PRC管桩在邯郸市基坑围护结构中的应用

1、PRC管桩在邯郸市基坑围护结构中的应用中国煤炭地质总局华盛水文地质勘察公司岩土工程公司 胡话军 056001【摘要】:管桩是一种在工程中应用得越来越多的桩型, 在当前绝大多数的工程中，管桩都是被用作工程桩，主要承受竖向作用，其在基坑支护工程中却应用得较少 ,这主要是由于管桩的桩身抗弯能力不强。近几年大量的工程实例表明,PRC管桩在基坑支护工程中的应用是可行的，而且有助于提高施工效率，并有很好的环境效应，本文结合具体的工程实例，探讨了PRC管桩在邯郸市基坑支护工程中的应用。【关键词】：PRC 管桩、基坑支护PRC 管桩全称为“混合配筋预应力混凝土管桩”，特点是单桩承载力高、穿透力强、运输快捷;

2、同时施工文明, 现场整洁,因此已经在国内外很多地区和工程中得到广泛的应用。基坑支护在建筑物的施工过程中是一项非常重要的工作, 它直接关系到建筑物的安全和使用。当前在邯郸市基坑支护过程中普遍存在以下难题: (1) 基坑的开挖深度不断增大, 施工难度也逐渐增大, 这主要是由于建筑物越建越高的缘故; (2) 建筑物周围的环境很复杂。因此, 在对基坑进行设计和施工时, 就必须选择技术可行、造价合理的支护结构方案, 以确保基坑支护体系有足够的可靠性和安全度。上述问题的解决迫切需要一种安全适用、经济效益高、工期短且环保的支护方式。PRC管桩作为工程桩是可行的, 那么它能否作为支护桩,主要承受水平向荷载呢?

3、 经过近几年PRC 管桩在邯郸地区的工程应用和理论研究, 显示出PRC管桩在适宜件下作为支护结构是完全可行的, 采用PRC 管桩对提高施工效率和缩短工期非常有利, 同时又有很好的环境效应。本文将就PRC 管桩作为基坑支护桩的受力性能和挤土效应等作出探讨, 并结合工程实例介绍PRC 管桩在邯郸市基坑支护工程中的应用情况。1PRC 管桩在侧向土体作用下的受力性能在基坑开挖的过程中, 支护桩侧土体将会逐渐发生位移, 并对桩体施加侧向作用力。基坑开挖前, 坑底土体尚未移动, 桩在桩周土体的初始应力作用下处于平衡状态； 当基坑开挖时, 桩周土应力逐渐发生变化, 同时使桩产生挠曲和内力, 达到新的平衡状态

4、。在开挖过程中, 桩周土体按照移动情况可分为稳定层和不稳定层, 滑动面介于这2 层之间。可按照土压力理论, 将不稳定土层中承受土体侧向位移的上部桩段称为“被动”部分; 而稳定土层中的下部桩段受到上部桩段传来的荷载, 这与桩头直接承受水平荷载的桩类似, 称之为“主动”部分。在这一过程中, 桩周土可能达到极限状态并产生极限土压力。基坑开挖后, 坑内土体卸除,由于土体侧向变形量相对较大, 这对管桩的变形控制不利, 因此有必要采取设置内支撑或拉锚的措施以控制管桩的位移和减少桩身的弯矩。目前，邯郸市多采用拉锚作为减少管桩变形和增加稳定性的措施。 2PRC 管桩的抗弯性能PRC 管桩桩身混凝土强

5、度较高(强度不低于C80) , 再加上使用了高强度、低松弛率的预应力钢筋使桩身具有较高的有效预压力 , 因此PRC 管桩具有较大的抗弯和抗拉能力。但PRC 管桩为空心管形截面, 其抗弯刚度较实心桩要小, 故在水平荷载作用下易发生挠曲。通过在适当部位增加锚索，限制了桩身变形，也减小了桩身弯矩，工程实测数据表明, 对于桩周侧向土体压力不是很大时, PRC 管桩都能较好的工作，挠曲变形很小，矢高一般不超过3cm，未出现肉眼可见裂隙。3管桩的挤土效应问题PRC管桩属于部分挤土桩，在沉桩过程中会无疑会对周围土体产生挤土效应，这与传统的基坑支护桩有所区别。传统管桩在作为工程桩成桩时的挤土效应是非常明显的,

6、 周围土体受到桩体的挤压作用, 土中超孔隙水压力增长, 土体发生隆起, 对周围环境可能造成严重的损害，在邯郸市就发生过距离施工场地25m以外楼房散水发生裂隙的情况。管桩的压入会对桩周土产生强烈的挤压、剪切扰动，桩的强烈扰动将导致桩周土产生重塑区，重塑区范围为离桩表面约0. 5d (d 为桩径)。管桩作为支护桩 施工时不使用桩尖, 进土可达到桩长的2/5, 从而大大减小挤土效应, 地表隆起不明显。支护管桩一般为密排线状排列, 桩间间隔一般为30 50 cm , 压桩时土体以向基坑内外两侧位移为主, 在桩轴线内外1倍桩径范围内土体强烈扰动, 随着距离增加土体扰动逐渐减少。工程实践表明，单排支护管桩

7、施工时，不会对周边建（构）筑物造成明显影响，无需采用减压孔；双排桩施工时，可以适当布设减压孔，一般间距6米，孔径100mm，孔深为支护深度的一半即可。3PRC 管桩的桩长问题 管桩作为支护桩时, 一般应采用单节桩, 其长度为10 15 m，单桩桩身长度过长时会产生生产、施工及运输不便等不良影响；当需要接桩时，应有严格的结构及构造措施，并经实地检测方可实施。4PRC 管桩在基坑支护中的应用实例 4. 1工程概况邯郸市中央公园居住小区南区基坑支护工程场地位于邯郸市展览北路与曙光路交叉口西南角。拟建57#楼、911#楼为地上2533层，地下3层，框架剪力墙结构，基础形式拟采用筏板基础，基础埋深为10

8、.0m。拟建地下车库及裙房为地上2层，地下3层，采用框架结构，基础形式采用独立基础，基础埋深为9.510.5m。基坑北侧和西侧为本工程场地。基坑南侧西部距离边坡12m为24层砖混结构住宅，埋深约1.01.5米，基坑南侧东部为本工程场地。基坑东侧为曙光路，距离基坑12m处有煤气管道，埋深2.0m，向东依次为上水、雨水、污水管道，距离煤气管道为1.5、3.5、3.0m，埋深分别为1.5、2.0、2.5m。4. 2场地地质条件本场地内土层条件较差, 基坑开挖深度范围内有深厚软土层。场地地貌属太行山山前冲积平原。地基岩土自上而下划分6 个地质单元层：1层 杂填土 以粉土及粉质粘土为主，含砖块、灰渣等，

9、结构松散。厚度:0.702.80m,平均1.71m;层底标高:-1.850.55m,平均-0.70m;层底埋深:0.702.80m,平均1.71m。2层 粉土 褐黄色,中密密实，湿很湿,含云母碎屑, 混砂颗粒，夹粉质粘土薄层，无光泽反应,摇振反应中等,干强度低,韧性低。 厚度:3.707.00m,平均5.27m;层底标高:-7.09-4.89m,平均-5.97m;层底埋深:6.008.00m,平均6.98m。3层 粉质粘土 褐黄褐灰色，可塑软塑,含有机质、木炭、蜗牛壳，偶见青瓦片,稍有光泽,无摇振反应,干强度中等,韧性中等。 厚度:0.605.50m,平均3.93m;层底标高:-11.25-8

10、.61m,平均-9.96m;层底埋深:9.6012.30m,平均10.97m。3-1层 细砂 褐黄色，湿，中密,分选性中等,矿物成分以石英、长石为主，含砾石。该层呈透镜体状分布，揭露最大厚度为2.40m。以上各层为第四纪新近沉积土，工程地质条件较差，以下土层为一般沉积土，工程地质条件较好。4层 粉质粘土 褐黄色，硬塑,局部可塑或坚硬，含姜石、氧化铁,混大量砂颗粒，稍有光泽,无摇振反应,干强度中等,韧性中等。厚度:1.204.00m,平均2.29m;层底标高:-13.53-10.91m,平均-12.25m;层底埋深:12.0014.50m,平均13.26m。4-1层 细砂 褐黄色，湿，中密,分选

11、性中等,矿物成分以石英、长石为主，含砾石。该层呈透镜体状分布，揭露最大厚度为2.20m。5层 粉土 褐黄色,密实，稍湿湿,含云母碎屑, 混砂颗粒，夹细砂薄层，无光泽反应,摇振反应中等,干强度低,韧性低。 厚度:2.806.40m,平均5.15m;层底标高:-18.85-16.06m,平均-17.59m;层底埋深:17.2020.00m,平均18.60m。5-1层 细砂 褐黄色，湿，中密,分选性中等,矿物成分以石英、长石为主，含砾石。该层呈透镜体状分布，揭露最大厚度为2.00m。6层 粉质粘土 褐黄色，硬塑，局部可塑或坚硬，偶见姜石，粒径0.51.0cm，混砂颗粒，夹粉土和细砂薄层，稍有光泽，无

12、摇振反应，韧性中等，干强度中等。压缩系数平均值为0.23MPa-1,为中等压缩性。厚度:2.005.80m,平均4.18m;层底标高:-23.46-19.92m,平均-21.77m;层底埋深:21.2024.00m,平均22.78m。4.3水文地质条件场地地下水初见水位埋深为10.5013.50m，稳定地下水水位埋深为9.5012.20m，为潜水，主要含水层为第2层粉土、第3层粉质粘土，以大气降水补给为主，水位波动幅度为0.501.00m，近期年最高水位可按8.00m考虑。4. 4 支护设计该基坑中个别地段由于位置的关系采用钻孔灌注支护排桩，其它边坡段由于开挖范围内的土层较差，均采用一排预应力

13、静压管桩联合喷锚网支护；为确保整个基坑的安全，降低地下水对基坑的不利影响，沿整个基坑范围设置双排深层搅拌桩作为截水帷幕。管桩的计算模式如图1所示。图1 管桩计算模式图2 管桩受力包络图选用500 预应力静压管桩, 桩身混凝土强度为C80, 型号为PRC-I500AB100， 壁厚为100mm。PRC 管桩间距为1. 0m, 桩顶位于地表下5. 60 m, 桩长15. 0m, 为单桩压入, 不允许有接头。基坑支护结构剖面图如图3 所示。 图3 基坑支护剖面 4. 4基坑支护施工压桩施工前桩位测放要准确, 桩位水平误差小于20 mm , 施工误差小于50 mm , 累计误差不超过70mm

14、 , 垂直度偏差小于1% , 高程误差控制在±20 mm 以内。桩顶设置冠梁, 加强支护结构的整体性。冠梁截面设计为宽×高: 700 mm ×500 mm , 支护管桩伸入冠梁300 mm , 以上梁混凝土强度采用C25 。在冠梁混凝土灌注施工时, 同时将PRC 管桩内径注满填实, 以提高桩本身的抗剪能力。图4 支护结构平面图深层搅拌水泥土桩桩径500 mm , 咬合长度150 mm , 桩顶埋深为自然地坪下8m, 有效桩长4. 0m; 水泥采用32.5 普硅水泥, 水泥掺量50 kg/ m; 水泥土桩施工采用深层搅拌浆喷工艺, 桩体全长范围复搅, 严格控制水泥掺

15、入量; 轴线误差应小于10 mm , 桩位偏差小于20 mm , 桩体垂直偏差不超过1% ; 桩长误差小于20 mm , 桩径不应小于500 mm 。锚索孔径150mm和200mm，倾角15度，锚固体采用素水泥浆（水泥标号为32.5），锚索筋体采用1860钢绞线，规格为1×7，抗拉强度设计值为1860MPa。锚杆孔采用全长注浆, 注浆压力为0. 4 0. 6M Pa, 注浆材料为32. 5 普硅水泥纯水泥浆, 水灰比为 0. 5, 注浆应饱满; 喷射混凝土采用32. 5 普硅水泥、中粗砂、5 15 mm 石材料, 混凝土强度等级为C20 。支护桩腰梁采用2根20a型槽钢，双扣连接。土

16、钉墙边坡坡率为1：0.30，自上而下设置3道，土钉钢筋为18，长度为8.0m，水平间距为1.00m，梅花形布置，面层绑扎8210*210钢筋网，并采用喷射厚约100mm的C20混凝土，与土钉钢筋焊接的水平加强筋为14。土方分层、分段开挖, 锚杆施工跟随进行。每层土方开挖深度为该层锚杆下方0. 5m, 严禁超挖, 每段开挖长度为20 30 m, 待此段支护施工完成后, 才可进行临近段边坡的土方开挖; 开挖后及时用喷射混凝土封闭暴露坡面。土方开挖过程中在每层坡脚以外0. 5m 设临时排水沟, 对坑内积水, 采用集水井抽水引排。4. 5基坑检测基坑在开挖过程中, 经常监测周围土体及建筑物的动态变化, 如果发现问题就及时调整方案, 并采取有效措施以确保支护结构及邻近建筑物的安全。在坡顶每20m 设一监测点, 观测土体位移, 并在坡顶关键位置布置若干测斜仪, 及时获取准确支护结构及边坡土体深层面的位移变化。监测结果显示基坑开挖到底时支护桩最大位移和圈梁顶最大位移均在容许的变形范围内（20mm）, 可见采用PRC管桩和喷锚网联合支护对控制支护结构的变形效果显著, 周边道路和已建房屋没有出现任何损坏现象。 5结语  (1) 监测结果表明，在基坑开挖及使用期间，支护结构及周边环境变形均控制在设计要求的范围内，PRC 管桩在