预应力混凝土管桩（后张法）在深基坑支护中的应用.pdf

第 2 2 卷第 1 期 2 0 0 8年2 月 土 工 基 础 S o i l En g a n d Fo u n d a t i o n V_0 1 2 2 No 1 F e b 2 0 08 预应力混凝土管桩 ( 后张法 ) 在 深基坑支护 中的应 用 李 超 ， 卫龙武 ( 1 东南大学土木工程学院 南京 2 1 0 0 9 6 ；2 江苏东大特种基础工程有 限公 司， 南京 2 1 0 0 0 8 ) 摘要 ：利用预应力混凝土管桩抗弯性能较高 以及施 工方便 、 环保 的特点 ， 将其应用 于基坑支护工程 中。结合工程 实例 ， 探讨 了这种桩型在基坑 支护 中的设计 与施 工要 点 。 关键词 ：预应力管桩 ， 基坑 ， 支护 中图分类号 ：T U4 7 3 文献标识码 ：B 文章编号 ：1 0 0 4 3 1 5 2 ( 2 o o 8 o l 一 0 0 2 6 0 4 建设 部 自 1 9 9 3年起 ， 已将 “ 高 强 度 预 应 力混 凝 土管桩” 列入重点推广项 目。特别是近十多年来 ， 这 种桩以其质量可靠、 强度高 、 耐打性强、 施工场地文 明等诸多优点 ， 在许 多基 础工程 中得 到广泛应用 。 但直 到 目前 为止 ， 这 种 桩 在 深基 坑 工 程 中的应 用 还 不 多见 ， 针对 这 一 问题 的 研 究 也 比较 少n 。作 为一 种尝试 ， 本文提出采用后张法预应力混凝土管桩作 为基坑工程中的支护结构 ， 并结合工程实例对后张 法 预应 力混凝 土 管 桩 的设 计 与 施 工 作 了 有益 探 讨 ， 可供 类似 工程 参考 。 1 工程 概 况 该 工 程 为城 市 快 速 内环 线 二期 工 程 某标 段 ， 为 隧道 引道部 分 ， 隧道 结 构 随 深 度 不 同采 用 敞 口式 和 箱 体 式 。标 段位 于 城 市南 北 向 主干 道 上 ， 基 坑 开挖 深度 为 7 0 m 1 2 5 m 不 等 。城 市 道 路 两侧 分 布 有各种 建筑 ， 其 中还 有文 物 保 护 建 筑在 内 。地 下城 市管线 已由建设单位 、 承包单位先行移位 ， 根据城市 交通 分流 方案 以及 施 工 需 要 ， 该 工程 先 作 基 坑 支 护 后， 再开挖施作主体结构 。 根 据岩 土 工 程勘 察 报告 ， 该标 段 的 工程 地 质 和 水文 地质 条件 如下 ： 拟 建场 地 内主要 为 城 市 交通 道 路 ， 目前场 地 平 坦 ， 但 局 部经人 类 活 动 改造 ， 杂填 土 较 厚 ， 在 基 坑 支 护结 构深 度 内的 主要 土层 分 布从 上 到 下 分别 为 ( 一 1 ) 杂填土、 ( 一2 ) 素填土 、 ( 一3 ) 淤泥质土； ( 一 1 ) 亚粘土 、 ( 一2 ) 淤泥质亚粘土 ； ( 一1 ) 亚粘 收稿 日期 ：2 0 0 6 1 0 1 7 作者简介 ： 李超 ， 男 ， 1 9 8 2年生 ， 硕士研究生， 安徽濉溪 ， 岩土工程专 业。 土 、 ( 一2 ) 亚砂 土 粉 细砂 、 ( 一3 ) 细砂 中砂 。 场地 内地下水位主要为浅层潜水型， 赋存 于 层人工填土及新近沉积的层土体中， 水量丰富， 透 水 性不 均 ， 层 为相 对隔 水层 ， 属微 一不透水 层 。勘 察期 间地下初见水位在地面以下 1 3 m3 2 r i l ， 潜 水 水位 埋 深为 地面 下 1 5 m3 9 I I 1 ， 年 变 幅在 0 5 r i l 芹 右 。 2 基坑 支护方案设计 本 工程 采用 预应 力 混凝 土管 桩 ( 后张法 ) 加 内支 撑的方案作为支护结构， 同时在管桩问设置旋喷桩 作为止水帷幕， 基坑顶部设置圈梁以增加支护结构 的整体刚度 。 。 预应 力混 凝土 管桩 均 采 用 外径 1 2 0 0 mm， 内径 9 2 0 mm， 桩 间距 1 4 0 0 mm， 混 凝土 等级 C 6 0 ， 预应 力 钢 筋采 用热 轧螺 纹 筋 ， 并 通 过 螺 旋直 纹 套 筒 连 接加 长 。混 凝土 管 桩采 用 工 厂 化分 段 预 制 ， 分 为桩 尖 段 和标 准 段两 种 ， 每节桩 长 4 m。桩 尖 与桩 身 、 桩身 与 桩 身 连接处 均 由环 氧砂 浆或 结构 胶 、 定位销 连接 ， 再 经预应力筋张拉后形成整体大直径预应力管桩 。详 见 预应 力 管桩 横截 面示 意 图 1 和 桩身 剖 面图 2 。 由于基 坑 开挖 深度 由 7 0 m1 2 5 r i l 不等 ， 所 以本 段预应 力 管桩 总桩 长 分 别 设 计 为 2 O r i l 、 2 4 r i l 、 2 8 r i l 三种 ， 既 满 足 工程 需 要 ， 又 不 造 成 浪 费 。根 据 基 坑 深度 的不 同本 标 段 分 为 三 种 内 支撑 方 式 ： 单 层 支撑加支护管桩、 双层支撑加支护管桩和三层支撑 加支护桩 。内支撑采用两种类型 ， 一种是 8 0 0 6 0 0 维普资讯 http:/ 第 1期 李超等 ： 预应力混凝土管桩 ( 后张法) 在深基坑支护 中的应用 2 7 钢筋 混凝 土 梁 端 部 采 用 八 字 型 支 撑 ， 一 种 是 2 x O 6 1 0 1 2钢管支撑 。详见图 3 。 环箍 中 内层7 7 纵筋 1 6 图 1桩段横截面 图 ， 一 - 中4 8 定 位 销( 凸) C n 上 定 三 、 r ， 一 、 40 00 L 图 2 桩段剖 面图 单层支撑加支护桩 多层支撑加盍 扣蚺 l 一 一 l 一 l _ - l I 一 一 蛳 # I 。 一 一 一 艘 r 器 一瓣 矿、 r x 霍： 一 一 登 鼠翥 一 _ r 一 型 垒 一 j 一 l l l l i 一 ； 中 1 2 0 o 1 4 0 0 预 应 力 管 桩 1 2 0 o 1 4 o o 预 应 力 管 桩 1 2 0 0 1 4 o ( 颤 应 力 管 柱 |中 1 2 o 0 ( 1 4 o o 预 应 。 管 鎏 生 r 图 3基坑支护 平面布 置图 单层 支撑 采用 钢 筋 混 凝 土 梁 ， 多层 支撑 第 一 层 采用 钢 筋混凝 土梁 其 它各层 采 用钢 管支 撑 。详见 图 4和 图 5。 追 龉 J 线 混 凝 土支 撑 梁 L 0 卜 主 体结 构 钢 管立 柱 r _一 一 一 27500 图 4 4 4剖 面 图 道 路 中心 线 P 一 地 厦 撮 搿 十 攫 0 主体结 构 0 0 l 钢 管 立 柱 J 钢 管 支 撑I 一 J ， - -_一 一 27500 T_ _ 1 图 5 5 5剖 面 图 预应 力管 桩在 顶部 通 过设 置 8 0 0 1 4 0 0的混凝 土 圈梁连 接为 一整 体 ， 以提 高管 桩整 体抗 弯性 能 。 与钻 孔 灌 注 桩 相 比 ， 预应 力 管 桩在 桩 身 强 度 和 抗弯性能上都高于前者 ， 而且在施工速度、 现场文明 整洁上又是钻孔灌注桩无法 比拟的。如采用 S MW 工法作为支护结构 ， 在工序上较繁琐 ， 刚度上也不如 预 应力 混凝 土 管桩 。本 工 程 范 围 内 的土 质 较 软 ， 分 别为软塑和流塑 ， 土压力较大 ， 有部分粉土 、 粉砂层 ， 这些都适于选用大直径预应力管桩 。 3 施 工 3 1 沉桩 前 准备 工作 ( 1 ) 打 桩前 应 认 真 做 好 障 碍 物 的清 除 ，预 先 开 槽探查地下 3 1 T I 以内土层 的市政管网， 做好管线 的 保护工作。施工场地应平整 ， 排水应畅通。 ( 2 ) 按照设计 图纸认真做好放 样定线及高程 的 引测工作， 现场必须设置两个以上的轴线控制点 ， 用 混凝 土保 护好 ， 并 引测 到 固定 构筑物 上 。 ( 3 ) 开工前应认真细致地向所 有参与施工的人 员进行技术交底 、 安全交底和分析在相应地质条件 维普资讯 http:/ 2 8 土 工 基 础 2 0 0 8 下 所 应采取 的措 施 。 ( 4 ) 开工前对进场的机械设备应作全面系统 的 检查工作， 做好各部位的保养和润滑 。 3 2 预 应 力管桩 主要 施工 工艺 与方 法 ( 1 ) 测放 桩位 开挖沟槽， 将现有路面及路基垫层局部开挖 ， 将 原路基下杂填土挖除 ， 清除地下障碍物， 深度一般为 2 m 左右 。根 据 引测 轴 线 及 基 准 点 ， 按 照设 计 图纸 进 行放 样 定 线 。放 样 后 及 时 提 供 出 测 量 放 样 复 核 单 ， 进行 复核 验收 ， 确认 无误 后 方可施 工 。 ( 2 ) 桩机 就位 将桩机移至打桩处， 移动过程中， 注意保护好标 示 桩位 的木 桩 。 ( 3 ) 安放 桩尖 对 中： 桩 尖长 4 m， 起 吊后用 线 锤 从桩 上端 中 心 垂下 ， 不断 调整 桩位 直 至线 锤 对准 定位 木桩 。 垂直 ： 调整桩位过程 中， 有专人负责架设经纬 仪 以控制 桩 的垂 直度偏 差小 于 0 5 3 。 固定 ： 用 弹性衬 垫如 硬木 、 木锲 等插 于 沟槽 两 侧 ， 固定桩身 。 ( 4 ) 沉桩 工艺方法 ： 预钻导孔施工 ， 即在桩位处预先引 孔 至设 计深 度 ， 孔 径 小 于 桩 径 。该 沉 桩 方 法 是介 于 挤土法和钻埋法两者之间 。应视环境和土质情况 ， 采用 引孔 、 打人 或 振动 沉桩 相 结 合， 引孔 孔 径 为 8 0 0 。此 方法 具 有 挤 土 量 可 调 整 、 沉 桩 容 易 、 垂 直 偏 差小 、 对周 边 环境影 响 小 、 缩 短工 期等 优点 。 本工 程上 部 为 淤 泥 质 亚粘 土 ， 沉桩 容 易 。下 部 有 一 层 一 1亚 粘 土 ， 硬 塑 ， 个 别 管 桩 下 沉 困 难 时， 可加大桩芯部的土体挖除 ， 引孔至桩底标高。 ( 5 ) 接 桩 、 预应力 筋 张拉 在接桩的过程 中， 使用定位销严格控制好垂 直定 位 ， 确保 张拉预 留孔 对位 准确 无偏 差 ， 同时注 意 接桩 处 的止水 连接 ； 接桩 采 用 环 氧树 脂 砂 浆或 结 构 胶进 行 连 接 ， 配合 比应通过实验确定 ， 应注意不使环氧砂浆或结 构 胶 流人张拉 孔 内影 响张 拉 钢 筋 的锚 接 ， 钢 筋连 接 套筒 周 围用木 锲 固定 。 张拉预应力筋时， 事先调整初应力 ， 使其相互 间的应力一致 。预应力筋张拉后 ， 与设计位置偏差 不得大 于 5 mm， 也 不得 大 于桩截 面 的 4 。 预应力 桩 顶 锚 人 圈 梁 内 1 0 0 mm， 桩 顶 预 留 同规格 张拉 钢筋 6 5 0 mm 锚人 盖梁 内【 5 。 ( 6 ) 止水旋喷桩、 圈梁施工 止水旋喷桩的施工要根据预应力管桩施工进度 分段循环施工 ， 并确保旋喷桩定位准确 ， 贯人深度达 到设计要求 ， 以确保止水效果 。待混凝 土管桩施工 完 毕再 施作 圈 梁 ， 以保 证 支护 结 构 的 整 体 性 。开 挖 时按照施工工序逐次施 作支撑 ， 混凝 土支撑梁要和 圈梁整体施工确保支撑梁的连接可靠性 ， 同时也要 做好支护桩上的钢围檩的施工确保连接可靠性E 。 3 3施工质 量控 制 ( 1 ) 管桩 ： 管桩的对 接应确保对位销连接准确 ， 预 留张 拉孔 准 确 ， 并 在 保 证 桩 的垂 直 度 小 于 0 5 的情 况 下方 可下 沉 。 ( 2 ) 管桩 在对 接 时 ， 应 在对 接面 满铺 环氧 砂浆 。 ( 3 ) 管壁 中高强度张拉钢筋的连接要采用配套 的高强度连接器连接， 连接点满灌硫磺胶泥或用电 焊 点焊 ， 确认 连 接牢 固后方 可继 续沉 桩 。 ( 4 ) 专职 质检 员 应 负 责 汇 总每 根 管 桩 自进 场 至 沉 桩完 毕各 检验 员提 供 的全部 资料 ， 便 于核查 。 ( 5 ) 管桩 预应 力 钢 筋 的 张 拉要 严 格 控 制 张 拉 应 力 ， 不得 超张 拉 ； 也 不 得欠 张拉 。 ( 6 ) 内支撑施加的轴力不应大于设计值的一半 ， 控 制支 撑 的稳定 性 。 3 4施工 中 的问题 以及 改进措 施 ( 1 ) 在分段沉桩时由于没有控制每节 的锤击数 ， 有 部分 管桩 出现 桩端 损坏 。经 分析 该段 地层 下部 存 在 一1亚粘 土 ( 硬 塑 ) 层 ， 施 工 达 到 该 处 沉 桩 比较 困难， 可在锤击时在桩端设置木板或 钢套筒保护桩 端 ， 并控制锤击数在 4 0 0次以内， 如仍未达到设计标 高 ， 可 重新 引孔 并加 大 引孔孔 径 。 ( 2 ) 预 应力 管 桩是 分 节 制 作 ， 分 段 沉 桩 ， 因而 对 桩 的垂 直度 要求 较 高 ， 施 工 中 出现 了 部分 沉 桩 垂 直 度 不 达标 。经分 析是 由于在 一2 5 m 一8 m 内为 砂层 ， 因引孔径过大而在沉桩时引起坍塌， 造成垂直 度难以控制 。可采取初始引孔孔径为 7 0 0 ， 并可两 节桩段预先连接后 同时沉桩， 这样既易于控制垂直 度 ， 又可 加快 施工进 度 。 ( 3 ) 由于 施工 开始 阶段 出现 了桩 端损 坏 ， 垂 直度 不够 等情 况 ， 使 得 施 工 进 度 变 慢 。此 外 在 施 工开 始 阶段也没有合理控制施工顺序。后改进为在打桩前 一 次性将第一节桩尖超前埋在桩位 ， 既保证了桩的 垂直度 ， 又大幅度提高了工效。把管桩沉桩 、 止水旋 喷桩施工和圈梁施工分段按顺序施作， 既节省时间 又 比较合理 。经过以上的改进 ， 施工进度加快 ， 可达 到 4根 天 。 4 结语 ( 1 ) 预应力混凝土管桩桩身强度高， 质量可靠 ， 维普资讯 http:/ 第 1 期 李超等 ： 预应力混凝土 管桩 ( 后 张法 ) 在深基坑支护 中的应用 2 9 施加 预应 力后 可 大 大提 高 管 桩 的抗 弯 能 力 ， 在适 宜 条件下作为支护结构是完全可行的。采用管桩不仅 能提高施工效率 ， 加快施工 进度 ， 施 工也较 文 明整 洁 。 ( 2 ) 采 用后 张 法施 加 预 应 力 ， 采 用 分 节 制 作 ， 分 段沉桩的施工工艺 ， 满足了同一工程 中不 同基坑支 护深度的要求 ， 增加了施工 的灵活性 。 ( 3 ) 大 直径 管桩 采用 预 钻导 孔沉 桩施 工 ， 最 大程 度 地 减少 了管 桩 的挤 土 效 应 ， 保 护 周 围环 境 免 受 扰 动 。由于采 用 多节 管 桩 连 接 ， 增 加 了支 护 结 构 的变 形量， 为了控制变形可增加内支撑 ， 它不仅能够满足 变形要求还能增加管桩的抗弯能力。 ( 4 ) 预应力管桩间设置旋喷桩止水 ， 起到 了很好 的止水 效果 。在 地下 水 丰富地 区选用 此支 护 方法会 收 到很 好 的效果 。 ( 5 ) 在工 程施 工结 束 隧道结 构 完成 覆 土恢 复前 ， 可 对部 分 预应力 大 直径 管桩 及用 来张 拉 的 级 螺纹 筋 、 连接 器 等进 行 回收 ， 以 降低成 本 。 参 考 文 献 E l i 黄广龙等 预应 力混凝土管桩在深基坑支护工程中的研究 J 建筑施工 ， 2 0 0 5 ， 2 7 ( 4 ) 2 龚晓南 深基坑工程设计施工手册I- M 北京 ： 中国建筑工业 出 版社 ， 1 9 9 8 3 建筑基坑支 护技术 规程 ( J G J 1 2 0 9 9 ) S 北京 ： 中 国建筑工 业 出版社， 1 9 9 9 4 混凝土结构设计规范 ( GB 5 0 0 1 0 2 0 0 2 ) E s 北京 ； 中国建筑工 业 出版社 ， 1 9 9 9 5 建筑桩基技术 规范 ( J G J 9 4 9 4 ) E s 北京 ： 中国建筑工 业出版 社 ， 1 9 9 4 6 赵志缙 ， 应惠清 简 明深基 坑工程设 计施工手 册 M 北京 ： 中 国建筑工业 出版社 ， 1 9 9 9 App l i c a t i o n o f Pr e s t r e s s e d Co n c r e t e Pi pe Pi l e - Po s t Te ns i o n M e t h o d - f o r Re t a i ni ng a n d Pr o t e c t i o n i n De e p Fo u n d a t i o n Ex c a v a t i o n LI Ch a o ，W EI Lo ng WU 。 ( 1 C o l l e g e o f C i v i l E n g i n e e r i n g ，S o u t h e a s t Un i v e r s i t y ， Na n j i n g J i a n g s u 2 1 0 0 9 6 ； 2 J i a n g s u D o n g d a S p e c i a l F o u n d a t i o n E n g i n e e r i n g Co ， L TD Na n j i n g J i a n g s u 2 1 0 0 0 8 ，C h in a ) Ab s t r a c t Du e t o t he pr o pe r t i e s of f l e xur a l pe r f or ma nc e，c o nv e ni e nt c ons t r uc t i on a nd e nv i r o nme nt a l pr ot e ct i o n，t he pr e s t r e s s e d c o n c r e t e p i p e p i l e i s u s e d f o r r e t a i n i n g a n d p r o t e c t i o n i n t h e f o u n d a t i o n e x c a v a t i o n Th e n c o mb i n e d wi t h a n e x c a v a t i o n c a s e 。t h e de s i gn a n d t he c ons t r uc t i on t e c hn ol og y o f i t a r e di s c us s e d Ke y wo r ds pr e s t r e s s e d c o nc r e t e pi pe p i l e，e x c a v at i o n，r e t a i ni n g a nd pr ot e c t i n g 维普资讯 http:/