首页 / 正文

PC组合管桩在大型基坑围护中作为围护分区的应用

拉森钢板桩 2023年3月19日 项敏 508

摘 要  


摘要:结合工程实际,介绍了一种因土层地质条件不好、土体加固质量不满足设计要求的基坑围护方案优化做法。通过采用PC组合管桩在原基坑内设置围护分区,调整挖土顺序,加快施工进度,大大减少了基坑变形,达到了预期的效果。所积累的经验可供类似工程借鉴。


关键词:PC组合管桩;土层地质条件;围护分区;拉森钢板桩


前 言


PC组合管桩相对于传统的围护桩,是一种较为新型的工艺,主要是以钢管桩+拉森钢板桩组合使用形成围护坝体,具有强度高、稳定性好、止水效果好、可重复周转使用等诸多特点,广泛应用在围护体系中。在本工程中,作为围护分区的坝体桩使用,优化了原围护设计方案。


1 工程概况


本项目位于杭州市余杭地区,主要由7个3~7层的办公楼单体和1个地下2层停车库组成,总建筑面积约为42万m2,地下建筑面积为23万m2,地上建筑面积为19万m2。


本工程周边环境较为复杂,分布着已建的商业园区、住宅小区及学校等建(构)筑物。同时,项目四周均为城市主干路,北侧主干道路距离基坑较近,约为19m,道路下方分布有地下管线,埋深约1 m,包括煤气、雨水、电力、通信等各类市政管线。


本工程基坑面积约12万m2,基坑周长约1 500m,开挖深度约为9m。围护体系主要是φ900mm钻孔灌注桩(局部区域为双排)加φ850mm三轴水泥土搅拌桩止水帷幕体系,基坑东侧设置1道钢筋混凝土对撑。基坑中部采用双排钻孔灌注桩(双排中间采用三轴水泥土搅拌桩填充加强),桩后采用三轴水泥土搅拌桩进行被动区加固,同时,设置1道混凝土斜撑连接围护坝体与地下1层结构楼板。基坑四角均设置1道混凝土角撑。具体的围护情况如图1、图2所示。


PC组合管桩在大型基坑围护中作为围护分区的应用


根据地质勘察报告,本工程由上而下主要有:填土层、淤泥质黏土层、粉质黏土层及砂质粉土层等构成。其中,由于工程地处杭州西溪湿地附近区域,所以②1层及③层均为淤泥质黏土层,层厚约为14m且分布不均匀,为本工程的主要土质软弱层。


本工程涉及地下水主要以孔隙潜水为主,埋深1.2~6.0 m,由于基坑西侧土层以淤泥质土为主,透水性较差,故不考虑设置降水井,基坑东侧淤泥质土层较薄,砂质粉土层较厚,故设置疏干井进行降水。


2 围护方案调整的背景


本工程在完成中部被动区土体加固后进行实体取芯检测发现,其抗压强度为0.3~0.5 MPa,不满足设计值1.0 MPa的要求,这将大大增加基坑开挖后围护体变形的风险。经过论证,发现在淤泥质土层中进行三轴水泥土搅拌桩加固难以达到设计值1.0 MPa的要求。所以,需要在原围护方案的基础上进行优化调整,既要满足施工工期,又要减少该区域基坑开挖后的变形风险,经过方案论证,最终采用在原有基坑围护的基础上,另设置围护分区的方式来解决此问题。


3 围护分区方案选型


针对本工程中部围护区段的分区设计需求,在方案确认阶段,拟采用2种围护设计方式进行分析选型:


1)采用钻孔灌注桩设置围护分区:在中部区域基坑内另设置1排钻孔灌注桩+三轴水泥土搅拌桩,同时,将原设计的混凝土斜撑改为水平支撑形成围护分区。分区内土体先行开挖,桩后50m范围的土体作为反压土进行保留。待分区内换撑施工完成后,再进行拆除并施工其余区域。


2)采用PC组合管桩设置围护分区:相较于传统的围护桩,PC组合管桩是一种较为新型的工艺,主要是以钢管桩+拉森钢板桩组合使用形成围护坝体,具有强度高、稳定性好、止水效果好、可重复周转使用等诸多特点。在设置围护分区的工况下,将钻孔灌注桩+三轴水泥土搅拌桩形式改为PC组合管桩,其余工况及做法与第1种方案相同。


从设置围护分区的方式来看,其将大大增加围护体的安全性,由于分区内土方先行开挖,加快了中部区域围护侧地下结构的施工速度,更早地完成换撑并减少围护体暴露时间,对控制围护体变形极为有利。


以材料性能及经济性指标来分析,由于PC组合管桩是可重复利用的材料,相比钻孔灌注桩这种一次性的投入,其租赁使用成本将大大降低。同时,PC组合管桩施工速度快,且不需要进行养护,大大加快了施工进度。综合考虑,最终采用PC组合管桩来设置围护分区。


4 PC组合管桩施工


4.1 围护分区概况

PC组合管桩采用φ630mm×14 mm钢管桩+拉森Ⅳ钢板桩设置围护分区,拉森Ⅳ钢板桩采用小企口施口,PC工法组合管桩体系兼作止水帷幕。钢管桩长16m的有432根、长18m的有51根;拉森Ⅳ钢板桩长9m,共533根。


钢管桩上部设钢筋混凝土压顶梁,利用原设计的立柱桩形成1道混凝土水平支撑,PC组合管桩桩后50m范围内的土体在围护分区开挖时作为反压土进行保留。


基础底板斜撑换撑采用400mm×400 mm×13 mm×21 mm@4 000 mm的双拼型钢进行设置,型钢之间采用1 000 mm×200 mm×12 mm@2 000 mm的缀板进行焊接连接。同时,在混凝土围檩与基础底板内均设置钢板预埋件,斜撑与预埋件焊接连接。调整后的围护平面与剖面如图3、图4所示。

PC组合管桩在大型基坑围护中作为围护分区的应用


4.2施工流程

场地平整→测量放线→开挖沟槽→钢管桩定位→PC组合管桩起吊→定位校准→振动锤送桩→压顶梁与分坝内支撑梁施工→分区内地下结构施工→支撑与压顶拆除→PC组合管桩拔除


4.3吊装施打

在吊装施打前,开挖定位沟槽,在沟槽内平行放置1根φ630mm×14 mm定位钢管桩,规格为钢管,长约16m,用点焊进行相互连接固定,以此作为后续PC组合管桩的定位控制。


施工设备采用80t汽车吊配合28RF型电动振动锤进行沉桩施工,整体施工流向为由西向东进行吊装施打(图5)。施工过程中,通过控制吊机吊桩状态、经纬仪前方交会、控制沉桩速度等方式来控制沉桩垂直度。同时,首根桩的垂直度控制尤为重要,直接影响后续所有桩的施工,所以应更加慢沉并谨慎施工。

PC组合管桩在大型基坑围护中作为围护分区的应用

4.4 排桩的合拢

PC组合管桩施打至末尾或垂直交接段时,将出现合拢区域的尺寸偏差与垂直度问题,采用标准尺寸化的管桩与拉森钢板桩将无法顺利合拢。需通过精准的计算测量,定型化加工最后合拢段的钢管锁扣,并将此根管桩最后用于现场合拢施工。同时,为减少最后的合拢难度,在施工过程中,当距离最后合拢位置大概15个桩位范围时,每打入1根桩均采用经纬仪控制其垂直度,通过这15根桩进行逐根纠偏,最后顺利完成合拢施工。


4.5 压顶梁与支撑梁施工

在PC组合管桩施工完成后,即可分段进行混凝土压顶梁与支撑梁的绑扎与混凝土浇筑。按照设计要求,钢板桩与锁扣需锚入压顶梁内50mm以上,才能确保压顶梁底部的止水效果。同时,需对压顶梁与支撑梁的梁主筋进行优化处理,防止出现碰撞管桩导致无法穿过的情况。


4.6 拔桩施工

围护分区内基础底板达到设计强度,同时,斜撑换撑施工完成后即可拆除分区内水平支撑,而后拔除PC组合管桩。由于PC组合管桩桩后50m范围内留土影响拔桩施工,所以在拔桩施工前,须将管桩桩后土体卸载至基底面上1.5 m,卸载形式按1∶2进行放坡卸载,最后进行围护桩的拔除工作。拔桩前,另采用镐头机先将混凝土压顶梁破碎凿除,而后采用汽车吊配合振动锤将PC组合桩逐步进行拔除。拔桩施工采用跳拔的方式,即先拔除相邻的拉森钢板桩,而后再拔除管桩。遇到拔除困难时,应辅助采取左右晃动、上下反复插拔,或沿桩身注水湿润等措施来减少阻力,直至将桩顺利拔除。


5 围护分区内地下结构施工


5.1 后浇带分块

南北两侧围护分区内地下室结构东西向总长约为200 m,按照后浇带进行划分,将基础底板与地下室分为5块进行施工(图6、图7),每块区域东西向长度约为40 m。通过此种划分方式,可以尽量缩小每分块土方开挖的面积,进而减少对应区域围护体一次性的暴露长度,同时也加快了每分块的垫层及底板的完成时间,有利于围护分区内的对撑快速形成,增加了围护分区基坑开挖的安全性,减少了最终的基坑变形情况。

PC组合管桩在大型基坑围护中作为围护分区的应用


5.2 地下室结构施工流程

各分区内基础底板与地下室结构的施工流程均按照1区→2区→3区的顺序进行施工。1区土方先行开挖并浇筑混凝土垫层,待1区基础底板及型钢斜撑换撑安装完成后,才能开挖2区的土方。同样地,2区基础底板及型钢斜撑换撑安装完成后,最后开挖3区土方并施工余下结构。待3区基坑底板及换撑完成后,即可拆除围护分区内的混凝土水平支撑,而后进入拔桩施工工序。


6 实施效果分析


本工程围护方案优化后采用PC组合管桩设置围护分区的设计方式,顺利地解决了原先被动土加固不满足设计要求的难题,使分区内的地下室结构可以先行施工,加快了此部位的施工进度。同时,通过合理地设置后浇带对分区内地下室结构进行划分,由两侧向中间慢慢推进施工,大大减少了分区土方开挖时围护坝体的暴露时间,进而减少了基坑变形量。从最终的基坑变形数据上来看,该区域围护体最大变形量均未超报警值,保证了基坑安全。同时,依托PC组合管桩良好的止水效果,桩间也未出现渗漏水情况。


另外,由于围护分区存在的时间较短,即从PC组合管柱施打开始至分区内基础底板与斜撑换撑完成就可以拆除。在杭州地区这种软土土层内,PC组合管桩本身的施打速度与拔除速度都非常快,整体PC组合管桩围护结构在较短的时间内即可完成施工与后续的拔除工作,大大加快了施工进度,减少了PC组合管桩的材料租赁时间,相比于传统的无法回收的围护体系,其在节约成本方面也取得了较大的成效。



7 结 语


基于本工程最后的实施效果来看,采用PC组合管桩作为围护分区的坝体桩使用是非常成功的一种设计方式,不仅加快了施工进度,也节约了施工成本。根据现场实际情况来看,特别适用于类似杭州地区这种软土、淤泥质土层。本工程的成功实施,为后续类似土层地区的围护工程提供了新的设计思路,相信其定将在未来应用得更为广泛。


来源:《地基基础》

作者:张龙彪

编辑整理:项 敏

如涉侵权,请回复公众号


扩展阅读




/ 业务合作&技术交流 /

PC组合管桩在大型基坑围护中作为围护分区的应用

PC组合管桩在大型基坑围护中作为围护分区的应用



项  敏 
138 1818 6389
QQ:20228300

PC组合管桩在大型基坑围护中作为围护分区的应用
项敏的微信


PC组合管桩在大型基坑围护中作为围护分区的应用

长按下方二维码
关注本公众号:拉森钢板桩
网址:www.lsgbz.com

PC组合管桩在大型基坑围护中作为围护分区的应用