基坑支护型后置横隔式预应力混凝土管桩施工技术.pdf

浙 江建筑 ， 第 2 9卷 ， 第 1 2期 ， 2 0 1 2年 1 2月 Z h e j i a n g C o n s t r u c t i o n，Vo 1 2 9，No 1 2，De c 2 0 1 2 基坑 支护型后 置横 隔式预应 力混凝土管桩 施工技术 Co n s t r u c t i o n Te c h n o l o g y o f Pit Su p p o r t i n g Ty p e P r e s t r e s s e d Co n c r e t e Pi p e Pi l e wi t h Po s t f ix e d Tr an s v er s e W a l l 孙 启 峰 S U N Q i -f e n g ( 嘉凯城集 团股份有限公司 ， 浙江 杭州 3 1 0 0 1 2) 摘要 ： 针对 预应力混凝土管桩应用于软土深基坑支护所存在 的缺点 ， 提 出了后置横 隔法( 接头 内芯短 桩结合钢翅 板及后 注 浆) 工艺 原理， 提高预应力管桩的抗弯承载力和整体共 同承载工作性 能 ， 并且列 出了施 工工艺流程和 主要 操作要点及 质量控 制措 施 ， 最后说明应用的关键 点和应用范 围。 关键词 ： 基坑支护型 ； 后 置横 隔式 ； 预应力混凝土管桩结构 中图分类号 ： T U 7 5 3 3 文献标志码 ： B 文章编号 ： 1 0 0 83 7 0 7 ( 2 0 1 2 ) 1 2 0 0 3 00 4 在软土深基 坑工程 中， 采用排桩结合支撑 ( 锚 杆 ) 结 构是 常见 的 支护 方 法 之一 。排 桩 常 用 钻孑 L 灌 注桩 或预 应 力 混 凝 土 管 桩 以及 型 钢 水 泥 土 搅 拌 桩 ( S MW 工法 桩 ) 等 。预 应 力 管 桩 具 有 桩 身 强 度 高 、 单 位 承载 力价 格便 宜 ， 即性 价 比经 济 、 施 工 速 度快 、 工效 高 ， 以及 机械 化 施 工程 度高 、 现 场 整 洁 、 无 环 境 污染 等诸 多优 点 。但 是 ， 采 用 预 应 力 混 凝 土管 桩 作 为基坑支挡结构 时， 亦存在诸多问题需要解决。其 中的主 要 问题是 如何 提高 预应力 管 桩 的抗 弯 承载力 和排桩 的整 体共 同工作 问题 ， 基坑 支 护 型 后 置横 隔 式 预应 力管 桩结 构 即在此 基础 上研 发而 成 。 1 预应力混凝土管桩 的工艺技术原理 1 1 提 高管桩 的抗 弯承 载 力原理 如何 在 提 高 管桩 极 限 弯矩 的 同时 ， 提 高抗 裂 弯 矩 ， 设 计 的弯矩 值 应 取 多 少合 理 。办法 之 一 是 在 管 桩 内部嵌 入配 筋混 凝 土 环 形 横 隔 ， 在管 桩 加 工 制 作 时 与圆 柱体混 凝 土离 心 法 浇 捣 为 整体 ， 称 为 内横 隔 式 预应 力管 桩 ， 见 图 1 。通 过 抗 弯 承 载 力 破 坏 性 试 验， 可提高约 2 0 以上 ， 其缺点是需要“ 菜单式 ” 加 工制 作 ， 即事先 需根 据 基 坑 围护 设计 预应 力 管 桩 的 直径 、 型号 、 长度 以及横 隔位置 ( 弯矩大处密 ) 进行 加工 制作 ， 无 法大批 量 商 品式 随 时供应 。 上 端 | 一 I ， J I l l I 图 1 横 隔 式预 应 力 管 桩 纵 剖 面 图 本 文推荐 一种 后置 横 隔式预 应力 混凝 土管 桩支 护结 构 ， 即利 用特 制 的混 凝 土接 头 内芯 短 桩 先将 上 下 相邻 接 的管桩 连 接在 一 起 ， 然 后 通 过 在 接 头 短桩 中预先 设置 的钢 翅板 以后 注浆 的方式 形成 钢筋 混凝 土横 隔式连 梁 ， 从 而 将 相邻 的 预应 力 混 凝 土 管 桩 在 收 稿 日期 ： 2 0 1 20 8 0 7 作者简介 ： 孙启峰( 1 9 7 1 一 ) ， 男 ， 安徽 濉溪人 ， 高级工程师 ， 从事建筑施工管理工作 。 第 1 2期 孙启峰： 基坑支护型后置横隔式预应力混凝土管桩施T技术 3 3 减水 剂 和膨胀 剂来 改 善 水 泥 浆 体 的性 能 ， 水 胶 比宜 在 0 40 5 。 ( 2 ) 为保 证 注浆 质量 要 选 用适 宜 灌 注 稠水 泥 浆 的挤压 泵 ， 并采 用插 入注 浆管 法进 行 注浆 。 ( 3 ) 将 配 制好 的 水 泥 浆 体 ， 通 过 注 浆 管 采 用 定 量 注 浆 ， 为 了保 证浆 体 的连续 性 、 水胶 比保 持不 变 以 及 充分 排气 排水 ， 要 确 保 注 浆 管 孔 口始 终低 于浆 液 面 。注完 浆后将 注浆 管 向上 提 出。 ( 4 ) 为保 证 注 浆 效 果 ， 尤 其 避 免 浆 液 沿 着 土 体 可能 存 在 的薄弱 部位 “ 跑 掉 ” ， 不 能 形 成 理想 的环 状 厚横 隔形状 ， 可 采用二 次 注浆法 ， 第 二次 注浆 的时间 应选 在 初次 注入 的浆 液初 凝之 后 。 ( 5 ) 注浆 控 制 参 数 ： 注 浆 压 力 和 注 浆 量 。 注 浆 压力 可 根据 接头 所 处 的位 置 以及 土 层 性 质 来 确定 ， 一 般可选为 2 4 MP a 。一次注浆宜选其低值 ， 二次 注浆 宜 选其 高值 。注浆 时若 压 力 上 不 去 ， 则 可 能 出 现跑 浆 现象 ， 此 时可暂 停注 浆 ， 等浆 体达 到初凝 状态 时再 进行 第二 次 注 浆 。注 浆 压 力 稳 定 后 ， 估 算 注 浆 量 ， 达到 预定 值后 停 止 注 浆 。一 般 每 个 接 头 处 注浆 量约 按 1 t 水 泥 控制 。 3 6环 梁 支撑 ( 锚 杆 ) 施 工 ( 1 ) 桩顶环梁是将单根 预应力管桩组合成空间 预应 力 管桩结 构 的重 要 构 件 ， 压 顶 环 梁 轴 线 位 于桩 正 中心 ， 并 将 管桩 锚 固钢 筋 按 设 计 要 求 插 入 桩头 一 定 深 度 。 ( 2 ) 桩顶环梁施工时先按设计要求的梁截面尺寸及 标高开挖基槽到位后， 先浇混凝土垫层， 再绑扎钢筋， 然 后搭设侧模 ， 检验合格后进行混凝土浇筑和养护 。 ( 3 ) 同时在 管桩 头部 空 腔 内浇 筑一 定 高 度 的 同 环梁 强度 等级 的混 凝 土 ， 并 在 混 凝 土 中插 入 锚 固钢 筋 与 环梁 连接 ， 管 桩顶端 伸人 环梁 5 0 mm。 ( 4 ) 若 有第 二 道 环 梁 支 撑 ， 其 位 置 宜 设 置 于 后 注浆 的横 隔处 ， 环 梁钢 筋 应 与 管 桩 接 头 处 的 预埋 铁 焊 接 。 4质 量 控 制 措 施 4 1 沉 桩 质 量 控 制 ( 1 ) 压 桩前 ， 应 调好 桩 机 导轨 垂 直 度 ， 使 管 桩垂 直 度轴 线 与桩 机导 轨垂 直度 轴线 一致 。 同时静 压桩 机 应水 平 、 稳定 。 ( 2 ) 应 在 管 桩 头 部 垫 以钢 制 桩 帽 或 送 桩 帽 ， 防 止 管桩 端头 开槽 处碎 裂 。 ( 3 ) 严 格 控 制 桩 身 垂 直 度 ， 确 保 桩 身 倾 斜 率 小 于 0 5 。 ( 4 ) 终 压标 准 ： 以设 计 标 高 为控 制 标 准 ， 参考 试 桩确 定 的终压 吨位 。 ( 5 ) 管 桩沉 桩后 平 面位 置允许 偏差 为 5 0 m m， 桩 顶标 高允 许偏 差 3 0 m m。 4 2 接 头 内芯短 管桩 、 钢 翅板及 接 头质量 控制 ( 1 ) 材 料强度 ： 混凝 土 强 度 不低 于 C 3 0 、 钢 筋 采 用 H R B 3 3 5直 径 不小 于 1 6 m m， 钢 翅 板 ( 空 腔式 ) 壁 厚 不小 于 3 mm。 ( 2 ) 检查 管桩 开 槽 位置 及 数 量 。检 查 钢翅 板 出 浆 孔位 置及 数 量 。 ( 3 ) 检查 接 头 内芯短 桩 内部 的密 封 性 以保 证 注 浆 所需 的压 力 ， 其 倾 斜 率 小 于 0 5 。连 接 时 应 在 内芯短 管桩 的圆柱 体 侧 表 面 抹 上水 泥 浆 ， 同 时注 意 检查 接 头 内芯短 桩下 端 的漏斗 是否 封 闭 。 ( 4 ) 管桩 上下 节端 部 预 埋件 之 间的 连 接应 采 用 粗 钢筋 焊接 ， 焊缝 应饱 满 。 ( 5 ) 严格 保证 接头 中钢 翅板 的位 置 和 厚度 与 预 应力 管 桩端 部纵 向槽 的位 置及 宽 度 匹 配 ， 纵 向槽 的 宽度 要 大于 钢翅 板 的厚度 1 0 mn l 。钢翅 板 插 入 内芯 管及 预 应力 管桩 后应 焊接 牢 固 。 4 3注浆质 量控 制 ( 1 ) 注意接 头 内芯 短桩 底部 的密 封性 ， 若 采 用 2 个接 头 ， 为保 证 注浆管 顺利 插入 和拔 出 ， 上 面的接 头 短桩 的两端必 须 都 是 开 口的 ， 因此 注浆 时应 由下 而 上 ， 上接 头 短 桩 底 部 漏 斗 在 浆 液 压 力 下 自行 闭 合 ( 可 采用 袖 阀 ) 以保证 必要 的注 浆压 力 。 ( 2 ) 注意 注 浆 压 力 和 注 浆 量 的 变 化 ， 判 断 是 否 有 “ 跑 浆 ” 产 生 。一 旦 判 明有 “ 跑 浆 ” ， 应 停 止 注浆 ， 等到 所 注浆液 初 凝后 再 次 注 浆 ， 以便 浆 液 驻 留在 接 头 附近 区域 内 。 5工 程 应 用 实例 宁 波市 紫郡 居 住 小 区 K 6 A 地下 室 基 坑 工 程 位 于 宁波 市鄞 州 区诚信 路北 侧 。本 区地貌 为滨 海淤 积 平原 。本工 程地 质条 件属 软 土地 基 ， 土 层性 质很 差 ， 地质 条件 自上 而下 的土层 为 ： 一1 层 素 填 土 ， 松 散 状态 ； 一 2层黏土 ， 可塑状态 ； 一1 层淤泥 ， 流塑 ( 下转 第 3 7页) 第 1 2期 杨青山等： 超深狭窄设备基坑挖土及坑底深管设备安装施工技术 3 7 ( 上 接 第 3 3页 ) 状 态 ； 一 2层 淤 泥 质 黏 土 ， 流 塑 状 态 ； 一3层 淤 泥 ， 流 塑状 态 ( 坑 底处 于此 层 ) ； 层 缺 失 ； 一1层 淤 泥质 粉 质 黏 土 流 塑 状 态 ( 围 护 桩 尖 处 于 此 层 ) 。 本 工程 有 地 下 室 1层 ， 基 坑 面积 约 1 2 1 0 0 m ， 基 坑 挖 深为 5 4 56 9 5 I l l ， 地 上 1 8层 、 1 6层 各 两 幢 ， 以 及 地下 室车 库 ， 工程 桩 为钻孔 灌 注桩 和预 应力 管桩 。 基坑 围护结 构大 部 分 区段 采 用 单 节 1 5 m 长 的预 应 力 管桩 P CB 6 0 0 ( 1 O 0 ) ， 少 数 较 深 区段 采 用 双节 组 合成 1 8 m 长 的后 置横 隔式 预 应力管 桩 ， 间距8 0 0 ， 桩顶 放 坡 2 0 m 高 。支 撑 系 统 为钢 筋 混凝 土对 撑 、 角撑 结合 桩 头 的压顶 环梁 。该 工 程基坑 开 挖施工 期 正值 2 0 0 6年 春天 雨季 ， 基 坑 围护 的各项 监测 结果 基 本上 正 常 ， 仅 个别 坑 边 为 施 工 道 路 的 深层 土体 位 移 值 为 8 5 mm， 略超 过 报 警 值 8 0 mm。基 坑 支 护 应 用 后置 横 隔式 预应 力 管 桩 结 构取 得 成 功 ， 双节 组 合 的 预应 力 管桩 接头 位 于底板 混凝 土 垫层处 ， 见 图 6 。 图 6 围护 结构 中的预应力混凝土管桩及 混凝 土支撑 6 结 语 预应 力 管桩 桩 墙 宜 采用 间隔 法 组织 沉 桩 施 工 ， 当设计 为双 排 管桩 时 ， 先 沉前排 桩 位 ， 由 中央 向两 侧 方 向隔 桩跳 沉 ， 再 由后 排 桩 位 中间 向两 侧 方 向隔 桩 跳 沉 的方式 进行 施工 。通 过在 管桩 上下 节之 间和 相 邻 管桩 之 间实施 注浆 形 成后 置 横 隔 ， 组 成 空 间 预 应 力管桩结构 ， 使基坑土水侧压力通过该管桩结构传 至支 撑 ( 锚杆 ) 及 地基被 动 区持 力层 ， 克 服 了单 根 管 桩独 立受 侧 向力 和 接 头 处抗 弯承 载 力 薄 弱 的 缺点 ， 从 而提 高 了基坑 支护 型后 置横 隔式 预应 力管 桩结 构 的 支护 承载 力 。 后 置横 隔式 预 应 力 混 凝 土 管 桩 结 构 施 工 技 术 适 用 于软 土 、 填 土 及 一 般 黏 性 土 层 的深 基 坑 支 护 结 构 ， 但 土 层 中不 能 有 过 多 孤 石 、 障 碍 物 或 有 2 m 以 上厚 度 的 中密 状 态 的夹 砂 层 的 地 质 条 件 。管 桩 顶 部统 浇 压 顶 环 梁 ， 可 结 合 水 平 支 撑 或 双 排 悬 臂 式 支护 。 当基 坑 挖 深 较 大 时 ， 可 增 设 水 平 支 撑 的 道 数 ， 第 二 道支 撑 宜 设 置 于 管 桩 接 头 处 ( 即后 置 横 隔处 ) ， 以满 足 支 护 管 桩 的 抗 弯 强 度 。虽 然 预 应 力 管 桩 在 实 施 后 置 横 隔 时 增 加 了 造 价 ( 约 沿 坑 边 1 0 0 0 元 m 左 右 ) ， 但 其 技 术 经 济性 价 比较 好 ， 综 合 比较 仍 有 经 济 效 益 ， 尤 其 是 与 钻 孑 L 灌 注 桩 或 S MW 工 法桩 相 比 。 参 考 文 献 1 刘兴旺 ， 郭丽 ， 施祖元 ， 等 2 0 1 0浙 G 2 2先张法预应力混凝土管 桩 S 北京 ： 中国计划出版社 ， 2 O 1 0 2 黄强 ， 杨斌 ， 李荣 强 ， 等 J G J l 2 O 一9 9建筑 基坑支 护技术 规程 S 北京 ： 中国建筑工业出版社 ， 1 9 9 9