PC工法支護樁在某深厚軟土地區(qū)基坑中的應(yīng)用及分析

1 概 述

江浙一帶沿海地區(qū)場地地基存在深厚軟土層,該層土性質(zhì)差,高含水量,靈敏度高且易擾動,因此這些地區(qū)的基坑工程造價往往較高[1]。在當(dāng)前高效、綠色環(huán)保的城市建設(shè)背景下,PC工法支護樁作為一種臨時性結(jié)構(gòu),在滿足變形及穩(wěn)定要求的同時,能兼顧施工效率及環(huán)保節(jié)能的基坑支護形式,具有很大的應(yīng)用前景。

PC工法支護樁是通過鋼管樁與拉森鋼板樁的組合式連接,形成一個抗彎剛度大、整體性強、止水效果好的豎向支護體系。鋼管樁相比同直徑鉆孔灌注樁具有更大的抗彎剛度,且根據(jù)基坑開挖深度及地質(zhì)條件可選擇鋼管樁與拉森鋼板樁的不同組合形式,方便靈活,見圖1。同時,PC工法支護樁作為一種可完全回收,重復(fù)使用的豎向支護體系,在施工效率、節(jié)能環(huán)保及工程造價等方面具有明顯優(yōu)勢。

圖1 不同組合形式的PC工法支護樁

2 工程概況與地質(zhì)條件

2.1 工程概況

某工程位于浙江省寧波市,總建筑面積為11 102.4 m2,地下建筑面積2 338.4 m2,主要包括1棟5F綜合大樓和1層地下室,基礎(chǔ)工程樁為鉆孔灌注樁?；娱_挖深度為4.25～6.75 m,坑中坑高差為2.50 m?；游鞅眰?cè)為學(xué)府路,道路邊線離基坑上坎線最近距離約為1.5 m；東南側(cè)為7層的已建學(xué)術(shù)交流中心,距基坑上坎線約為9.5 m；南側(cè)為臨時施工道路,道路邊線離基坑上坎線最近距離約為5.8 m；北側(cè)為景觀河道小洋江,河道邊線離基坑上坎線最近距離約為14.5 m,見圖2。

圖2 基坑支護總平面圖

2.2 地質(zhì)條件

根據(jù)巖土工程勘察報告,本工程所涉及的各地基土層為：①-0填土,雜色,松散,高壓縮性，主要成分為建筑垃圾,系近期人工堆積,土塊結(jié)構(gòu)松散,土質(zhì)不均勻,強度低；①-1黏土,褐黃色,可塑,中壓縮性，含氧化鐵銹斑及鐵錳質(zhì)結(jié)核,局部夾粉質(zhì)黏土,切面有光澤、高干強度、高韌性；②淤泥質(zhì)黏土,灰色,層上部顏色為灰褐色,流塑,高壓縮性，含云母及粉砂,切面稍有光澤、中等干強度、中等韌性；③粉質(zhì)黏土,灰色,軟塑,高壓縮性，含云母及少量粉砂,局部為黏土,切面稍有光澤、中等干強度、中等韌性。土層的物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)見表1,其中2號淤泥質(zhì)黏土為典型的軟土,含水量高達48.8%,層厚達15 m,約3倍基坑開挖深度,工程性質(zhì)極差。

表1 各地基土層的物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)

3 基坑支護設(shè)計

3.1 本工程的特點

1)地質(zhì)條件差 基坑開挖影響范圍內(nèi)存在深厚軟土層,流塑狀態(tài),高含水量,高靈敏度。

2)周邊環(huán)境復(fù)雜 地下室結(jié)構(gòu)距現(xiàn)有建筑物、市政道路和管線、河道及臨時施工道路很近。

3)工期與造價 工程施工工期非常緊,且建設(shè)單位資金有限,對基坑工程造價控制要求高。

3.2 支護結(jié)構(gòu)的選型

根據(jù)上述特點,由于基坑地質(zhì)條件差,變形控制要求嚴(yán)格,采用土釘墻,攪拌樁重力式擋墻及復(fù)合土釘墻的形式是不適合的；若采用懸臂排樁的形式,樁頂水平位移難以控制,會對周邊環(huán)境產(chǎn)生很大影響；地下連續(xù)墻加支撐的形式雖然安全可靠,但造價較高[2-3]。經(jīng)綜合考慮,采用排樁加一道鋼筋混凝土支撐的形式,排樁采用PC工法支護樁,相對鉆孔灌注樁或SMW工法支護樁而言,該支護體系具有整體剛度大、止水效果好、施工速度快、無泥漿、無污染、且可完全回收等優(yōu)點,能滿足本工程的各項要求。

如圖2所示,鋼筋混凝土支撐體系采用角撐結(jié)合對撐的形式,既控制了基坑變形,又提供了足夠的開挖工作面。支撐截面尺寸為700 mm×600 mm(主撐)、600 mm×600 mm(副撐)。PC工法支護樁采用φ630 mm×14 mm螺旋焊接鋼管樁與拉森Ⅳ鋼板樁的“1+1”組合,鋼管樁間距為1 100 mm,樁長為14～18 m,拉森鋼板樁間距為1 100 mm,樁長為9～12 m。其中φ630 mm×14 mm鋼管樁單樁抗彎剛度EI為270 075 kN·m2,相當(dāng)于同直徑鉆孔灌注樁的1.2倍,因此在樁間距相同的情況下,PC工法支護樁體系的變形要小于鉆孔灌注樁排樁支護體系。

圖3 PC工法支護樁現(xiàn)場施工情況

3.3 施工工藝要求

PC工法支護樁采用高頻液壓振動打樁機施工,鋼管樁要確保平整度和垂直度,不允許有扭曲現(xiàn)象,插入時要保證垂直度,鋼管若有接頭,應(yīng)保證接頭的抗彎、抗剪及抗拉的等強度,接頭應(yīng)位于開挖面以下1 m,且相鄰兩根鋼管接頭應(yīng)錯開1 m以上；所有焊縫應(yīng)連續(xù)焊滿,焊縫高8 mm。拉森鋼板樁應(yīng)選用未明顯變形,無扭曲的拉森Ⅳ鋼板樁,且施工前應(yīng)進行修整。鋼管樁與拉森鋼板樁必須控制好下沉速度,一般為1 m/min,兩者之間采用小止口施工。樁打入前將樁尖處的凹槽底口封閉,避免泥土擠入,鎖口宜涂以黃油或其他油脂。

圖3為現(xiàn)場施工情況,可見PC工法支護樁排列整齊,鋼管樁與拉森鋼板樁連接緊密,無滲水和流土現(xiàn)象,為基坑開挖與基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)施工創(chuàng)造了非常良好的工作環(huán)境。

4 監(jiān)測結(jié)果分析

本工程基坑開挖過程中進行了全面的監(jiān)測工作,各監(jiān)測項目的實測結(jié)果見表2,各測點的最大累計值均在設(shè)計預(yù)警值范圍之內(nèi),支護體系穩(wěn)定,對周邊環(huán)境影響小。深層土體水平位移曲線見圖4,可見各測點均在坑底深度范圍處的水平位移最大,且由于軟土層較厚,土體變形直至性質(zhì)相對較好的③號粉質(zhì)黏土層才迅速收斂。

圖4 深層土體水平位移曲線

表2 基坑監(jiān)測結(jié)果

5 結(jié) 語

1)PC工法支護樁整體剛度大,能有效控制基坑變形,小止口連接工藝止水效果好,坑壁無滲漏,適合軟土地區(qū)的基坑。

2)施工效率高,速度快。由于鋼管樁為空心圓管,送樁過程中地基土直接進入管體并填充,既增加了單樁抗彎剛度,又有效地減少了擠土效應(yīng)?；油瓿珊?支護樁可完全回收,綠色環(huán)保。

3)經(jīng)施工造價分析測算,本工程若采用傳統(tǒng)的排樁加止水帷幕的施工工藝,基坑支護工程造價約16 500元/m,而采用PC工法支護樁作為豎向支護體系,造價約14 300元/m,能節(jié)約10%的工程造價。并且從節(jié)約施工工期、無泥漿、無污染及低噪音的角度而言,會帶來更大的經(jīng)濟效益和社會效益,是值得推廣的一種基坑支護樁形式。

參 考 文 獻

[1] 建設(shè)綜合勘察研究設(shè)計院. GB 50021—2001巖土工程勘察規(guī)范[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社,2009.

[2] 中國建筑科學(xué)研究院.JGJ 120—2012建筑基坑支護技術(shù)規(guī)程[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社,2012.

[3] 浙江省建筑設(shè)計研究院，浙江大學(xué).DB 33/T 1096—2014浙江省建筑基坑工程支護技術(shù)規(guī)程[S].杭州：浙江工商大學(xué)出版社,2014.