PC 工法樁( 鋼管樁與拉森樁組合) 是通過連接企口將鋼管樁與拉森樁連接成整體可回收式鋼質連續墻體，具有較強的抗彎性和抗斷性。通過西子智慧產業園項目基坑圍護工程實例，介紹 PC 工法樁在基坑支護中的應用。

 

［關鍵詞］ 基坑; 支護; PC 工法樁; SMW 工法; 施工工藝

引言

隨著城市建設發展及土地資源緊張、地下空間拓展的需要，大型基坑項目越來越多且安全環保要求日益嚴格，傳統圍護結構施工工藝在經濟性、安全性及環保要求方面飽受詬病。本文引進PC工法作為新型支護工藝，補充和完善傳統支護結構不足，比較后替代鉆孔灌注樁及 SMW 工法樁作為基坑支護結構，對PC工法的普及和推廣有著借鑒意義。

工程概況

西子智慧產業園項目位于杭州市臨丁路南側，同協路西側，某已建廠區北側，用地面積 92821㎡ ，地下建筑面積為 64000㎡ 。工程主要由 10 幢高層建筑、4 幢 5 層建筑和整體單層地下室組成。工程樁均為鉆孔灌注樁。本工程周邊環境較復雜，西側為廠房內部道路用地，外側設臨時圍擋，距離地下室約 20m; 東側地下室距離用地紅線約 10m，紅線外側為綠化帶，輸油管線距離紅線約 15m; 南側為廠區內部道路，道路緊鄰基坑邊緣; 北側地下室外墻距離用地紅線＞13m，紅線外側為綠化帶; 場地土土質較差，基底標高上下分布有較厚的淤泥質軟弱土層。開挖土層主要為 1 雜填土、 2-1 粉質黏土、 2-2 黏質粉土、 2-3 粉質黏土、 2-4 黏質粉土、 3-1淤泥質粉質黏土，坑底大部分位于3-1 淤泥質粉質黏土，西部少數地段位于 2-4 黏質粉土中。工程地質剖面如圖 1 所示。

基坑圍護設計

2.1  工程特點及選型原則

綜合分析場地地理位置、土質條件、基坑開挖深度及其對周圍環境的影響，本工程具有以下特點。

1) 基坑開挖面積較大，約 67605㎡ ，圍護結構外圍周長約 1331m。

2) 基坑局部承臺、電梯井開挖深度較深。

3) 表層雜填土、黏土層較厚。坑底大部分為淤泥質土，土質較差，呈流塑狀。

4) 南側局部地下室距離廠區內部道路非常近，道路下方分布有污水管線。

5) 西南側地下室外有部分工程樁及承臺，與圍護結構位置有沖突。

6) 場地內部有一河流南北向分布，圍護施工前需回填處理。

7) 基坑形狀不規則，西側中間部分內凹形成一個大陽角。

 

根據工程特點及難點分析，結合主體結構和場地特點，確定圍護方案選型原則如下。

1) 安全性

確保安全是第一要務，存在重大安全隱患的方案即使節約成本、縮短工期也無實際意義，且會帶來巨大經濟損失和社會影響。

2) 施工工期

方案設計應考慮工期和施工方便性，即可縮短工期和降低工程造價。

3) 經濟性

 

在保證基坑工程方案安全、可行性基礎上，優化基坑工程支護設計方案，合理控制和降低工程造價。

 

2.2  基坑圍護方案選擇

 

根據本工程地下室基坑特點，在“安全、經濟、方便”的原則下，對各種圍護方案進行技術可行性、經濟合理性分析。

 

2.2. 1  排樁

基坑開挖范圍內土層工程性質較差或一般，尤其是上部人工填土、淤泥質粉質黏土及黏質粉土，易發生坍塌、滑塌、管涌，故地下室距建筑紅線較近區域不宜直接進行放坡開挖，須設支護系統。

鉆孔灌注樁排樁支護工藝成熟，質量易控制，造價較經濟，可有效控制圍護結構的內力和變形，減小基坑開挖對周邊環境的影響。根據類似地區工程經驗，本工程為 1 層地下室，土層為不透水的黏土淤泥質土，采用排樁結合噴錨護坡具有較高的可行性，且有利于對基坑圍護總體造價進行控制，但是與 PC 工法組合樁比較而言，鉆孔灌注樁造價相對較高、工期較長( 需要養護) ，泥漿污染嚴重，不環保，在完成使用后會留下永久性障礙物。

SMW 工法工藝簡單，成樁速度快，可縮短工期。受力結構和隔水帷幕合一，占用空間小，絕大多數情況下，型鋼可以拔出重復利用，降低工程造價。

 

PC 工法組合樁采用直徑 630mm 的鋼管與拉森鋼板樁間隔施工，鋼管樁剛度大，樁與樁之間采用止水鎖扣連接，同時具備擋土和止水功能。該組合樁采用專用設備施工，施工速度快，無泥漿污染，圍護樁可以回收，節約成本。與 SMW 工法相比，無需再單獨打設攪拌樁進行止水止土，無需進行水泥攪拌樁養護，具有造價低、縮短工期等明顯優勢。

 

2.2. 2  支錨結構

 

鋼筋混凝土支撐承載力高、安全性好，能承受彎、剪、扭、壓等復雜受力情況，可根據基坑的形狀靈活布置。但本基坑平面尺寸大，如全部采用內支撐方案，支撐和豎向立柱樁的數量較多，圍護造價相對較高且施工周期相對較長，也無法滿足分段實施的需求，因此僅考慮在局部設置角撐。采用 PC 工法樁結合可回收旋噴錨索支護，因部分主樓鄰近坑邊、不能留設施工縫，且斜撐支護保留的三角土開挖困難，效率低; 一般斜撐支護變形偏大，對周邊道路造成較大影響。

 

2.2. 3  放坡開挖

 

西北側及東北側 1 層地下室部分采用自然放坡開挖。放坡開挖是最經濟的圍護形式，具有施工速度快、土方開挖方便等優點，在條件許可的情況下應優先采用。本項目大部分區域坡腳位置土層為流塑狀淤泥質土，不適合采用大放坡形式。

 

2.2. 4  土釘墻支護

 

土釘墻圍護結構具有經濟性好、施工方便、施工工期短等優點，在粉砂土黏土地基、開挖深度在 6m 以下的基坑工程中得到廣泛應用。本項目周邊環境較好，土釘未超紅線，因此局部采用放坡+土釘墻支護。

 

本工程最終支護方案如下: 南側及東側距離道路較近位置采用 PC 工法組合鋼管樁結合 1 道旋噴錨索支護; 北側局部承臺影響范圍內采用 PC 工法組合鋼管樁結合 1 ～ 2 道旋噴錨索; 西側區域采用放坡結合土釘墻支護，北、南側部分區域采用二級放坡結合土釘墻支護，坡腳設置槽鋼。坑內承臺高差采用 1 ：1自然坡。

 

PC工法樁

PC 工法樁前身為傳統的拉森鋼板樁。傳統拉森鋼板樁不論是 U 型、Z 型還是直腹型，因其截面剛度小，在深基坑應用時需要多層撐錨結構，從而加大了施工難度導致其快速高效的優勢難以發揮。為增大截面剛度，通過設置連接小企口將拉森樁與鋼管結合使用，形成組合式圍護樁，即 PC 工法樁，用于擋土和止水。

 

3.1  主要特點

PC 工法樁結合了鋼管樁和拉森樁的優點，其與二者相比具有以下特點。

1) 施工深度深 PC 工法施工深度最深可達45m( 采用多節樁分級焊接) ，復雜地質情況采用先導前出鉆設備，施工深度最深可達 55m。

2) 適用地層廣泛不僅適用于一般的粉土、砂土、黏性土等，也適用于淤泥質土等各種復雜土層地質條件，且成墻品質高，樁體強度高、抗彎抗剪性能好，鋼質連續墻體擋土止水效果顯著，安全可靠，無須另設止水帷幕。

3) 節約工程量 無置換土，施工速度快，無泥漿污染，主材可回收，環保無污染。

 

4) 插入型材的間距不受限制 組合樁形式多樣，可根據基坑設計要求任意布置鋼管樁的樁長、樁徑及間距，通過設置連接小企口，可以插入 1 ～ 3 支拉森樁，從而降低施工成本，連接企口如圖 3 所示。樁徑 630mm 鋼管樁有 2 種不同樁距的 PC 樁組合，本工程采用樁徑 630mm、樁距 1 100mm 的組合樁( 見圖 4) 。

 

5) 信息化程度高 通過鉆機的操作監控器獲取和控制施工參數，通過沉樁速度、壓力等參數調整糾偏，保證垂直度，施工操作靈活、無死角、打拔方便。

 

3.2  施工要求

3. 2. 1 沉樁

PC 工法組合鋼管樁施工主要為振動法。施工前，應根據待建工程情況，包括地質條件、周邊環境條件、樁徑等選擇合適的沉樁機械。鋼管樁施工前，應根據樁位布置圖進行測量放樣并復核驗收。根據確定的施工順序，安排鋼管樁、拉森鋼板樁等物資的放置位置。

根據 PC 工法組合鋼管樁的軸線開挖導向溝，并在溝槽邊設置定位型鋼，在定位型鋼上標出鋼管樁和拉森鋼板樁的插入位置。三支點樁基底盤應保持水平，平面允許偏差為 ± 20mm，立柱導向架垂直度偏差≤1 /250。

 

沉樁時，鋼管樁和拉森鋼板樁應交替沉樁，以保證鋼管樁與拉森鋼板樁企口搭接質量。均勻控制沉樁速度，一般控制在 1m / min。下沉過程中應采取措施保證樁的垂直度，水平偏差≤10mm，標高偏差≤100mm。沉樁時，出現樁身傾斜、側移、樁身破損或沉樁困難等異常情況時，應停止沉樁，待查明原因并進行必要處理后方可繼續施工。吊樁時嚴禁樁身碰撞樁機，避免樁身損傷。

 

3.2. 2  質量檢查與驗收

1) 施工期間過程控制 檢查施工機械性能、材料質量，鋼管樁和拉森鋼板樁規格、定位、長度、標高、垂直度下沉速度、拼接焊縫質量等。

2)  成墻質量驗收 鋼管樁和拉森鋼板樁的企口搭接狀況、位置偏差等。

 

3) 基坑開挖檢查 包括鋼管樁和拉森鋼板樁的企口搭接狀況、垂直度及滲透水等情況。PC 工法組合鋼管樁的樁身材料檢查如表 1 所示，插入允許偏差如表 2 所示，焊縫質量應符合相關規定。

計算實例

選取南面臨近紅線位置作為實例進行計算。該處支護方案為 PC 工法組合鋼管樁結合 1 道旋噴錨索支護。地下水位埋深2.50m，地面超載15.0kPa。土層參數如表 3 所示。計算簡圖如圖 5所示。

采用理正軟件進行計算，每根鋼管樁內力與土體抗力如圖 6 所示( 支撐反力是每延米的) ，地表沉 降計算結果如圖 7 所示。由圖 6 顯示樁身水平位移≤10mm，抗力、彎矩剪力均控制在安全范圍內，地表沉降合理，且穩定安全系數和抗隆起安全系數均 大于 JGJ120—2012《建筑基坑支護技術規程》要求 值。錨桿抗拔計算結果如表 4 所示，由表 4 可知錨 桿抗拔系數為 2. 61，大于要求安全系數 1. 6，軸向拉力也小于抗拉強度設計值，故采用 1 道旋噴錨索即可。

施工效果

圖 8 為項目典型位置處地下室施工期間土體位移隨時間變化曲線，由圖 8 可知，土體位移在前半個 月發展較快，后期基本穩定在 15mm 以內，位移較 小，且與計算值較吻合。施工過程中，地面均未出 現明顯開裂，充分說明支護結構安全可靠。

采用 PC 工法樁優化圍護方案后，較 SMW 工法 降低造價 20%以上，節約工期 1 個月; 與鉆孔灌注樁 相比，降低造價 40%以上，縮短工期 3 個月( 見表 5) 。

結語

采用 PC 工法基坑支護結構，解決了本工程施工面積廣且不規則、土質較差、周邊環境復雜等問 題 ，提 高 了 生 產 效 率 ，節 約 了 施 工 成 本 ，降 低 了 資 源 消耗。該工藝在西子智慧產業園項目的成功應用， 為 PC 工法在其他大型基坑施工中的推廣和運用提 供了參考經驗，起到了技術引領作用。