深基坑预应力管桩施工技术要点

　　摘要：本文结合某工程的基坑支护，对预应力管桩用于深基坑支护的施工工艺和技术要点进行了探讨。
　　关键词：基坑支护；预应力管桩；施工要点
　　
　　1引言
　　本文针对预应力管桩用于深基坑支护工程的特点，对其设计方法进行了探讨，结合广州市某工程的基坑支护，对其施工工序和技术要点进行了阐述，这也是该桩型在深基坑支护工程中的首次应用，最后根据该工程的实际情况进行了技术经济比较。
　　2支护桩正截面抗弯承载力设计
　　2.1环形截面均匀配筋设计
　　对于基坑支护工程，桩身截面的竖向力很小，主筋的配置一般按正截面受弯承载力设计。对于预应力管桩的受弯承载力配筋计算，可根据文献中的偏心受压承载力公式，并将式中左端的N、Nη•ei分别换为0和M，并将“≤”取为“=”，即可得到预应力管桩均匀配筋的计算公式：
　　式中，A为环形截面面积；Ap为沿周长均匀配置的纵向预应力钢筋的截面面积；r1、r2为环形截面的内外半径；rp为纵向预应力钢筋重心所在圆周的半径；σp0为预应力钢筋合力点处混凝土法向应力为零时的预应力钢筋应力；α为受压区混凝土截面面积与全截面面积的比值；αt为受拉钢筋截面面积与全部纵向钢筋截面面积的比值，大于2/3时取0；联立公式1～3，即可求得预应力钢筋的配筋量。
　　2.2环形截面的非对称配筋设计
　　由式（1）～（3）沿周长均匀配置纵筋，如此可抵抗压力及来自不同方向的弯矩，但如支护桩只承受定向的水平力和弯矩，在弯矩设计值较大的情况下，采用均匀配筋往往导致很高的配筋率，或需要更大的桩径，而且受压区钢筋难以发挥作用，这无疑是一种很大的浪费，因此在配筋设计时可采用非均匀布置，以节约投资。由文献的推导原理，按照尽量将钢筋布置在屈服区的原则（钢筋应变εs≥fy/Es的区域），可得
　　式中，αstAp0为受压钢筋总量，配置在2αscπ对应的圆弧上；αstAp0为受压钢筋总量，配置在2αstπ对应的圆弧上；Ap0为纵筋数量基数，单位αsc或αst时的配筋量。
　　3环形截面抗剪承载力的计算方法
　　由于管桩并非实心截面，因此管桩与支撑或圈梁连接部位的抗剪能力较实心桩薄弱。除了采用相应的构造措施外（见下文），其斜截面承载力V的计算公式可按矩形截面的相应公式推得。对于矩形截面，有
　　将式（9）中的b，h0分别以1.76r和1.6r代替，可得
　　式中，Vcs为混凝土和箍筋的受剪承载力设计值；Vp为预应力对抗剪承载力的提高；Np0为计算截面上混凝土法向预应力等于零时的钢筋合力，按文献计算；fyv、Asv、s分别是箍筋抗拉强度设计值、截面积和环矩。
　　4支护桩施工工艺
　　根据预应力钢筋张拉时间的前后，支护体系中的管桩可分为先张式和后张式。对于不需要接长的管桩，宜采用先张式；若管桩需要接长，可采用后张式。两种管桩的沉桩工序相似，下面主要介绍后张式管桩的施工工序，主要包括：沉桩、桩身连接和预应力钢筋张拉等。
　　视不同的土质情况，管桩的沉桩工艺可选择振动、锤击、钻孔或几种方法的组合。振动法或锤击法适合在淤泥质粘土等较软土层中施工，钻孔法适用于粉质粘土、砂性土等较硬的土层。图1、图2给出了一种新的支护形式，即在深层搅拌桩施工之后（初凝前），利用吊机将管桩拎起，靠管桩的自重使其插入到深搅桩内，形成管桩-深搅桩复合挡墙（类似于SMW工法，但其承载力大大提高），使支护挡土合二为一，管桩内的水泥土在有侧限的状态下强度可以得到进一步提高（无侧限水泥土抗压强度一般在1～4MPa），经试验发现带有水泥土的管桩的抗弯承载力可与同直径的C30灌注桩相接近（相差仅3%）。以在上海地区完成的先张法预应力管桩试桩为例（20m长、管径800、壁厚110mm），管桩在深搅桩中的沉桩过程仅为1～3min，考虑到搅拌桩施工以及桩基就位等工序的时间，一天成桩的数量可达10根以上，而相同条件的钻孔桩每天仅可成桩1～2根。
　　
　　图1管桩-深搅桩复合挡墙
　　
　　图2复合挡墙的现场施工
　　对于后张法管桩，其桩节的连接性能将直接影响到整桩的承载力。对于桩身混凝土可采用环氧砂浆进行粘结，而预应力钢筋接头可采用螺旋直纹套筒，如必要，也可以在管桩连接处焊加强钢环。
　　对于管桩和支撑的连接部位，宜浇注混凝土带以避免围檩与管壁连接处的局压破坏，如图3、图4所示。
　
　　图3支撑与钢围檩连接处的节点处理（平面）
　　
　　图4支撑与钢围檩连接处的节点处理（立面）
　　5预应力管桩在深基坑支护中的应用
　　为了推动预应力管桩在深基坑支护工程中的应用，经过充分探讨，在广州市某工程中采用大直径管桩作为试验段，该区段的支护剖面如图1所示。
　　该支护段的土层情况参见见表1。经设计，管桩选用外径1.2m、壁厚150mm，间距为1.4m，混凝土标号C60，桩节长度为4m和8m。预应力钢筋采用HRB400级，利用螺旋直纹套筒进行连接，钢筋张拉控制应力为0.65fyk。根据式（4）～（7）的计算结果，钢筋采用了非均匀的布置形式（见图5），即钢筋布置在预计的屈服区以节约总钢筋用量。
　　
　　图5基坑支护剖面
　　由于大直径管桩的直径达到1.2m，间距1.4m，净距仅为0.2m，且桩身质量更易于保证，不会出现钻孔灌注桩常出现的颈缩、断桩情况，因此该段的止水采用了管桩间设置旋喷桩的措施（准600），简化了止水措施。

《深基坑预应力管桩施工技术要点》

本文由职称驿站首发，您身边的高端论文发表学术顾问

文章名称： 深基坑预应力管桩施工技术要点

文章地址： https://www.zhichengyz.com/lunwen/jianzhu/jianzhusg/9266.html