PC 工法樁( 鋼管樁與拉森樁組合) 是通過連接企口將鋼管樁與拉森樁連接成整體可回收式鋼質(zhì)連續(xù)墻體，具有較強(qiáng)的抗彎性和抗斷性。通過西子智慧產(chǎn)業(yè)園項(xiàng)目基坑圍護(hù)工程實(shí)例，介紹 PC 工法樁在基坑支護(hù)中的應(yīng)用。

 

［關(guān)鍵詞］ 基坑; 支護(hù); PC 工法樁; SMW 工法; 施工工藝

引言

隨著城市建設(shè)發(fā)展及土地資源緊張、地下空間拓展的需要，大型基坑項(xiàng)目越來越多且安全環(huán)保要求日益嚴(yán)格，傳統(tǒng)圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工工藝在經(jīng)濟(jì)性、安全性及環(huán)保要求方面飽受詬病。本文引進(jìn)PC工法作為新型支護(hù)工藝，補(bǔ)充和完善傳統(tǒng)支護(hù)結(jié)構(gòu)不足，比較后替代鉆孔灌注樁及 SMW 工法樁作為基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)，對PC工法的普及和推廣有著借鑒意義。

工程概況

西子智慧產(chǎn)業(yè)園項(xiàng)目位于杭州市臨丁路南側(cè)，同協(xié)路西側(cè)，某已建廠區(qū)北側(cè)，用地面積 92821㎡ ，地下建筑面積為 64000㎡ 。工程主要由 10 幢高層建筑、4 幢 5 層建筑和整體單層地下室組成。工程樁均為鉆孔灌注樁。本工程周邊環(huán)境較復(fù)雜，西側(cè)為廠房內(nèi)部道路用地，外側(cè)設(shè)臨時圍擋，距離地下室約 20m; 東側(cè)地下室距離用地紅線約 10m，紅線外側(cè)為綠化帶，輸油管線距離紅線約 15m; 南側(cè)為廠區(qū)內(nèi)部道路，道路緊鄰基坑邊緣; 北側(cè)地下室外墻距離用地紅線＞13m，紅線外側(cè)為綠化帶; 場地土土質(zhì)較差，基底標(biāo)高上下分布有較厚的淤泥質(zhì)軟弱土層。開挖土層主要為 1 雜填土、 2-1 粉質(zhì)黏土、 2-2 黏質(zhì)粉土、 2-3 粉質(zhì)黏土、 2-4 黏質(zhì)粉土、 3-1淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土，坑底大部分位于3-1 淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土，西部少數(shù)地段位于 2-4 黏質(zhì)粉土中。工程地質(zhì)剖面如圖 1 所示。

基坑圍護(hù)設(shè)計(jì)

2.1  工程特點(diǎn)及選型原則

綜合分析場地地理位置、土質(zhì)條件、基坑開挖深度及其對周圍環(huán)境的影響，本工程具有以下特點(diǎn)。

1) 基坑開挖面積較大，約 67605㎡ ，圍護(hù)結(jié)構(gòu)外圍周長約 1331m。

2) 基坑局部承臺、電梯井開挖深度較深。

3) 表層雜填土、黏土層較厚。坑底大部分為淤泥質(zhì)土，土質(zhì)較差，呈流塑狀。

4) 南側(cè)局部地下室距離廠區(qū)內(nèi)部道路非常近，道路下方分布有污水管線。

5) 西南側(cè)地下室外有部分工程樁及承臺，與圍護(hù)結(jié)構(gòu)位置有沖突。

6) 場地內(nèi)部有一河流南北向分布，圍護(hù)施工前需回填處理。

7) 基坑形狀不規(guī)則，西側(cè)中間部分內(nèi)凹形成一個大陽角。

 

根據(jù)工程特點(diǎn)及難點(diǎn)分析，結(jié)合主體結(jié)構(gòu)和場地特點(diǎn)，確定圍護(hù)方案選型原則如下。

1) 安全性

確保安全是第一要務(wù)，存在重大安全隱患的方案即使節(jié)約成本、縮短工期也無實(shí)際意義，且會帶來巨大經(jīng)濟(jì)損失和社會影響。

2) 施工工期

方案設(shè)計(jì)應(yīng)考慮工期和施工方便性，即可縮短工期和降低工程造價。

3) 經(jīng)濟(jì)性

 

在保證基坑工程方案安全、可行性基礎(chǔ)上，優(yōu)化基坑工程支護(hù)設(shè)計(jì)方案，合理控制和降低工程造價。

 

2.2  基坑圍護(hù)方案選擇

 

根據(jù)本工程地下室基坑特點(diǎn)，在“安全、經(jīng)濟(jì)、方便”的原則下，對各種圍護(hù)方案進(jìn)行技術(shù)可行性、經(jīng)濟(jì)合理性分析。

 

2.2. 1  排樁

基坑開挖范圍內(nèi)土層工程性質(zhì)較差或一般，尤其是上部人工填土、淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土及黏質(zhì)粉土，易發(fā)生坍塌、滑塌、管涌，故地下室距建筑紅線較近區(qū)域不宜直接進(jìn)行放坡開挖，須設(shè)支護(hù)系統(tǒng)。

鉆孔灌注樁排樁支護(hù)工藝成熟，質(zhì)量易控制，造價較經(jīng)濟(jì)，可有效控制圍護(hù)結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和變形，減小基坑開挖對周邊環(huán)境的影響。根據(jù)類似地區(qū)工程經(jīng)驗(yàn)，本工程為 1 層地下室，土層為不透水的黏土淤泥質(zhì)土，采用排樁結(jié)合噴錨護(hù)坡具有較高的可行性，且有利于對基坑圍護(hù)總體造價進(jìn)行控制，但是與 PC 工法組合樁比較而言，鉆孔灌注樁造價相對較高、工期較長( 需要養(yǎng)護(hù)) ，泥漿污染嚴(yán)重，不環(huán)保，在完成使用后會留下永久性障礙物。

SMW 工法工藝簡單，成樁速度快，可縮短工期。受力結(jié)構(gòu)和隔水帷幕合一，占用空間小，絕大多數(shù)情況下，型鋼可以拔出重復(fù)利用，降低工程造價。

 

PC 工法組合樁采用直徑 630mm 的鋼管與拉森鋼板樁間隔施工，鋼管樁剛度大，樁與樁之間采用止水鎖扣連接，同時具備擋土和止水功能。該組合樁采用專用設(shè)備施工，施工速度快，無泥漿污染，圍護(hù)樁可以回收，節(jié)約成本。與 SMW 工法相比，無需再單獨(dú)打設(shè)攪拌樁進(jìn)行止水止土，無需進(jìn)行水泥攪拌樁養(yǎng)護(hù)，具有造價低、縮短工期等明顯優(yōu)勢。

 

2.2. 2  支錨結(jié)構(gòu)

 

鋼筋混凝土支撐承載力高、安全性好，能承受彎、剪、扭、壓等復(fù)雜受力情況，可根據(jù)基坑的形狀靈活布置。但本基坑平面尺寸大，如全部采用內(nèi)支撐方案，支撐和豎向立柱樁的數(shù)量較多，圍護(hù)造價相對較高且施工周期相對較長，也無法滿足分段實(shí)施的需求，因此僅考慮在局部設(shè)置角撐。采用 PC 工法樁結(jié)合可回收旋噴錨索支護(hù)，因部分主樓鄰近坑邊、不能留設(shè)施工縫，且斜撐支護(hù)保留的三角土開挖困難，效率低; 一般斜撐支護(hù)變形偏大，對周邊道路造成較大影響。

 

2.2. 3  放坡開挖

 

西北側(cè)及東北側(cè) 1 層地下室部分采用自然放坡開挖。放坡開挖是最經(jīng)濟(jì)的圍護(hù)形式，具有施工速度快、土方開挖方便等優(yōu)點(diǎn)，在條件許可的情況下應(yīng)優(yōu)先采用。本項(xiàng)目大部分區(qū)域坡腳位置土層為流塑狀淤泥質(zhì)土，不適合采用大放坡形式。

 

2.2. 4  土釘墻支護(hù)

 

土釘墻圍護(hù)結(jié)構(gòu)具有經(jīng)濟(jì)性好、施工方便、施工工期短等優(yōu)點(diǎn)，在粉砂土黏土地基、開挖深度在 6m 以下的基坑工程中得到廣泛應(yīng)用。本項(xiàng)目周邊環(huán)境較好，土釘未超紅線，因此局部采用放坡+土釘墻支護(hù)。

 

本工程最終支護(hù)方案如下: 南側(cè)及東側(cè)距離道路較近位置采用 PC 工法組合鋼管樁結(jié)合 1 道旋噴錨索支護(hù); 北側(cè)局部承臺影響范圍內(nèi)采用 PC 工法組合鋼管樁結(jié)合 1 ～ 2 道旋噴錨索; 西側(cè)區(qū)域采用放坡結(jié)合土釘墻支護(hù)，北、南側(cè)部分區(qū)域采用二級放坡結(jié)合土釘墻支護(hù)，坡腳設(shè)置槽鋼。坑內(nèi)承臺高差采用 1 ：1自然坡。

 

PC工法樁

PC 工法樁前身為傳統(tǒng)的拉森鋼板樁。傳統(tǒng)拉森鋼板樁不論是 U 型、Z 型還是直腹型，因其截面剛度小，在深基坑應(yīng)用時需要多層撐錨結(jié)構(gòu)，從而加大了施工難度導(dǎo)致其快速高效的優(yōu)勢難以發(fā)揮。為增大截面剛度，通過設(shè)置連接小企口將拉森樁與鋼管結(jié)合使用，形成組合式圍護(hù)樁，即 PC 工法樁，用于擋土和止水。

 

3.1  主要特點(diǎn)

PC 工法樁結(jié)合了鋼管樁和拉森樁的優(yōu)點(diǎn)，其與二者相比具有以下特點(diǎn)。

1) 施工深度深 PC 工法施工深度最深可達(dá)45m( 采用多節(jié)樁分級焊接) ，復(fù)雜地質(zhì)情況采用先導(dǎo)前出鉆設(shè)備，施工深度最深可達(dá) 55m。

2) 適用地層廣泛不僅適用于一般的粉土、砂土、黏性土等，也適用于淤泥質(zhì)土等各種復(fù)雜土層地質(zhì)條件，且成墻品質(zhì)高，樁體強(qiáng)度高、抗彎抗剪性能好，鋼質(zhì)連續(xù)墻體擋土止水效果顯著，安全可靠，無須另設(shè)止水帷幕。

3) 節(jié)約工程量 無置換土，施工速度快，無泥漿污染，主材可回收，環(huán)保無污染。

 

4) 插入型材的間距不受限制 組合樁形式多樣，可根據(jù)基坑設(shè)計(jì)要求任意布置鋼管樁的樁長、樁徑及間距，通過設(shè)置連接小企口，可以插入 1 ～ 3 支拉森樁，從而降低施工成本，連接企口如圖 3 所示。樁徑 630mm 鋼管樁有 2 種不同樁距的 PC 樁組合，本工程采用樁徑 630mm、樁距 1 100mm 的組合樁( 見圖 4) 。

 

5) 信息化程度高 通過鉆機(jī)的操作監(jiān)控器獲取和控制施工參數(shù)，通過沉樁速度、壓力等參數(shù)調(diào)整糾偏，保證垂直度，施工操作靈活、無死角、打拔方便。

 

3.2  施工要求

3. 2. 1 沉樁

PC 工法組合鋼管樁施工主要為振動法。施工前，應(yīng)根據(jù)待建工程情況，包括地質(zhì)條件、周邊環(huán)境條件、樁徑等選擇合適的沉樁機(jī)械。鋼管樁施工前，應(yīng)根據(jù)樁位布置圖進(jìn)行測量放樣并復(fù)核驗(yàn)收。根據(jù)確定的施工順序，安排鋼管樁、拉森鋼板樁等物資的放置位置。

根據(jù) PC 工法組合鋼管樁的軸線開挖導(dǎo)向溝，并在溝槽邊設(shè)置定位型鋼，在定位型鋼上標(biāo)出鋼管樁和拉森鋼板樁的插入位置。三支點(diǎn)樁基底盤應(yīng)保持水平，平面允許偏差為 ± 20mm，立柱導(dǎo)向架垂直度偏差≤1 /250。

 

沉樁時，鋼管樁和拉森鋼板樁應(yīng)交替沉樁，以保證鋼管樁與拉森鋼板樁企口搭接質(zhì)量。均勻控制沉樁速度，一般控制在 1m / min。下沉過程中應(yīng)采取措施保證樁的垂直度，水平偏差≤10mm，標(biāo)高偏差≤100mm。沉樁時，出現(xiàn)樁身傾斜、側(cè)移、樁身破損或沉樁困難等異常情況時，應(yīng)停止沉樁，待查明原因并進(jìn)行必要處理后方可繼續(xù)施工。吊樁時嚴(yán)禁樁身碰撞樁機(jī)，避免樁身損傷。

 

3.2. 2  質(zhì)量檢查與驗(yàn)收

1) 施工期間過程控制 檢查施工機(jī)械性能、材料質(zhì)量，鋼管樁和拉森鋼板樁規(guī)格、定位、長度、標(biāo)高、垂直度下沉速度、拼接焊縫質(zhì)量等。

2)  成墻質(zhì)量驗(yàn)收 鋼管樁和拉森鋼板樁的企口搭接狀況、位置偏差等。

 

3) 基坑開挖檢查 包括鋼管樁和拉森鋼板樁的企口搭接狀況、垂直度及滲透水等情況。PC 工法組合鋼管樁的樁身材料檢查如表 1 所示，插入允許偏差如表 2 所示，焊縫質(zhì)量應(yīng)符合相關(guān)規(guī)定。

計(jì)算實(shí)例

選取南面臨近紅線位置作為實(shí)例進(jìn)行計(jì)算。該處支護(hù)方案為 PC 工法組合鋼管樁結(jié)合 1 道旋噴錨索支護(hù)。地下水位埋深2.50m，地面超載15.0kPa。土層參數(shù)如表 3 所示。計(jì)算簡圖如圖 5所示。

采用理正軟件進(jìn)行計(jì)算，每根鋼管樁內(nèi)力與土體抗力如圖 6 所示( 支撐反力是每延米的) ，地表沉 降計(jì)算結(jié)果如圖 7 所示。由圖 6 顯示樁身水平位移≤10mm，抗力、彎矩剪力均控制在安全范圍內(nèi)，地表沉降合理，且穩(wěn)定安全系數(shù)和抗隆起安全系數(shù)均 大于 JGJ120—2012《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》要求 值。錨桿抗拔計(jì)算結(jié)果如表 4 所示，由表 4 可知錨 桿抗拔系數(shù)為 2. 61，大于要求安全系數(shù) 1. 6，軸向拉力也小于抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，故采用 1 道旋噴錨索即可。

施工效果

圖 8 為項(xiàng)目典型位置處地下室施工期間土體位移隨時間變化曲線，由圖 8 可知，土體位移在前半個 月發(fā)展較快，后期基本穩(wěn)定在 15mm 以內(nèi)，位移較 小，且與計(jì)算值較吻合。施工過程中，地面均未出 現(xiàn)明顯開裂，充分說明支護(hù)結(jié)構(gòu)安全可靠。

采用 PC 工法樁優(yōu)化圍護(hù)方案后，較 SMW 工法 降低造價 20%以上，節(jié)約工期 1 個月; 與鉆孔灌注樁 相比，降低造價 40%以上，縮短工期 3 個月( 見表 5) 。

結(jié)語

采用 PC 工法基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)，解決了本工程施工面積廣且不規(guī)則、土質(zhì)較差、周邊環(huán)境復(fù)雜等問 題 ，提 高 了 生 產(chǎn) 效 率 ，節(jié) 約 了 施 工 成 本 ，降 低 了 資 源 消耗。該工藝在西子智慧產(chǎn)業(yè)園項(xiàng)目的成功應(yīng)用， 為 PC 工法在其他大型基坑施工中的推廣和運(yùn)用提 供了參考經(jīng)驗(yàn)，起到了技術(shù)引領(lǐng)作用。