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基坑围护工程中预制管桩的应用

281 2020-10-13 11:42:03


引言:在普遍设置一层~二层地下室的住宅基坑工程中,当场地没有条件放坡开挖而不得不选择垂直支护形式时,周边围护体往往采用灌注排桩或者SMW工法桩的形式,而预制管桩围护体在该类工程中常常难觅踪影。概而言之,源于管桩在基坑支护工程中应用的几个担心:

1、认为管桩截面积小、抗剪能力差;

2、管桩的脆性;

3、管桩接桩质量不易控制,接头处是薄弱环节。

      今天就让我们一同深入了解基坑工程中预制管桩的各项性能。   

      预制管桩主要分为PC管桩(预应力混凝土管桩)、PHC管桩(预应力高强混凝土管桩)、PTC管桩(预应力高强混凝土薄壁管桩)PRC管桩(混合配筋预应力高强混凝土管桩)等四种主要类型。

      其中PC管桩和PTC管桩由于市场需求、工程区域限制以及标准更新等因素,市面上已很少出现。PHC管桩,即预应力高强度混凝土管桩,是采用先张预应力离心成型工艺,并经过10个大气压(1.0Mpa左右)、180 ℃ 左右的蒸汽养护,制成一种空心圆筒型混凝土预制构件,标准节长为10m ,直径从300mm~800mm ,混凝土强度等级≥C80。工程界为了进一步扩大混凝土管桩的应用领域与范围,基于已经广泛应用于工程桩的PHC管桩,针对基坑围护体的受力特点,通过增加非预应力钢筋的工艺,推出了混合配筋预应力高强混凝土管桩PRC桩。



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混凝土管桩应用于基坑工程的可靠性


1·1  管桩强度问题

1、管桩抗剪承载力大于等直径灌注桩抗剪承载力。

2、除部分A型桩,管桩抗弯承载力大于等直径灌注桩抗弯承载力。

3、一般在基坑围护结构中,采用PRC(混合配筋管桩)较多,同直径的PRC桩较PHC桩承载力可提高约25%以上。


1·2  管桩延性问题


常规管桩:滞回曲线不饱满,”捏缩效应”较为严重,耗能特性差,发生脆性破坏。

混合配筋桩:随着非预应力筋配筋率的增加,滞回曲线趋于饱满,”捏缩效应”得到了改善,显著提高了管桩耗能特性。破坏方式为延性破坏。

小结:当预制管桩适当配置非预应力筋时,其峰值荷载、极限位移均可大于同直径的灌注桩,其水平承载力及延性均优于灌注桩。


1·3  管桩刚度问题

       弹性支点法计算结构变形及受力需要知道支挡结构的刚度。目前常规设计软件里没有关于预制桩的选项,故需要进行刚度等代计算,即将空心的或异性的预制桩换算为规则的实心的桩参与计算。


通过等刚度代换原则可以看出:

1、同直径的管桩与灌注桩刚度相当。

2、随着管桩直径的增大,代换后的实心桩截面逐渐减小。

       现行计算方法桩体分离式排桩的抗弯刚度时,是把桩考虑为理想弹性材料。实际上,当桩承受弯矩比较大时,桩身将出现裂缝开展,导致桩身刚度显著下降。因此需对桩身刚度进行折减。对于管桩一般取0.7-0.85。


1·4  管桩接头问题

★用于基坑支护的管桩接头应满足与桩身等强的设计要求★

★用于基坑支护的管桩接头数量不宜超过1个★

★接头避开弯矩剪力大的地方★

★接头布置于开挖底面以下★

★接头禁止在支撑、锚杆节点处设置★

★接头在标高上须错开布置★







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管桩应用于基坑工程的设计要点


2·1  管桩支护设计注意事项


管桩支护执行标准

1、行业标准《建筑基坑支护技术规程》(JGJ 120-2012)

2、行业标准《预应力混凝土管桩技术标准》(JGJ/T 406-2017)

3、标准图集《建筑基坑支护结构构造》(11SG814)

4、其他地方性建设规范


管桩支护不适用的工程类型

1、深厚淤泥等软土基坑工程;

2、开挖深度大于10m的膨胀性土或填土基坑工程;

3、支护结构挠曲变形计算结果大于30mm的基坑工程。


管桩支护设计选型规定

1、悬臂式支护适用于H<7.0m,安全等级三级的基坑工程;

2、双排桩支护适用于H<10.0m,安全等级三级的基坑工程;

3、管桩-复合土钉墙支护适用于H<10.0m,安全等级不大于二级的基坑工程;

4、安全等级为一级的基坑工程,宜采用桩-撑/桩-锚的支护形式,且支护深度不宜超过12.0m;

5、当基坑需要设置止水帷幕时,可采用水泥土墙内插管桩的形式,水泥土墙可选用水泥土搅拌型、高压旋喷型及渠式切割型等。


管桩选型规定

1、宜首选混合配筋管桩(PRC管桩),当选用PHC桩或PC桩时,除微型桩复合土钉支护外,不应选用A型桩;

2、当采用两节桩时,可根据土层和土压力分布特征、管桩内力计算结果,选用由混合配筋管桩及预应力高强混凝土管桩组合的形式;

3、排桩-锚杆或者排桩-内支撑支护的管桩直径不宜小于600mm;管桩复合土钉支护,管桩直径可小于300mm。

2·2  管桩构造问题

压顶梁配筋顶视图

压顶梁配筋剖面图

管桩与压顶梁连接填芯大样




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管桩支护工程案例


工程场地:江苏省常州市新北区

建设单位:常州雅居乐房地产开发有限公司

设计单位:华东建筑设计研究院有限公司

工程概况:项目由西北和东南两个地块组成,单一地块基坑面积约4万平方米,周长约1000m,基坑开挖深度6m~7m。

环境概况:地块周边环境除了嫩江路、武夷山路、红河路、华山路等市政道路及道路下管线,在四者围合的场地内还有已建的高层小区,别墅小区,附属设施,小区道路及室外总体管线,环境保护要求高。

地质概况:基坑开挖范围以素填土和粉质黏土层为主,粉质黏土为可塑~硬塑状态,工程性质较好,含水量低,自稳性强。场地下分布有与大运河连通的承压含水层,基坑开挖阶段存在承压水突涌问题,需妥善处理方可确保基坑安全并有效控制基坑开挖对敏感环境的影响。

围护方案:普遍区域卸土放坡开挖 + 环境保护侧桩锚支护(相应位置帷幕隔断承压含水层),桩锚支护典型剖面如下。

实施实景:

实施效果:本工程西北地块基坑历经了2020年夏季特大雨季,面对了常州地区罕见的高水位的冲击。基坑实施过程中,坑内承压水控制效果优秀,桩锚支护围护体侧移最大值不超过15mm,满足了对基坑周边环境的保护要求。