基坑支護(hù)工程管樁應(yīng)用優(yōu)勢(shì)及施工重點(diǎn)

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［摘要］近年來，隨著國(guó)家對(duì)建筑產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)的推廣，預(yù)制管樁逐漸被應(yīng)用于基坑支護(hù)工程。然而，預(yù)制管樁在支護(hù)工程中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)及施工重點(diǎn)尚不明確，因此，本文結(jié)合某預(yù)制管樁基坑支護(hù)工程，研究了管樁在支護(hù)工程中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)、設(shè)計(jì)考慮和施工重點(diǎn)。

1引言

近年來，隨著建筑產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)的推廣及人民環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，預(yù)制管樁作為一種可靠的、環(huán)保的支護(hù)結(jié)構(gòu)，在基坑工程、擋土墻工程、邊坡工程中逐漸得到應(yīng)用和發(fā)展[1，2]。在施工過程中，預(yù)制管樁常采用靜壓法或錘擊法打入土層。與傳統(tǒng)的現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)相比，預(yù)制管樁在樁身質(zhì)量、施工速度及環(huán)境保護(hù)等方面的優(yōu)勢(shì)非常明顯。姜洪峰等[3]的研究結(jié)果表明，預(yù)制管樁在生產(chǎn)時(shí)的場(chǎng)地條件、工藝設(shè)施、質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)遠(yuǎn)高于現(xiàn)場(chǎng)澆筑的鋼筋混凝土管樁，因此，預(yù)制管樁的樁身質(zhì)量較好。在施工速度方面與砼鉆孔灌注樁相比較，現(xiàn)場(chǎng)澆筑的鉆孔灌注樁需要經(jīng)歷成孔、澆筑、養(yǎng)護(hù)三個(gè)階段，其中，混凝土強(qiáng)度逐漸形成的過程將占用寶貴的工程時(shí)間，降低工程收益。而預(yù)制管樁在工廠中已經(jīng)形成強(qiáng)度，運(yùn)輸至工地后就可直接沉樁，能夠明顯減少基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的施工時(shí)間。在環(huán)境保護(hù)方面，預(yù)制管樁的施工是干作業(yè)施工[4]，無須泥漿池等污染性設(shè)施，相比于鉆孔灌注樁的施工，施工現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境較好。預(yù)制管樁的施工優(yōu)勢(shì)很明顯，但其在施工過程中的劣勢(shì)也不容忽視。肖立平等[5]研究成果表明，預(yù)制管樁在沉樁過程中將會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的“擠土效應(yīng)”。預(yù)制管樁沉樁時(shí)，土體受到擠壓變形，樁周土體的力學(xué)特性發(fā)生改變，并產(chǎn)生了明顯的變形，且這種影響隨著沉樁密度的增加而增大?！皵D土效應(yīng)”的存在將會(huì)對(duì)既有工程樁、周邊建筑、地下管線產(chǎn)生影響。除此之外，佘遠(yuǎn)健等指出，土層特性也是預(yù)制管樁支護(hù)的重要影響因素。土體強(qiáng)度非常低時(shí)，預(yù)制管樁無法打入持力層，因此其支護(hù)效果將受到影響；當(dāng)土體強(qiáng)度非常高時(shí)，預(yù)制管樁可能存在無法打入、斷樁等工程問題，這也將對(duì)預(yù)制管樁的支護(hù)效果產(chǎn)生影響。因此，在設(shè)計(jì)采用預(yù)制管樁進(jìn)行基坑支護(hù)時(shí)，應(yīng)充分考慮預(yù)制管樁的在土層中的狀況。隨著預(yù)制管樁在支護(hù)工程中的應(yīng)用逐漸推廣，因此需要充分了解預(yù)制管樁在支護(hù)工程中的優(yōu)勢(shì)和劣勢(shì)，便于選擇合適的支護(hù)方案。為此，本文結(jié)合某預(yù)制管樁支護(hù)工程和相關(guān)文獻(xiàn)，詳細(xì)討論了預(yù)制管樁在支護(hù)工程中的應(yīng)用特點(diǎn)。

2管樁支護(hù)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

2.1施工速度快，效率高

預(yù)制管樁不同于傳統(tǒng)的鉆孔灌注樁，預(yù)制管樁的加工和制作往往是在工廠中完成的。首先，預(yù)制管樁的設(shè)計(jì)人員會(huì)按照工程中需要的管樁的力學(xué)特性，對(duì)預(yù)制管樁的鋼筋結(jié)構(gòu)和澆筑材料進(jìn)行設(shè)計(jì)。然后通過機(jī)械化生產(chǎn)的方式完成預(yù)制管樁的制作。在此之后，由于是在工廠中進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，因此為了節(jié)省時(shí)間成本，企業(yè)一般會(huì)選擇高壓釜進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，通過高溫高壓的方式加速預(yù)制管樁強(qiáng)度的形成，這將節(jié)省大量的時(shí)間成本。然后，已經(jīng)形成強(qiáng)度的預(yù)制管樁通過貨車運(yùn)送至施工現(xiàn)場(chǎng)。在施工現(xiàn)場(chǎng)，通過沉樁的方式進(jìn)行預(yù)制管樁的沉樁。而在傳統(tǒng)的鉆孔管樁樁施工過程中，需要現(xiàn)在樁體位置沉孔，然后下放鋼筋籠，最后才能完成混凝土結(jié)構(gòu)的澆筑。期間，鉆孔需要占用一定的施工時(shí)間。而澆筑完成后的混凝土形成強(qiáng)度也需要大量的時(shí)間。這就導(dǎo)致預(yù)制管樁作為支護(hù)樁使用時(shí)將占用大量的時(shí)間成本。

2.2施工現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境好

相比于傳統(tǒng)的鉆孔灌注樁，預(yù)制管樁的施工機(jī)械化、自動(dòng)化程度高，極大地降低了施工人員的工作負(fù)載，間接提高了施工效率。同時(shí)，在采用預(yù)制管樁支護(hù)的項(xiàng)目上，泥漿池等污染性的配套設(shè)施較少，施工現(xiàn)場(chǎng)不容易出現(xiàn)污水橫流等現(xiàn)象，給施工人員創(chuàng)造了較好的施工環(huán)境。

2.3管樁設(shè)計(jì)較為成熟

早在上世紀(jì)50年代的時(shí)候，我國(guó)就開始了離心式預(yù)制管樁的生產(chǎn)。經(jīng)過了10年左右的發(fā)展，有研發(fā)出了直徑550mm的后張法預(yù)應(yīng)力混凝土管樁。而后，得益于科技的發(fā)展，成功實(shí)現(xiàn)了先張法在預(yù)制管樁中的應(yīng)用。經(jīng)過了20年的發(fā)展，以及從日本引進(jìn)的先進(jìn)技術(shù)，我國(guó)在預(yù)應(yīng)力管樁上的發(fā)展有邁出了一大步，成功生產(chǎn)出了直徑600mm及以上的大直徑預(yù)應(yīng)力混凝土管樁。經(jīng)過10年的經(jīng)驗(yàn)積累和技術(shù)評(píng)估。在1993年正式實(shí)施了第一部關(guān)于預(yù)制管樁的國(guó)家級(jí)預(yù)制管樁設(shè)計(jì)規(guī)范《先張法預(yù)應(yīng)力混凝土管樁》。進(jìn)入20世紀(jì)以來，預(yù)制樁技術(shù)快速發(fā)展，在2002年底，已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)異性結(jié)構(gòu)預(yù)制管樁的研制；2004年又成功實(shí)現(xiàn)了預(yù)制高強(qiáng)混凝土薄壁鋼管樁的制備。發(fā)展至今，預(yù)制管樁的生產(chǎn)技術(shù)已經(jīng)有了長(zhǎng)足的發(fā)展，不僅突破了截面形狀、截面尺寸的限制，同時(shí)突破了強(qiáng)度的限制，各種高強(qiáng)、高性能的預(yù)制管樁層出不窮，且對(duì)應(yīng)的管樁生產(chǎn)廠家、配套的生產(chǎn)設(shè)施都較為齊全。

2.4施工設(shè)備齊全

作為支護(hù)樁使用的預(yù)制管樁施工裝置與傳統(tǒng)的預(yù)制管樁施工裝置完全相同，施工技術(shù)已經(jīng)成熟，配套設(shè)施種類齊全，因此，預(yù)制管樁的沉樁質(zhì)量可以保證。

2.5參考案例豐富

目前，已有較多的采用預(yù)制管樁進(jìn)行支護(hù)的基坑工程，可以參考的工程案例較多，比如無錫會(huì)展中心“預(yù)制管樁+內(nèi)支撐”的基坑支護(hù)工程，珠海西部中心城區(qū)等國(guó)家有標(biāo)準(zhǔn)圖集。

3管樁支護(hù)的設(shè)計(jì)考慮

3.1基坑深度

考慮到預(yù)制管樁的運(yùn)輸，管樁的樁體長(zhǎng)度是有限的，一般控制在15m左右。對(duì)于某些超深的基坑支護(hù)工程而言，需要進(jìn)行接樁處理。而接樁部位的樁體抗彎承載力較弱，容易發(fā)生剪切破壞，因此，當(dāng)預(yù)制管樁應(yīng)用于支護(hù)結(jié)構(gòu)時(shí)，一般僅采用單樁，這就使得預(yù)制管樁僅適用于開挖深度較小的基坑。

3.2施工工期

對(duì)于一些施工工期較短，離開居民住宅附近的工程。優(yōu)先考慮采用預(yù)制管樁進(jìn)行支護(hù)，因?yàn)轭A(yù)制管樁節(jié)省了混凝土強(qiáng)度形成時(shí)間，施工速度快，可以節(jié)約施工周期。

3.3土體強(qiáng)度要求

采用預(yù)制管樁進(jìn)行支護(hù)的基坑工程中，基坑坑底以下應(yīng)具有一層厚度較厚、強(qiáng)度較高的土體。因?yàn)楣軜缎枰揽吭撏馏w提供被動(dòng)土壓力，以抵消基坑外側(cè)產(chǎn)生的主動(dòng)土壓力。如果被動(dòng)區(qū)土質(zhì)較差，管樁將會(huì)發(fā)生傾斜，從而影響基坑的支護(hù)效果，甚至引發(fā)破壞。

3.4土體均勻性要求

當(dāng)支護(hù)場(chǎng)地以下存在大量的孤石、土體強(qiáng)度離散性較大時(shí)，預(yù)制管樁沉樁過程中容易出現(xiàn)斷樁、傾斜等施工質(zhì)量問題，這將影響基坑的支護(hù)效果，甚至引發(fā)基坑坍塌，設(shè)計(jì)中要慎用。

4預(yù)制管樁施工注意事項(xiàng)

4.1對(duì)周邊環(huán)境的影響

（1）在管樁沉樁過程中，土體受到樁體的擠壓而產(chǎn)生變形，這種變形會(huì)對(duì)周邊的建筑、地下管線產(chǎn)生影響。李亮輝[8]的研究結(jié)果表明，沉樁過程中將會(huì)使基坑周邊的道路產(chǎn)生開裂，如圖1所示。（2）管樁沉樁還要注意防止擠土效應(yīng)對(duì)地下管道、鄰近建筑物的不利影響。

4.2對(duì)已有工程樁的影響

除了對(duì)基坑外側(cè)道路、房屋、管線的影響之外，預(yù)制管樁沉樁對(duì)已有工程樁的影響也不可忽略，尤其是對(duì)工程樁垂直度、樁身承載力的影響。受沉樁“擠土效應(yīng)”影響，原有的建筑基礎(chǔ)樁產(chǎn)生了水平方向的偏移，這將對(duì)樁身的受力特性產(chǎn)生重要影響，產(chǎn)生偏心荷載，從而對(duì)上部建筑的安全性產(chǎn)生影響。

4.3沉樁質(zhì)量控制

在沉樁過程中，受場(chǎng)地土層非均勻分布的影響，當(dāng)樁體遇到堅(jiān)硬的孤石時(shí)，容易出現(xiàn)傾斜、斷樁等問題，這些質(zhì)量問題將會(huì)影響預(yù)制管樁對(duì)基坑變形的控制效果。因此，在預(yù)制管樁沉樁過程中，應(yīng)嚴(yán)格控制施工質(zhì)量，以保證管樁基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的安全性。

4.4樁間土保護(hù)

在采用預(yù)制管樁進(jìn)行支護(hù)的基坑施工過程中，基坑開挖后，應(yīng)及時(shí)通過噴錨等方式處理樁間土體，避免樁間土體在日曬雨淋作用下產(chǎn)生開裂等問題，從而影響基坑的支護(hù)效果。如圖2（a）所示，基坑開挖后未及時(shí)保護(hù)，導(dǎo)致樁間土開裂，影響了樁土接觸面。因此，為了保證預(yù)制管樁基坑的支護(hù)效果，應(yīng)及時(shí)采用掛網(wǎng)噴漿的方式進(jìn)行保護(hù)，其效果如圖2（b）所示。

4.5位移監(jiān)測(cè)

當(dāng)基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)采用預(yù)制管樁時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格監(jiān)測(cè)基坑開挖過程中的水平、豎向變形。防止基坑變形過大對(duì)基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定和周邊已有建筑道路或地下管線產(chǎn)生影響。

5結(jié)論

預(yù)制管樁作支護(hù)雖然有很多局限性，但在很多地方可以作為一種基坑支護(hù)選項(xiàng)，充分利用預(yù)制管樁優(yōu)勢(shì)，提高速度，降低造價(jià)，其在支護(hù)工程中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)及施工重點(diǎn)具體包括如下幾點(diǎn)：（1）預(yù)制管樁的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)主要包括施工速度快、效率高，施工現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境好，設(shè)計(jì)理論成熟，施工設(shè)備齊全，參考案例豐富。（2）預(yù)制管樁的設(shè)計(jì)考慮主要包括基坑深度，施工工期，土體強(qiáng)度和均勻性要求。（3）預(yù)制管樁的施工注意事項(xiàng)主要包括對(duì)周邊環(huán)境的影響，對(duì)已有工程樁的影響及沉樁質(zhì)量的控制，基坑開挖過程中位移監(jiān)控。

參考文獻(xiàn)

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作者：陳保生 單位：鎮(zhèn)江市丹徒區(qū)建設(shè)投資有限公司