PC組合管樁在大型基坑圍護中作為圍護分區的應用

張龍彪

上海建工四建集團有限公司 上海 201103

PC組合管樁相對于傳統的圍護樁，是一種較為新型的工藝，主要是以鋼管樁＋拉森鋼板樁組合使用形成圍護壩體，具有強度高、穩定性好、止水效果好、可重復周轉使用等諸多特點，廣泛應用在圍護體系中[1-4]。在本工程中，作為圍護分區的壩體樁使用，優化了原圍護設計方案。

1 工程概況

本項目位于杭州市余杭地區，主要由7個3～7層的辦公樓單體和1個地下2層停車庫組成，總建筑面積約為42萬 m2，地下建筑面積為23萬 m2，地上建筑面積為19萬 m2。

本工程周邊環境較為復雜，分布著已建的商業園區、住宅小區及學校等建（構）筑物。同時，項目四周均為城市主干路，北側主干道路距離基坑較近，約為19 m，道路下方分布有地下管線，埋深約1 m，包括煤氣、雨水、電力、通信等各類市政管線。

本工程基坑面積約12萬 m2，基坑周長約1 500 m，開挖深度約為9 m。圍護體系主要是φ900 mm鉆孔灌注樁（局部區域為雙排）加φ850 mm三軸水泥土攪拌樁止水帷幕體系，基坑東側設置1道鋼筋混凝土對撐?；又胁坎捎秒p排鉆孔灌注樁（雙排中間采用三軸水泥土攪拌樁填充加強），樁后采用三軸水泥土攪拌樁進行被動區加固，同時，設置1道混凝土斜撐連接圍護壩體與地下1層結構樓板?；铀慕蔷O置1道混凝土角撐。具體的圍護情況如圖1、圖2所示。

圖1 基坑圍護平面布置

圖2 中部斜撐區圍護典型剖面

根據地質勘察報告，本工程由上而下主要有：填土層、淤泥質黏土層、粉質黏土層及砂質粉土層等構成。其中，由于工程地處杭州西溪濕地附近區域，所以②1層及③層均為淤泥質黏土層，層厚約為14 m且分布不均勻，為本工程的主要土質軟弱層。

本工程涉及地下水主要以孔隙潛水為主，埋深1.2～6.0 m，由于基坑西側土層以淤泥質土為主，透水性較差，故不考慮設置降水井，基坑東側淤泥質土層較薄，砂質粉土層較厚，故設置疏干井進行降水。

2 圍護方案調整的背景

本工程在完成中部被動區土體加固后進行實體取芯檢測發現，其抗壓強度為0.3～0.5 MPa，不滿足設計值1.0 MPa的要求，這將大大增加基坑開挖后圍護體變形的風險。經過論證，發現在淤泥質土層中進行三軸水泥土攪拌樁加固難以達到設計值1.0 MPa的要求。所以，需要在原圍護方案的基礎上進行優化調整，既要滿足施工工期，又要減少該區域基坑開挖后的變形風險，經過方案論證，最終采用在原有基坑圍護的基礎上，另設置圍護分區的方式來解決此問題。

3 圍護分區方案選型

針對本工程中部圍護區段的分區設計需求，在方案確認階段，擬采用2種圍護設計方式進行分析選型：

1）采用鉆孔灌注樁設置圍護分區：在中部區域基坑內另設置1排鉆孔灌注樁＋三軸水泥土攪拌樁，同時，將原設計的混凝土斜撐改為水平支撐形成圍護分區。分區內土體先行開挖，樁后50 m范圍的土體作為反壓土進行保留。待分區內換撐施工完成后，再進行拆除并施工其余區域。

2）采用PC組合管樁設置圍護分區：相較于傳統的圍護樁，PC組合管樁是一種較為新型的工藝，主要是以鋼管樁＋拉森鋼板樁組合使用形成圍護壩體，具有強度高、穩定性好、止水效果好、可重復周轉使用等諸多特點。在設置圍護分區的工況下，將鉆孔灌注樁＋三軸水泥土攪拌樁形式改為PC組合管樁，其余工況及做法與第1種方案相同。

從設置圍護分區的方式來看，其將大大增加圍護體的安全性，由于分區內土方先行開挖，加快了中部區域圍護側地下結構的施工速度，更早地完成換撐并減少圍護體暴露時間，對控制圍護體變形極為有利。

以材料性能及經濟性指標來分析，由于PC組合管樁是可重復利用的材料，相比鉆孔灌注樁這種一次性的投入，其租賃使用成本將大大降低。同時，PC組合管樁施工速度快，且不需要進行養護，大大加快了施工進度。綜合考慮，最終采用PC組合管樁來設置圍護分區。

4 PC組合管樁施工

4.1 圍護分區概況

PC組合管樁采用φ630 mm×14 mm鋼管樁＋拉森Ⅳ鋼板樁設置圍護分區，拉森Ⅳ鋼板樁采用小企口施口，PC工法組合管樁體系兼作止水帷幕。鋼管樁長16 m的有432根、長18 m的有51根；拉森Ⅳ鋼板樁長9 m，共533根。

鋼管樁上部設鋼筋混凝土壓頂梁，利用原設計的立柱樁形成1道混凝土水平支撐，PC組合管樁樁后50 m范圍內的土體在圍護分區開挖時作為反壓土進行保留。

基礎底板斜撐換撐采用400 mm×400 mm×13 mm×21 mm@4 000 mm的雙拼型鋼進行設置，型鋼之間采用1 000 mm×200 mm×12 mm@2 000 mm的綴板進行焊接連接。同時，在混凝土圍檁與基礎底板內均設置鋼板預埋件，斜撐與預埋件焊接連接。調整后的圍護平面與剖面如圖3、圖4所示。

圖3 調整后的基坑圍護平面布置

圖4 圍護分區典型剖面

4.2 施工流程

場地平整→測量放線→開挖溝槽→鋼管樁定位→PC組合管樁起吊→定位校準→振動錘送樁→壓頂梁與分壩內支撐梁施工→分區內地下結構施工→支撐與壓頂拆除→PC組合管樁拔除

4.3 吊裝施打

在吊裝施打前，開挖定位溝槽，在溝槽內平行放置1根φ630 mm×14 mm定位鋼管樁，規格為鋼管，長約16 m，用點焊進行相互連接固定，以此作為后續PC組合管樁的定位控制。

施工設備采用80 t汽車吊配合28RF型電動振動錘進行沉樁施工，整體施工流向為由西向東進行吊裝施打（圖5）。施工過程中，通過控制吊機吊樁狀態、經緯儀前方交會、控制沉樁速度等方式來控制沉樁垂直度。同時，首根樁的垂直度控制尤為重要，直接影響后續所有樁的施工，所以應更加慢沉并謹慎施工。

圖5 PC組合管樁插打流向示意

4.4 排樁的合攏

PC組合管樁施打至末尾或垂直交接段時，將出現合攏區域的尺寸偏差與垂直度問題，采用標準尺寸化的管樁與拉森鋼板樁將無法順利合攏。需通過精準的計算測量，定型化加工最后合攏段的鋼管鎖扣，并將此根管樁最后用于現場合攏施工。同時，為減少最后的合攏難度，在施工過程中，當距離最后合攏位置大概15個樁位范圍時，每打入1根樁均采用經緯儀控制其垂直度，通過這15根樁進行逐根糾偏，最后順利完成合攏施工。

4.5 壓頂梁與支撐梁施工

在PC組合管樁施工完成后，即可分段進行混凝土壓頂梁與支撐梁的綁扎與混凝土澆筑。按照設計要求，鋼板樁與鎖扣需錨入壓頂梁內50 mm以上，才能確保壓頂梁底部的止水效果。同時，需對壓頂梁與支撐梁的梁主筋進行優化處理，防止出現碰撞管樁導致無法穿過的情況。

4.6 拔樁施工

圍護分區內基礎底板達到設計強度，同時，斜撐換撐施工完成后即可拆除分區內水平支撐，而后拔除PC組合管樁。由于PC組合管樁樁后50 m范圍內留土影響拔樁施工，所以在拔樁施工前，須將管樁樁后土體卸載至基底面上1.5 m，卸載形式按1∶2進行放坡卸載，最后進行圍護樁的拔除工作。拔樁前，另采用鎬頭機先將混凝土壓頂梁破碎鑿除，而后采用汽車吊配合振動錘將PC組合樁逐步進行拔除。拔樁施工采用跳拔的方式，即先拔除相鄰的拉森鋼板樁，而后再拔除管樁。遇到拔除困難時，應輔助采取左右晃動、上下反復插拔，或沿樁身注水濕潤等措施來減少阻力，直至將樁順利拔除。

5 圍護分區內地下結構施工

5.1 后澆帶分塊

南北兩側圍護分區內地下室結構東西向總長約為200 m，按照后澆帶進行劃分，將基礎底板與地下室分為5塊進行施工（圖6、圖7），每塊區域東西向長度約為40 m。通過此種劃分方式，可以盡量縮小每分塊土方開挖的面積，進而減少對應區域圍護體一次性的暴露長度，同時也加快了每分塊的墊層及底板的完成時間，有利于圍護分區內的對撐快速形成，增加了圍護分區基坑開挖的安全性，減少了最終的基坑變形情況。

圖6 北側分區結構分塊示意

圖7 南側分區結構分塊示意

5.2 地下室結構施工流程

各分區內基礎底板與地下室結構的施工流程均按照1區→2區→3區的順序進行施工。1區土方先行開挖并澆筑混凝土墊層，待1區基礎底板及型鋼斜撐換撐安裝完成后，才能開挖2區的土方。同樣地，2區基礎底板及型鋼斜撐換撐安裝完成后，最后開挖3區土方并施工余下結構。待3區基坑底板及換撐完成后，即可拆除圍護分區內的混凝土水平支撐，而后進入拔樁施工工序。

6 實施效果分析

本工程圍護方案優化后采用PC組合管樁設置圍護分區的設計方式，順利地解決了原先被動土加固不滿足設計要求的難題，使分區內的地下室結構可以先行施工，加快了此部位的施工進度。同時，通過合理地設置后澆帶對分區內地下室結構進行劃分，由兩側向中間慢慢推進施工，大大減少了分區土方開挖時圍護壩體的暴露時間，進而減少了基坑變形量。從最終的基坑變形數據上來看，該區域圍護體最大變形量均未超報警值，保證了基坑安全。同時，依托PC組合管樁良好的止水效果，樁間也未出現滲漏水情況。

另外，由于圍護分區存在的時間較短，即從PC組合管柱施打開始至分區內基礎底板與斜撐換撐完成就可以拆除。在杭州地區這種軟土土層內，PC組合管樁本身的施打速度與拔除速度都非?？?，整體PC組合管樁圍護結構在較短的時間內即可完成施工與后續的拔除工作，大大加快了施工進度，減少了PC組合管樁的材料租賃時間，相比于傳統的無法回收的圍護體系，其在節約成本方面也取得了較大的成效。

7 結語

基于本工程最后的實施效果來看，采用PC組合管樁作為圍護分區的壩體樁使用是非常成功的一種設計方式，不僅加快了施工進度，也節約了施工成本。根據現場實際情況來看，特別適用于類似杭州地區這種軟土、淤泥質土層。本工程的成功實施，為后續類似土層地區的圍護工程提供了新的設計思路，相信其定將在未來應用得更為廣泛。