mm，水泥掺入比β≥22%。为保证一定的搭接时间，水泥中加入一定的缓凝剂。
采用套接一孔法施工，为保证套接施工搅拌均匀，根据施工经验，大幅与小幅的浆液按6:4分配，即大幅浆液水泥量达到总用量的60%，小幅为40%。水灰比取W/C=1.5。
施工参数：三轴下沉搅拌速度Vd=0.5～1.0m/min，提升搅拌速度Vd=1.0～2m/min，施工选用注浆泵二台，分别连接两根注浆杆轴，中间杆轴喷高压空气，采用二档排量（158L/min，压力4.9MPa）即可满足要求。
3)浆液制备
实际操作过程中采用专用搅拌桶制备水泥浆液，搅拌桶内设制水容量控制装置，先定量控制用水量（本设备每桶额定水量1000kg）,结合设计水灰比，计算并用螺旋管称量相应水泥用量（水灰比1.5时，每桶水泥量625kg），则确定每桶制浆量1160L，将搅拌桶的水泥浆储存到储浆池内，由注浆泵泵至搅拌桩内。
4)注浆搅拌
注浆搅拌施工时，应保证搅拌与供浆的密切配合，防止断浆。开始搅拌时，先喷浆，再搅拌钻进。如因故停浆，应在恢复压浆前将三轴搅拌机上抬0.5m后再注浆搅拌施工，以保证搅拌桩的连续性。因故搁置时间大于2h以上的浆液，应作为废浆处理。
三轴水泥搅拌桩在下沉和上提过程中均应注入水泥浆液，同步控制下沉和上提速度。下沉速度0.5～1.0m min，提升速度1.0～2m/min，在桩底部分适当持续搅拌注浆，开挖面以上适当控制下沉速度及提升速度，做好每次成桩的原始记录。
搅拌桩施工时应严格控制搅拌桩架垂直度，以保证搅拌桩体的垂直度。
5)搅拌桩与插管桩施工平面布置
三轴搅拌桩机与吊机均是大型机械，管桩堆放也占据较大平面，因此合理安排施工流、机械位置以及管桩堆放位置，关系到施工的效率与安全，特别是管桩堆放。
6)障碍性冷缝处理
施工中如遇地下管线、施工接头搭接或地下障碍使得深搅桩无法形成连续的止水帷幕，则这种障碍性冷缝在土方开挖前必须要处理。
在深搅桩之间用Φ700的旋喷桩进行处理，旋喷桩桩长与深搅桩相同，切入深搅桩350mm。在深搅桩之间施工一排，然后在基坑外围施工一排。
2.1.3内插管桩的施工方法与措施
1)管桩技术参数与制作
设计采用我公司生产的PHC600B型管桩，该产品符合《预应力混凝土管桩》（苏G03-2012）标准。
2)管桩吊桩工具性能
管桩吊桩索具应具备吊桩安全、自由回转与垂直、便于送桩、送桩后便于拆除的功能特点。
安全方面主要考虑索具不能与管桩滑脱、索具不能断裂、卸卡不能损坏。为防止索具与管桩滑脱，在管桩端部下1m处预留Ф60孔洞，捆绑钢丝绳后插入Ф50钢棒作为固定销。索具、卸卡与其他吊桩辅助构件的安全系数应大于6，以防止断裂与损坏。
3)吊机选型
本工程的起升高度由管桩长度15m、送桩器长度(2.5m)、吊桩绳具长度(2.0m)、吊机吊钩安全长度大于(3.0m)、离地高度（1.0m）组成，则垂直起升高度要求大于26米，管桩位置与吊机的最小空间半径（工作幅度）为10米，单根管桩重量约6.5吨（含吊具与送桩器重量），综合比较，选用徐工QUY50履带起重机可满足施工要求，最大起重量50吨，主臂长度28米，起重理论重量11.50t。
4)预应力管桩的吊运验算
本工程设计采用PHC600B-110管桩两桩其中最长的一节管桩为15m，管桩自重0.424t/m，整节管桩脱模后，迁移与运输的吊桩需要验算桩身强度与开裂弯矩。现场采用双点装卸（双吊点位于管桩端板），单点捆绑起吊方式（吊点位于端板下1.0m）。
结合工况进行跨中最大弯矩计算：
本工程地基土经过三轴搅拌后，处于液化状态，根据土层分布特点以及搅拌效果，经实测试侧壁摩阻力可按照小于2KPa考虑，PHC600B-110管桩的沉桩阻抗约7～8吨，沉桩过程依靠自身重量可完后插桩。
为了防止搅拌后的土体沉淀影响插桩，要求在搅拌施工完成后的半小时内完成插。提前规划搅拌机空位移动、管桩起吊准备、人员准备等工作。
由于本工程大部分土层是可塑粘性土，搅拌后液化程度相对更高，管桩自沉没有问题，即使小部分没有到位，则依靠强迫振动即可解决问题。但是南侧局部土层在搅拌液化程度不高，管桩不能完全依靠自身自重下沉，管桩一般自沉过程需采用小激振强迫振动后顺利到位。
7)接桩
由于该项目采用14+5m两节桩施工，为此在预应力管桩插桩至第一节顶2m位置，利用插桩定位装置临时对桩进行固定，待接桩焊接完成后继续下沉至设计标高。
3 质量控制措施
3.1平面定位控制
结合设计图纸定位支护桩中心线，选用用小型挖机沿中心线开挖1.2m宽、深约0.8m的导槽，作为初步导向及临时存储搅拌桩施工中的搅拌泥浆。在导槽开挖前，分别在中心线一侧将桩位轴线外引，设置第二道定位控制线，防止导槽施工过程中心线破坏。
在导槽两侧平行导槽方向设置定位定位操作型钢平台，并将桩中心距在操作平台上进行标记，采用纵横两个放线带线确定搅拌桩和管桩的桩位中心。施工过程操作型钢平台应保证放置牢靠。
桩机定位后利用型钢操作平台应对桩位进行复核，搅拌桩桩位偏差不应大于50mm，管桩桩位偏差不应大于20mm。
3.2 材料进场控制
所有进场材料与构件必须具有出厂合格证和复试报告，并从中抽取进场复检；混凝土要有配比通知单，并按规定做相应组数的试块，送交指定部门进行测试。水泥进行3天、28天强度、抗折试验、安定性试验。
3.3 搅拌桩成桩质量控制
采用一次搅拌成桩工艺，下沉及提升均进行喷浆搅拌，为保证水泥和原状土充分搅拌均匀，钻机钻进搅拌速度应控制在1m/min范围内，提升搅拌速度应控制在1～1.5m/min范围内，并保持匀速下沉与提升，在桩底部分适当持续搅拌注浆。
搅拌成桩为连续作业施工，如因意外停机导致产生施工冷缝，应在搅拌桩外侧补打素搅拌桩或旋喷桩处理。如遇地下障碍无法连续施工，可采用跳隔施工，后结合障碍宽度增补旋喷桩。
施工中利用型钢操作平台及三轴搅拌桩架同步控制垂直度，施工过程随时控制桩体垂直度，垂直度不大于1%。
3.4 管桩沉桩质量控制
管桩的插入宜在搅拌桩施工结束后30min内完成，插入前确保其平面位置和垂直度符合设计要求。管桩插入前，利用加工的型钢操作平台定位。吊装时吊车钩头中心、管桩中心线、桩孔定位装置的中心重合，管桩顺搅拌桩孔缓慢下沉。预制桩采取缓慢下沉，下沉进入底层土的搅拌孔洞内，且桩身进入土体4/5以后方可自由落体快速下沉。管桩自沉达不到设计标高或无法依靠自重完成下沉时，可借助振动助沉设备辅助沉桩。
3.5 管桩插入垂直度及标高控制
3.5.1 管桩插入垂直度控制
为消除搅拌土体沉淀影响，应在水泥土初凝前30分钟内插入PHC管桩。若因特殊情况不能及时插桩，则应重新施工搅拌桩。
管桩起吊前，在桩身纵向沿桩周90°角弹设两根竖线，确保竖线与管桩两端平面垂直。插入管桩时，选用两个方向的两台水准仪分别进行校核，沉桩过程随时调整，沉入搅拌桩中的管桩垂直度不应大于5/1000。
管桩下沉到设计标高时，桩顶标高偏差应控制在±100mm内。
3.5.2 桩顶标高控制措施
管桩可以靠自重下沉到设计标高，但是也存在由于土质影响少部分高出或低于设计标高，对于此部分的管桩采取以下措施控制。
当管桩停止下沉后桩顶标高高出设计桩顶标高2m以内时，采用振动器辅助沉桩。
当管桩停止下沉后桩顶标高高出设计桩顶标高2m以上时，现场应将已沉入的管桩拔出，重新进行三轴深搅桩后重新插入管桩。
对于沉桩后桩身下沉超过设计底标高时，应在土方开挖时按照规范用钢筋混凝土接桩处理。
如施工中管桩无法拔出，根据现场实际情况在基坑外围采取补桩措施，高出部分管桩用切割工具割除。
4 结束语
该项目通过大直径预应力管桩复合支护墙的实际应用有效的减少施工周期；结合基坑监测数据显示基坑开挖过程13处深层水平位移变化速率小于设计3mm/d,变化量小于设计预警值40mm，5处基坑支撑轴力检测数据变化小于设计预警值1160KN，支护结构墙体未出现渗水，结构稳定、施工安全。
但是不足之处在于，PCMW工法成桩为线型及桩顶标高控制难度大，基坑土方开挖过程成桩不出现严重跑位和标高偏差即可，其标准为所有桩工程桩均包含在其上部冠梁内，由此可见该工艺施工尚应在线型成桩及桩顶标高控制方面进行重点控制。
参考文献：
[1]国家行业标准 建筑基坑支护技术规程 JGJ 120-2012
[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]南京市建筑工程局文件.2010.1
论文作者:张黎明
论文发表刊物:《防护工程》2017年第22期
论文发表时间:2017/12/27
标签：管桩论文; 标高论文; 基坑论文; 预应力论文; 水泥论文; 浆液论文; 中心线论文; 《防护工程》2017年第22期论文;