基坑支護工程管樁應用優勢及施工重點

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［摘要］近年來，隨著國家對建筑產業化生產的推廣，預制管樁逐漸被應用于基坑支護工程。然而，預制管樁在支護工程中的應用優勢及施工重點尚不明確，因此，本文結合某預制管樁基坑支護工程，研究了管樁在支護工程中的應用優勢、設計考慮和施工重點。

1引言

近年來，隨著建筑產業化生產的推廣及人民環保意識的增強，預制管樁作為一種可靠的、環保的支護結構，在基坑工程、擋土墻工程、邊坡工程中逐漸得到應用和發展[1，2]。在施工過程中，預制管樁常采用靜壓法或錘擊法打入土層。與傳統的現澆鋼筋混凝土結構相比，預制管樁在樁身質量、施工速度及環境保護等方面的優勢非常明顯。姜洪峰等[3]的研究結果表明，預制管樁在生產時的場地條件、工藝設施、質量控制標準遠高于現場澆筑的鋼筋混凝土管樁，因此，預制管樁的樁身質量較好。在施工速度方面與砼鉆孔灌注樁相比較，現場澆筑的鉆孔灌注樁需要經歷成孔、澆筑、養護三個階段，其中，混凝土強度逐漸形成的過程將占用寶貴的工程時間，降低工程收益。而預制管樁在工廠中已經形成強度，運輸至工地后就可直接沉樁，能夠明顯減少基坑支護結構的施工時間。在環境保護方面，預制管樁的施工是干作業施工[4]，無須泥漿池等污染性設施，相比于鉆孔灌注樁的施工，施工現場的環境較好。預制管樁的施工優勢很明顯，但其在施工過程中的劣勢也不容忽視。肖立平等[5]研究成果表明，預制管樁在沉樁過程中將會產生嚴重的“擠土效應”。預制管樁沉樁時，土體受到擠壓變形，樁周土體的力學特性發生改變，并產生了明顯的變形，且這種影響隨著沉樁密度的增加而增大。“擠土效應”的存在將會對既有工程樁、周邊建筑、地下管線產生影響。除此之外，佘遠健等指出，土層特性也是預制管樁支護的重要影響因素。土體強度非常低時，預制管樁無法打入持力層，因此其支護效果將受到影響；當土體強度非常高時，預制管樁可能存在無法打入、斷樁等工程問題，這也將對預制管樁的支護效果產生影響。因此，在設計采用預制管樁進行基坑支護時，應充分考慮預制管樁的在土層中的狀況。隨著預制管樁在支護工程中的應用逐漸推廣，因此需要充分了解預制管樁在支護工程中的優勢和劣勢，便于選擇合適的支護方案。為此，本文結合某預制管樁支護工程和相關文獻，詳細討論了預制管樁在支護工程中的應用特點。

2管樁支護的應用優勢

2.1施工速度快，效率高

預制管樁不同于傳統的鉆孔灌注樁，預制管樁的加工和制作往往是在工廠中完成的。首先，預制管樁的設計人員會按照工程中需要的管樁的力學特性，對預制管樁的鋼筋結構和澆筑材料進行設計。然后通過機械化生產的方式完成預制管樁的制作。在此之后，由于是在工廠中進行養護，因此為了節省時間成本，企業一般會選擇高壓釜進行養護，通過高溫高壓的方式加速預制管樁強度的形成，這將節省大量的時間成本。然后，已經形成強度的預制管樁通過貨車運送至施工現場。在施工現場，通過沉樁的方式進行預制管樁的沉樁。而在傳統的鉆孔管樁樁施工過程中，需要現在樁體位置沉孔，然后下放鋼筋籠，最后才能完成混凝土結構的澆筑。期間，鉆孔需要占用一定的施工時間。而澆筑完成后的混凝土形成強度也需要大量的時間。這就導致預制管樁作為支護樁使用時將占用大量的時間成本。

2.2施工現場環境好

相比于傳統的鉆孔灌注樁，預制管樁的施工機械化、自動化程度高，極大地降低了施工人員的工作負載，間接提高了施工效率。同時，在采用預制管樁支護的項目上，泥漿池等污染性的配套設施較少，施工現場不容易出現污水橫流等現象，給施工人員創造了較好的施工環境。

2.3管樁設計較為成熟

早在上世紀50年代的時候，我國就開始了離心式預制管樁的生產。經過了10年左右的發展，有研發出了直徑550mm的后張法預應力混凝土管樁。而后，得益于科技的發展，成功實現了先張法在預制管樁中的應用。經過了20年的發展，以及從日本引進的先進技術，我國在預應力管樁上的發展有邁出了一大步，成功生產出了直徑600mm及以上的大直徑預應力混凝土管樁。經過10年的經驗積累和技術評估。在1993年正式實施了第一部關于預制管樁的國家級預制管樁設計規范《先張法預應力混凝土管樁》。進入20世紀以來，預制樁技術快速發展，在2002年底，已經可以實現異性結構預制管樁的研制；2004年又成功實現了預制高強混凝土薄壁鋼管樁的制備。發展至今，預制管樁的生產技術已經有了長足的發展，不僅突破了截面形狀、截面尺寸的限制，同時突破了強度的限制，各種高強、高性能的預制管樁層出不窮，且對應的管樁生產廠家、配套的生產設施都較為齊全。

2.4施工設備齊全

作為支護樁使用的預制管樁施工裝置與傳統的預制管樁施工裝置完全相同，施工技術已經成熟，配套設施種類齊全，因此，預制管樁的沉樁質量可以保證。

2.5參考案例豐富

目前，已有較多的采用預制管樁進行支護的基坑工程，可以參考的工程案例較多，比如無錫會展中心“預制管樁+內支撐”的基坑支護工程，珠海西部中心城區等國家有標準圖集。

3管樁支護的設計考慮

3.1基坑深度

考慮到預制管樁的運輸，管樁的樁體長度是有限的，一般控制在15m左右。對于某些超深的基坑支護工程而言，需要進行接樁處理。而接樁部位的樁體抗彎承載力較弱，容易發生剪切破壞，因此，當預制管樁應用于支護結構時，一般僅采用單樁，這就使得預制管樁僅適用于開挖深度較小的基坑。

3.2施工工期

對于一些施工工期較短，離開居民住宅附近的工程。優先考慮采用預制管樁進行支護，因為預制管樁節省了混凝土強度形成時間，施工速度快，可以節約施工周期。

3.3土體強度要求

采用預制管樁進行支護的基坑工程中，基坑坑底以下應具有一層厚度較厚、強度較高的土體。因為管樁需要依靠該土體提供被動土壓力，以抵消基坑外側產生的主動土壓力。如果被動區土質較差，管樁將會發生傾斜，從而影響基坑的支護效果，甚至引發破壞。

3.4土體均勻性要求

當支護場地以下存在大量的孤石、土體強度離散性較大時，預制管樁沉樁過程中容易出現斷樁、傾斜等施工質量問題，這將影響基坑的支護效果，甚至引發基坑坍塌，設計中要慎用。

4預制管樁施工注意事項

4.1對周邊環境的影響

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

4.2對已有工程樁的影響

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

4.3沉樁質量控制

在沉樁過程中，受場地土層非均勻分布的影響，當樁體遇到堅硬的孤石時，容易出現傾斜、斷樁等問題，這些質量問題將會影響預制管樁對基坑變形的控制效果。因此，在預制管樁沉樁過程中，應嚴格控制施工質量，以保證管樁基坑支護結構的安全性。

4.4樁間土保護

在采用預制管樁進行支護的基坑施工過程中，基坑開挖后，應及時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生開裂等問題，從而影響基坑的支護效果。如圖2（a）所示，基坑開挖后未及時保護，導致樁間土開裂，影響了樁土接觸面。因此，為了保證預制管樁基坑的支護效果，應及時采用掛網噴漿的方式進行保護，其效果如圖2（b）所示。

4.5位移監測

當基坑支護結構采用預制管樁時，應嚴格監測基坑開挖過程中的水平、豎向變形。防止基坑變形過大對基坑支護結構的穩定和周邊已有建筑道路或地下管線產生影響。

5結論

預制管樁作支護雖然有很多局限性，但在很多地方可以作為一種基坑支護選項，充分利用預制管樁優勢，提高速度，降低造價，其在支護工程中的應用優勢及施工重點具體包括如下幾點：（1）預制管樁的應用優勢主要包括施工速度快、效率高，施工現場環境好，設計理論成熟，施工設備齊全，參考案例豐富。（2）預制管樁的設計考慮主要包括基坑深度，施工工期，土體強度和均勻性要求。（3）預制管樁的施工注意事項主要包括對周邊環境的影響，對已有工程樁的影響及沉樁質量的控制，基坑開挖過程中位移監控。

參考文獻

[1]蔡磊，梁世德，顧明，等.預制高性能混合配筋預應力混凝土管樁在某深基坑支護中的應用[J].工程勘察，2018，46（12）：25-29.

[2]趙升峰，黃廣龍，馬世強，等.預制混凝土支護管樁在深基坑工程中的應用[J].巖土工程學報，2014，36（S1）：91-96.

[3]姜洪峰.管樁基坑支護關鍵技術研究[D].吉林建筑大學，2018.

[4]毛貞美.樁基礎生命周期能源消耗及環境影響評價[D].浙江大學，2013.

[5]肖立平.合肥地區老粘土剪脹特性研究[D].合肥工業大學，2018.

[6]佘遠健.預應力管樁加內支撐技術在深基坑支護中的應用[J].工程建設與設計，2020（8）：27-28.

[7]謝秋明，李學輝.PHC600管樁穿透砂層、圓礫層錘擊施工淺談[J].西部探礦工程，2020，32（5）：24-27.

[8]李亮輝.深厚軟土地區錘擊管樁施工對周邊環境影響分析及處理措施[J].土木工程與管理學報，2019，36（4）：114-118.

作者：陳保生 單位：鎮江市丹徒區建設投資有限公司