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基坑支护工程管桩应用优势及施工重点

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基坑支护工程管桩应用优势及施工重点

[摘要]近年来,随着国家对建筑产业化生产的推广,预制管桩逐渐被应用于基坑支护工程。然而,预制管桩在支护工程中的应用优势施工重点尚不明确,因此,本文结合某预制管桩基坑支护工程,研究了管桩在支护工程中的应用优势、设计考虑和施工重点。

1引言

近年来,随着建筑产业化生产的推广及人民环保意识的增强,预制管桩作为一种可靠的、环保的支护结构,在基坑工程、挡土墙工程、边坡工程中逐渐得到应用和发展[1,2]。在施工过程中,预制管桩常采用静压法或锤击法打入土层。与传统的现浇钢筋混凝土结构相比,预制管桩在桩身质量、施工速度及环境保护等方面的优势非常明显。姜洪峰等[3]的研究结果表明,预制管桩在生产时的场地条件、工艺设施、质量控制标准远高于现场浇筑的钢筋混凝土管桩,因此,预制管桩的桩身质量较好。在施工速度方面与砼钻孔灌注桩相比较,现场浇筑的钻孔灌注桩需要经历成孔、浇筑、养护三个阶段,其中,混凝土强度逐渐形成的过程将占用宝贵的工程时间,降低工程收益。而预制管桩在工厂中已经形成强度,运输至工地后就可直接沉桩,能够明显减少基坑支护结构的施工时间。在环境保护方面,预制管桩的施工是干作业施工[4],无须泥浆池等污染性设施,相比于钻孔灌注桩的施工,施工现场的环境较好。预制管桩的施工优势很明显,但其在施工过程中的劣势也不容忽视。肖立平等[5]研究成果表明,预制管桩在沉桩过程中将会产生严重的“挤土效应”。预制管桩沉桩时,土体受到挤压变形,桩周土体的力学特性发生改变,并产生了明显的变形,且这种影响随着沉桩密度的增加而增大。“挤土效应”的存在将会对既有工程桩、周边建筑、地下管线产生影响。除此之外,佘远健等指出,土层特性也是预制管桩支护的重要影响因素。土体强度非常低时,预制管桩无法打入持力层,因此其支护效果将受到影响;当土体强度非常高时,预制管桩可能存在无法打入、断桩等工程问题,这也将对预制管桩的支护效果产生影响。因此,在设计采用预制管桩进行基坑支护时,应充分考虑预制管桩的在土层中的状况。随着预制管桩在支护工程中的应用逐渐推广,因此需要充分了解预制管桩在支护工程中的优势和劣势,便于选择合适的支护方案。为此,本文结合某预制管桩支护工程和相关文献,详细讨论了预制管桩在支护工程中的应用特点。

2管桩支护的应用优势

2.1施工速度快,效率高

预制管桩不同于传统的钻孔灌注桩,预制管桩的加工和制作往往是在工厂中完成的。首先,预制管桩的设计人员会按照工程中需要的管桩的力学特性,对预制管桩的钢筋结构和浇筑材料进行设计。然后通过机械化生产的方式完成预制管桩的制作。在此之后,由于是在工厂中进行养护,因此为了节省时间成本,企业一般会选择高压釜进行养护,通过高温高压的方式加速预制管桩强度的形成,这将节省大量的时间成本。然后,已经形成强度的预制管桩通过货车运送至施工现场。在施工现场,通过沉桩的方式进行预制管桩的沉桩。而在传统的钻孔管桩桩施工过程中,需要现在桩体位置沉孔,然后下放钢筋笼,最后才能完成混凝土结构的浇筑。期间,钻孔需要占用一定的施工时间。而浇筑完成后的混凝土形成强度也需要大量的时间。这就导致预制管桩作为支护桩使用时将占用大量的时间成本。

2.2施工现场环境好

相比于传统的钻孔灌注桩,预制管桩的施工机械化、自动化程度高,极大地降低了施工人员的工作负载,间接提高了施工效率。同时,在采用预制管桩支护的项目上,泥浆池等污染性的配套设施较少,施工现场不容易出现污水横流等现象,给施工人员创造了较好的施工环境。

2.3管桩设计较为成熟

早在上世纪50年代的时候,我国就开始了离心式预制管桩的生产。经过了10年左右的发展,有研发出了直径550mm的后张法预应力混凝土管桩。而后,得益于科技的发展,成功实现了先张法在预制管桩中的应用。经过了20年的发展,以及从日本引进的先进技术,我国在预应力管桩上的发展有迈出了一大步,成功生产出了直径600mm及以上的大直径预应力混凝土管桩。经过10年的经验积累和技术评估。在1993年正式实施了第一部关于预制管桩的国家级预制管桩设计规范《先张法预应力混凝土管桩》。进入20世纪以来,预制桩技术快速发展,在2002年底,已经可以实现异性结构预制管桩的研制;2004年又成功实现了预制高强混凝土薄壁钢管桩的制备。发展至今,预制管桩的生产技术已经有了长足的发展,不仅突破了截面形状、截面尺寸的限制,同时突破了强度的限制,各种高强、高性能的预制管桩层出不穷,且对应的管桩生产厂家、配套的生产设施都较为齐全。

2.4施工设备齐全

作为支护桩使用的预制管桩施工装置与传统的预制管桩施工装置完全相同,施工技术已经成熟,配套设施种类齐全,因此,预制管桩的沉桩质量可以保证。

2.5参考案例丰富

目前,已有较多的采用预制管桩进行支护的基坑工程,可以参考的工程案例较多,比如无锡会展中心“预制管桩+内支撑”的基坑支护工程,珠海西部中心城区等国家有标准图集。

3管桩支护的设计考虑

3.1基坑深度

考虑到预制管桩的运输,管桩的桩体长度是有限的,一般控制在15m左右。对于某些超深的基坑支护工程而言,需要进行接桩处理。而接桩部位的桩体抗弯承载力较弱,容易发生剪切破坏,因此,当预制管桩应用于支护结构时,一般仅采用单桩,这就使得预制管桩仅适用于开挖深度较小的基坑。

3.2施工工期

对于一些施工工期较短,离开居民住宅附近的工程。优先考虑采用预制管桩进行支护,因为预制管桩节省了混凝土强度形成时间,施工速度快,可以节约施工周期。

3.3土体强度要求

采用预制管桩进行支护的基坑工程中,基坑坑底以下应具有一层厚度较厚、强度较高的土体。因为管桩需要依靠该土体提供被动土压力,以抵消基坑外侧产生的主动土压力。如果被动区土质较差,管桩将会发生倾斜,从而影响基坑的支护效果,甚至引发破坏。

3.4土体均匀性要求

当支护场地以下存在大量的孤石、土体强度离散性较大时,预制管桩沉桩过程中容易出现断桩、倾斜等施工质量问题,这将影响基坑的支护效果,甚至引发基坑坍塌,设计中要慎用。

4预制管桩施工注意事项

4.1对周边环境的影响

(1)在管桩沉桩过程中,土体受到桩体的挤压而产生变形,这种变形会对周边的建筑、地下管线产生影响。李亮辉[8]的研究结果表明,沉桩过程中将会使基坑周边的道路产生开裂,如图1所示。(2)管桩沉桩还要注意防止挤土效应对地下管道、邻近建筑物的不利影响。

4.2对已有工程桩的影响

除了对基坑外侧道路、房屋、管线的影响之外,预制管桩沉桩对已有工程桩的影响也不可忽略,尤其是对工程桩垂直度、桩身承载力的影响。受沉桩“挤土效应”影响,原有的建筑基础桩产生了水平方向的偏移,这将对桩身的受力特性产生重要影响,产生偏心荷载,从而对上部建筑的安全性产生影响。

4.3沉桩质量控制

在沉桩过程中,受场地土层非均匀分布的影响,当桩体遇到坚硬的孤石时,容易出现倾斜、断桩等问题,这些质量问题将会影响预制管桩对基坑变形的控制效果。因此,在预制管桩沉桩过程中,应严格控制施工质量,以保证管桩基坑支护结构的安全性。

4.4桩间土保护

在采用预制管桩进行支护的基坑施工过程中,基坑开挖后,应及时通过喷锚等方式处理桩间土体,避免桩间土体在日晒雨淋作用下产生开裂等问题,从而影响基坑的支护效果。如图2(a)所示,基坑开挖后未及时保护,导致桩间土开裂,影响了桩土接触面。因此,为了保证预制管桩基坑的支护效果,应及时采用挂网喷浆的方式进行保护,其效果如图2(b)所示。

4.5位移监测

当基坑支护结构采用预制管桩时,应严格监测基坑开挖过程中的水平、竖向变形。防止基坑变形过大对基坑支护结构的稳定和周边已有建筑道路或地下管线产生影响。

5结论

预制管桩作支护虽然有很多局限性,但在很多地方可以作为一种基坑支护选项,充分利用预制管桩优势,提高速度,降低造价,其在支护工程中的应用优势及施工重点具体包括如下几点:(1)预制管桩的应用优势主要包括施工速度快、效率高,施工现场环境好,设计理论成熟,施工设备齐全,参考案例丰富。(2)预制管桩的设计考虑主要包括基坑深度,施工工期,土体强度和均匀性要求。(3)预制管桩的施工注意事项主要包括对周边环境的影响,对已有工程桩的影响及沉桩质量的控制,基坑开挖过程中位移监控。

参考文献

[1]蔡磊,梁世德,顾明,等.预制高性能混合配筋预应力混凝土管桩在某深基坑支护中的应用[J].工程勘察,2018,46(12):25-29.

[2]赵升峰,黄广龙,马世强,等.预制混凝土支护管桩在深基坑工程中的应用[J].岩土工程学报,2014,36(S1):91-96.

[3]姜洪峰.管桩基坑支护关键技术研究[D].吉林建筑大学,2018.

[4]毛贞美.桩基础生命周期能源消耗及环境影响评价[D].浙江大学,2013.

[5]肖立平.合肥地区老粘土剪胀特性研究[D].合肥工业大学,2018.

[6]佘远健.预应力管桩加内支撑技术在深基坑支护中的应用[J].工程建设与设计,2020(8):27-28.

[7]谢秋明,李学辉.PHC600管桩穿透砂层、圆砾层锤击施工浅谈[J].西部探矿工程,2020,32(5):24-27.

[8]李亮辉.深厚软土地区锤击管桩施工对周边环境影响分析及处理措施[J].土木工程与管理学报,2019,36(4):114-118.

作者:陈保生 单位:镇江市丹徒区建设投资有限公司