PHC管樁在基坑支護結構中的應用范文

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phc管樁由于單樁承載力高、施工速度快、工期短、造價低、施工現場文明等許多優點，在基礎工程中得到廣泛應用。目前PHC管樁大量用作抗壓樁，承受豎向壓力，少量用作抗拔樁，承受豎向拉力，但用作基坑支護的抗彎樁，承受水平力，用量還很少。近年來理論研究和工程應用表明，PHC管樁在適宜條件下用作基坑支護結構是可行的，且同樣具有工效快、工期短、造價低、環境佳等優點，應大力推廣應用。

1管樁支護結構設計要點

1.1搜集設計資料首先詳細分析工程地質資料，特別是基坑影響深度范圍內的地質情況，熟悉地下室結構施工圖和樁基施工圖，根據地下室要求確定基坑的挖土范圍和挖土深度，摸清基坑周邊建筑物及各種地下管線的詳細資料，在此基礎上，確定基坑支護結構安全等級。

1.2確定結構類型管樁支護結構屬于排樁支護結構的一種形式，可分為三種結構類型：懸臂結構、單支點結構、多支點結構。懸臂結構：無錨無撐，依靠自身的剛度和強度維持穩定的支護結構。當重力式擋墻因場地寬度不夠而不能采用時，懸臂式擋墻就能克服這個缺點，但懸臂式擋墻的位移比較大，難以滿足周邊環境的嚴格要求，一般只能用于淺基坑。單支點結構：依靠一道撐或一道錨來維持基坑穩定，一般用于挖深不大的基坑工程。錨一般采用土層錨桿；土層錨桿要求具有比較好的地質條件，同時必須有足夠開闊的場地條件或者容許錨桿可以伸入紅線以外的土層中。多支點結構：依靠多道撐或多道錨來維持基坑穩定，對于深基坑可以采用多道撐或多道錨來平衡土壓力，因而可以適用于開挖較深的基坑。根據基坑挖深、周邊環境和地質條件，選擇管樁支護結構類型。

1.3計算側向荷載

1.3.1土壓力、水壓力關于土壓力的計算，《建筑基坑支護技術規程》（JGJ120-2012）規定：采用朗肯理論計算，在考慮土中水對側向壓力的影響時，砂土和粉土采用水土分算，粘性土采用水土合算。所謂水土合算和水土分算，就是在計算公式中，土的重度是用天然重度還是浮重度，在物理概念上是土中水對擋墻的作用如何考慮的問題。假定不同，采用的強度指標不同，計算方法也不同。

1.3.2施工荷載產生的側壓力施工荷載通常按20kPa考慮，如果過大的荷載無法避免，則應在設計時加以考慮。設計時沒有考慮的超載，施工過程中必須禁止出現。

1.3.3永久性荷載產生的側壓力基坑設計的永久性荷載主要是：基坑周邊建筑物的基底荷載，這種荷載對基坑穩定性有一定的影響。當建筑物距基坑比較近，由這些永久性荷載產生的土壓力就不能忽視。

1.4計算結構內力及變形管樁支護結構內力及變形的計算方法很多，包括古典分析方法、解析方法和數值分析方法。古典分析方法不考慮擋墻變形及擋墻與土的相互作用，將土壓力作為外力施加于支護結構，然后通過求解水平方向合力及支撐點的彎矩為零的方程得到結構內力。主要有：靜力平衡法、等值梁法。解析方法是通過將擋土結構分成有限個區間，建立彈性微分方程，再根據邊界條件和連續條件，求解擋土結構內力和支撐軸力。古典分析方法和解析方法由于在理論上存在各自的局限性而難以滿足復雜基坑工程的設計要求，隨著基坑工程的發展和計算技術的進步，目前常用的數值分析方法主要有平面彈性地基梁法和平面連續介質有限元法，如北京理正、同濟啟明星等軟件都是采用此類數值分析方法。管樁擋墻雖然由單個樁體組成，但其豎向受力形式與壁式地下連續墻是類似的，其區別在于分離布置的管樁之間不能傳遞剪力和水平向的彎矩，在設計中一般通過在水平向設置圍懔來加強樁墻的整體性。計算時，一般將樁墻按抗彎剛度相等的原則等價為一定厚度的壁式地下連續墻進行內力分析，僅考慮樁體豎向受力和變形。采用北京理正或同濟啟明星等軟件可以方便地對管樁支護結構進行內力和位移計算，自動繪出內力及位移包絡圖，有撐或有錨時還給出水平力。

1.5驗算管樁強度PHC管樁的抗彎性能是用作支護樁的重要指標，一般PHC管樁圖集中對各種規格的PHC管樁設計彎矩值和設計剪力值均在力學性能參數表中給出。根據管樁支護結構的內力計算結果，將PHC管樁所受的最大彎矩標準值及最大剪力標準值，換算成最大彎矩設計值及最大剪力設計值，與參數表中對應型號的樁比對，選定PHC管樁型號，如果前者小于后者，則所選管樁樁身強度滿足要求。

1.6驗算穩定性穩定性驗算，實際上就是驗算支護結構在土壓力和水壓力作用下是否滿足靜力平衡條件，并是否具有所要求的、必要的設計安全度。驗算包括：懸臂結構嵌固穩定性；單支點結構嵌固穩定性；懸臂結構、錨拉式結構整體穩定性（圓弧滑動）；支護結構的抗隆起穩定性；多支點結構最下層支點為軸心的圓弧滑動穩定性（小圓弧滑動）；地下水滲透穩定性等。目前常用的北京理正、同濟啟明星等軟件均可對上述各種穩定性進行驗算，重要的是設計人員應用時必須要有清晰的結構概念和土力學概念。

2工程實例

2.1工程概況啟東市東辰公寓二期工程由2棟高層住宅和沿街商業建筑組成，建筑面積21870m2，設一層地下室，建筑面積5780m2。該工程采用靜壓樁，整體樁筏基礎，基坑呈矩形，南北向長92m，東西向寬70m，基坑周長324m，基坑面積約6500m2。±0.00相當于絕對標高（85高程）3.07m，自然地面整平后標高約為2.47m，相對標高為-0.60m，基坑挖深5.6m，擬建高層住宅樓處挖深6.3m，坑中坑挖深達7.6m。

2.2環境條件擬建場地位于啟東市人民路北側，建設路東側，原為鎮衛生院，經拆除后場地平坦?；幽蟼染嗳嗣衤愤吘€最近處9.05m；西側為建設路，基坑邊離用地紅線最近處3m，用地紅線與道路邊線相距6m；北側為正在施工的住宅區，距最近的建筑8.2m；基坑東側為住宅區，最近處離車庫3.8m，距高層住宅樓8.7m。如圖1所示。

2.3地質條件基坑影響深度范圍內，各土層分層描述如下：（1）填土：褐黃色，土質不均勻，主要成分為粉質粘土，含碎磚、砼塊和植物根莖，結構松散，力學性質較差。（2）淤泥質粉質粘土：灰色，流塑，土質不均勻，夾淤泥質粉土、粉質粘土，屬高壓縮性土。（3）粉土：灰色，土很濕，稍密，土質不均勻，夾淤泥質粉土、粉質粘土，含云母碎片，屬中壓縮性土。（4）粉砂：灰色，飽和，稍密，土質不均勻，含貝殼碎屑，云母，屬中~低壓縮性土。場地地下水類型為孔隙潛水，埋藏較淺，為自然地面下0.5～1.8m左右。地基土分層特性見表1。

2.4基坑支護的方案選擇和設計

2.4.1基坑支護方案選擇根據基坑挖深、周邊環境和地質情況，支護結構安全等級除放坡開挖段為三級外，其余均為二級。針對本基坑的特點，區別不同的環境條件，因地制宜采用不同的支護方案。對具備放坡條件的南側地段優先采用自然放坡細石混凝土掛網抹面方案，對放坡坡比受到限制的西側地段，采用土釘墻掛網噴錨支護方案；北側距分隔圍墻6m，采用重力式水泥土擋墻方案，格柵式布置，縱橫向搭接200，擋墻寬3.2m。東側距分隔圍墻最近處僅2.3m，經過多方案的比較，決定采用預應力混凝土管樁加一道水泥土旋噴加筋錨樁擋土，管樁外側設兩排Φ700水泥土攪拌樁作止水帷幕的方案，管樁支護剖面見圖2。

2.4.2東側管樁支護結構設計（1）內力變形計算管樁擋土結構采用同濟啟明星FRWS7軟件分析計算。內力變形計算結果如圖3所示，每根樁抗彎剛度EI=47752kN.m2。內力計算結果是每根樁的，支撐反力是每延米的,見表2。（2）錨樁抗拔計算（表3）（3）PHC管樁強度驗算管樁選用PHC-500（125）B-C80-11，從圖3中可以看出，PHC管樁的樁身最大彎矩標準值為173kN•m，作用點位于樁頂下3m左右處。PHC管樁的樁身最大剪力標準值為120.2kN，作用點位于樁頂下5.8m處。由《預應力混凝土管樁》（蘇G03-2012）圖集可查得，PHC-500（125）B-C80管樁的彎矩設計值為254kN•m，剪力設計值為307kN。最大彎矩驗算：173×1.25×1=216.25kN•m<254kN•m，最大剪力驗算：120.2×1.25×1=150.25kN<307kN。表明以PHC-500（125）B-C80作為該基坑支護樁時，樁身強度滿足要求。根據圖3計算結果，PHC管樁的最大位移為13.6mm，滿足基坑設計最大位移小于30mm的限值要求。支護結構的變形和基坑側壁的位移均滿足規范要求，基坑的穩定性驗算也都滿足要求，說明本基坑東側采用PHC管樁作支護樁的樁錨體系是合理的。

2.5支護方案細節設計（1）選用PHC-500（125）B-C80管樁，樁頂位于地表下1.3m，樁長11.0m，單節樁壓入，無接頭，間距1.6m。（2）樁頂設置冠梁，加強支護結構的整體性。冠梁頂面為自然地面下0.8m，冠梁截面為600mm×500mm，支護PHC管樁伸入冠梁100mm，冠梁混凝上強度采用C30。（3）深層攪拌水泥土樁樁徑700mm，搭接長度200mm，樁頂埋深與自然地面平，樁長12m；水泥采用32.5普硅水泥，水泥摻入比14%。（4）錨樁采用旋噴攪拌加勁水泥土樁，鎖定于管樁頂的冠梁側面，水平間距1.6m，為減少對地面沉降的影響，錨樁的傾角：35~45°，樁徑選定400mm，擴大頭直徑650mm，錨筋用2根12.7鋼絞線，抗拉強度設計值1320MPa，錨樁長13m。在冠梁及錨樁強度達設計強度70%后，施加預應力，用錨具鎖定。（5）管樁布樁盡量形成封閉，特別是在轉角處，如不能封閉可在端部加角撐。

2.6基坑監測基坑在開挖過程中，監測周圍土體及建筑物的動態變化，確保支護結構及鄰近建筑物的安全。在坡項每20~40m設一監測點，觀測支護結構的位移，并在隔水帷幕的外側，管樁擋墻邊長的中間附近布置測斜孔，及時獲取支護結構及深層土體位移變化信息。監測結果顯示：從基坑開挖至地下室施工結束，支護樁樁頂最大的水平位移在擋墻邊長的中點附近，位移值為10mm，PHC管樁樁身的裂縫很小，管樁質量完好，基坑開挖后的情況見圖4。管樁支護邊的東側，4號高層住宅樓平均沉降5.65mm，最大沉降10.15mm，2號高層住宅樓平均沉降5.24mm，最大沉降9.78mm。北車庫平均沉降21.2mm，西車庫平均沉降31.4mm，同時，基坑的止水情況良好。單錨式PHC管樁支護方案，達到了預期效果。

3結語

（1）在挖深5~8m的基坑支護工程中，采用單錨式PHC管樁支護結構，具有較好的技術效益、經濟效益，同時還具有較好的環境效益、社會效益。（2)PHC管樁用于基坑支護，一般選用單節樁。因為管樁接頭處的抗彎能力較弱，在彎矩作用下容易發生斷裂。單節管樁的長度通常與生產廠家的生產設備、技術水平、材料性能等有關。（3）管樁支護結構在錨或撐的支點處為集中力，故應對該處進行局部承壓驗算，如錨或撐支點力過大會使空心管樁產生局部受壓破壞，致使管樁壓碎，必要時為了提高管樁的局部抗壓強度，可把空心管樁集中力處一定范圍內灌實混凝土。（4）PHC管樁應用于基坑支護，目前還在摸索探討階段。PHC管樁本身的材料性能、力學性能、抗彎性能等，基坑在開挖過程中PHC管樁的變形情況、樁土之間的相互關系等，都有待于進一步研究。

作者：吳連祥 單位：啟東市建筑設計院有限公司