深厚砂层地区管桩用于基坑支护的探讨

张耀华

（广州市城市规划勘测设计研究院，广州510060）

1 引言

随着房地产项目开发进度要求的不断提高，业主对项目开发周期的要求也越来越高。地下室部分的施工周期成为限制工期的主要因素之一，因此，如何加快地下室施工成为广大开发商的重中之重。基坑开挖是地下室施工的关键节点，其支护方案的选择极大地影响着项目进度节点。本文就佛山某基坑采用预应力管桩支护的实例，验证了在基坑支护中管桩支护有较大的发挥空间，同时，JGJ 94—2008《建筑桩基技术规范》[1]提供了各类型预应力管桩的2个桩身容许弯矩（抗裂弯矩检验值、极限弯矩检验值）供设计人员选取，本文对基坑支护时选用规范中何种弯矩值、安全系数如何选取、管桩类型如何选择进行了一定的探讨。

2 工程简介及特点

本工程下设2层地下室，基坑大开挖深度约7.30m，需要支护的基坑周长约为1 000m。基坑周边空旷，无需要保护的建（构）筑物，地下室边线距红线较远，南侧地下室边距离现状河道最小约30m。综合考虑周边环境，地质条件和开挖深度，基坑安全等级按二级考虑[2]。同时，业主特别提出要求采取工期快且安全可靠的支护方式，希望能尽快完成基坑开挖。

3 工程地质条件

根据勘察报告中的钻孔揭露，场地岩土按成因类型和岩性分层描述如下：①层人工填土：新近堆填，为素填土；②-1层淤泥质土：深灰色，流塑；②-2层粉质黏土：深灰色，可塑；②-3层粉细砂(部分为淤泥质粉砂)：深灰色，松散至稍密，平均层厚约15m；③层粉质黏土：浅暗红色等，硬塑为主；④泥质粉砂岩：根据岩石风化程度可分为4个风化带：④-1层全风化；④-2层强风化；④-3层中等风化；④-4层：微风化。场区内各钻孔所遇地下水主要为第四系孔隙水，粉细砂层为主要含水层，分布层厚度较大，透水性极好。依据勘察报告及地区经验，基坑支护计算参数选取如表1所示。

4 基坑支护选型及计算结果

本项目地下室大开挖深度为7.30m，开挖深度范围内自上而下主要为填土、冲淤积成因的砂土和淤泥质土，基坑底主要位于淤泥质土或砂土中，常规设计可采用灌注桩结合锚索或混凝土支撑、SMW工法桩（搅拌桩内插型钢）的支护型式。灌注桩施工时间长，成本高；SMW工法桩操作工序多，造价与施工工期密切相关。本项目综合考虑成本、市场材料供应、工期等因素，最终采用预应力管桩（直径0.6m）进行支护。并且设置混凝土支撑不利于施工场地的展开，同时本场地岩层深度普遍较大，且拟建项目地区有文件规定锚索不得出用地红线，最终选定了扩大头预应力锚索结合管桩的支护体系，锚索扩大头段放置与粉质黏土或松散砂层中，坡顶设置2m高小放坡；采用直径0.8m间距0.55m大直径水泥土搅拌桩构筑止水帷幕，支护结构剖面图如图1所示。

表1土层主要物理力学性质指标

图1典型剖面

通过计算软件所得桩身弯矩及剪力值如表2所示，考虑到基坑支护桩主要受力方向为水平力，采用桩身弯矩值作为管桩型号选取的主要依据。经查计算书，各剖面中桩身弯矩最大值为285.7kN·m，依据相关规范[3]，考虑到基坑设计中荷载分项系数为1.25，支护桩桩身弯矩设计值356.25kN·m。经与业内专家讨论统一认为：基坑支护工程为临时工程，管桩桩身出现裂缝时，对基坑的安全性影响相对较小，不建议采用规范拟定抗裂弯矩检验值作为材料的力学性能，建议采用极限弯矩检验值作为管桩的材料力学性能。实际设计中，依据规范提出的桩身弯矩极限检验值选取了B型管桩直径0.6m，壁厚110mm，节长12～15m进行支护，查规范得到桩身极限弯矩检验值为430kN·m。依据前面计算的桩身设计弯矩，仍有约1.20的安全系数储备。

表2计算结果表

5 基坑开挖情况及简要监测资料

本工程于2014年6月开始施工，目前已完成基坑回填施工。第三方监测结果[4，5]及现场开挖情况表明，支护桩顶水平位移累计最大变形为28.2mm，因无法设置桩身测斜监测点，现场设置了土体测斜监测点，土体测斜监测最大值约13.7mm，现场未出现基坑安全事故。第三方监测结果及现场开挖情况表明本项目基坑支护方案达到了预期的安全目标，同时该基坑自管桩施工至基坑开挖到基坑底用时约4个月，大大节省了项目工期。

6 结语

本项目基坑开挖深度约7.30m，场地松散砂层厚，采用直径0.6m的B型管桩结合扩大头预应力锚索的支护体系，取得了良好的支护效果，同时有效缩短了项目工期，降低了工程造价。通过本文的研究，得到以下结论：

1）规范提出的桩身极限弯矩承载力值相对本工程中剖面计算所得桩身弯矩值，安全系数取值约1.5，经工程实践证明，该安全系数可满足基坑开挖的要求。

2）随着新的行业规范[6]的编订，新型管桩不断涌现，更适合基坑支护应用的PRC型管桩也随之出现，管桩用于基坑支护有着施工速度快、养护时间短、造价低、桩身质量统一等优点，有着广阔的推广前景。

3）采用管桩支护的基坑，无法类似灌注桩于支护桩内埋设测斜管。希望今后管桩生产厂家能针对基坑支护用管桩，在生产过程中预先埋设测斜管，解决桩身测斜监测问题。

此支护方案的成功，为类似工程提供了借鉴作用。