基坑支護型橫隔式預應力混凝土管樁製作施工工法

《基坑支護型橫隔式預應力混凝土管樁製作施工工法》是華豐建設股份有限公司完成的建築類施工工法，完成人是章銘榮、鄔建平、謝立軍、袁勇為、吳佳雄，適用於軟土地基挖深為5～7米左右的基坑，尤其適用於單節長度（最長為15米）的樁底部存在較硬土層的地質條件。

《基坑支護型橫隔式預應力混凝土管樁製作施工工法》主要的工法特點是：採用"選單式"加工製作；管樁長度一般為單節，靜壓沉樁施工方便、速度快；基坑圍護屬臨時擋土結構。

2008年01月31日，《基坑支護型橫隔式預應力混凝土管樁製作施工工法》被中華人民共和國住房和城鄉建設部評定為2005-2006年度國家一級工法。

基本介紹

• 中文名：基坑支護型橫隔式預應力混凝土管樁製作施工工法
• 完成單位：華豐建設股份有限公司
• 主要完成人：章銘榮、鄔建平、謝立軍、袁勇為、吳佳雄
• 套用實例："名仕嘉景苑"居住小區地下室基坑圍護工程
• 主要榮譽：國家一級工法（2005-2006年度）
• 審批單位：中華人民共和國住房和城鄉建設部
• 工法編號：YJGF104-2006

形成原因

軟土地基中基坑圍護採用預應力混凝土管樁，具有沉樁方便、施工速度快、主筋位置準確、圍護造價低、無噪聲無污染的優點。在相同的基坑挖深和軟土地質條件下，圍護造價比沉管灌注樁低約10%~20%，比鑽孔灌注樁低約50%。但預應力混凝土管樁的抗側移剛度弱，抗裂彎矩值低，以PC-ABФ600（100）的管樁為例，其抗裂彎矩檢驗值為201千牛·米，極限彎矩檢驗值為332千牛·米（見國家標準“預應力混凝土管樁”03SG409）。華豐建設股份有限公司與有關單位共同研發出橫隔式預應力混凝土管樁，《基坑支護型橫隔式預應力混凝土管樁製作施工工法》成果已由寧波市科技局組織鑑定通過，並套用於寧波市紫郡小區等工程的基坑圍護。橫隔式預應力混凝土管樁構造如圖1，圖2所示。

圖1 橫隔式預應力管樁縱剖面圖

圖2 剖面

工法特點

《基坑支護型橫隔式預應力混凝土管樁製作施工工法》的工法特點是：

⒈採用“選單式"加工製作。根據基坑圍護設計的預應力混凝土管樁的直徑、型號、長度以及橫隔位置加工製作橫隔式預應力管樁。橫隔式預應力管樁在工廠生產時，首先預製好圓環形配筋混凝土的橫隔，如圖3所示，然後嵌入管樁的鋼胎模中，橫隔的儒外伸筋與管樁的鋼筋籠綁紮。橫隔位置依圍護樁的彎矩圖布置，在彎矩最大處加密，底部考慮彎矩值小且沉樁時土柱頂塞而不布置。離心法生產的其他工藝同一般的預應力混凝土管樁。

圖3 橫隔式管樁實驗現場裝置 （a）實驗現場（b）實驗現場

⒉橫隔式預應力管樁的抗彎承載力通過破壞性試驗，可提高約20%以上，試驗裝置照片見圖4（a）（b）。

圖4（a） 橫隔式管樁實驗 1號樁極限狀態最大裂縫

圖4（b） 橫隔式管樁實驗 加鋼筋混凝土橫隔（2 號樁）

⒊管樁長度一般為單節，靜壓沉樁施工方便、速度快，與沉管灌注樁、鑽孔灌注樁相比，無振動噪聲，無泥漿污染，因管樁底開口而擠土效應不大。管樁若用2節為一根，接頭焊縫按標準圖施工屬等強度焊接。

⒋基坑圍護屬臨時擋土結構，因其造價比沉管灌注樁和鑽孔灌注樁低。

操作原理

適用範圍

《基坑支護型橫隔式預應力混凝土管樁製作施工工法》的適用範圍如下：

橫隔式預應力混凝土管樁作為一種新型的基坑圍護樁，適用於軟土地基挖深為5~7米左右的基坑，尤其適用於單節長度（最長為15米）的樁底部存在較硬土層的地質條件。樁頂一般為壓頂環梁結合支撐系統，也可以懸臂式受力。當單節管樁套用於基坑圍護樁牆時，若插入坑底深度不足時，可採取的措施有：

⒈降低樁頂設計標高，即樁頂以上放坡式處理；

⒉支撐梁截面設計成“丄”形，有利於增大梁底與底板頂面的淨空尺寸；

⒊基坑底部被動區打水泥攪拌樁加固；

⒋套用兩節管樁焊接接頭，此時焊縫厚度應按標準圖施工，形成等強度接頭。

工藝原理

《基坑支護型橫隔式預應力混凝土管樁製作施工工法》的工藝原理是：

根據基坑圍護樁套用部位的計算彎矩圖形設定管樁內的數道橫隔，增大預應力混凝土管樁的抗裂彎矩與極限彎矩值。管樁工廠在離心法生產管樁時嵌入等強度等級的混凝土橫隔預製塊，嵌入深度30毫米，橫隔與預應力管樁的混凝土澆搗為整體，養護後運輸至現場，沉樁至設計標高，管樁頂嵌入混凝土壓頂環梁50毫米，錨筋焊於管樁頂帽板。當設計的圍護管樁間距較大時，可在管樁外側施打水泥攪拌樁止住水土。橫隔與管樁壁搭接如圖5所示。

圖5 橫隔與管樁壁搭接

施工工藝

《基坑支護型橫隔式預應力混凝土管樁製作施工工法》的施工工藝是：

工藝流程

預製混凝土橫隔-綁紮管樁鋼筋籠-嵌入橫隔預製塊-合攏鋼模-張拉預應力筋-離心法生產-蒸汽養護-放張預應力筋-運至工地-測量放線-沉樁-焊接樁頂錨筋-施工壓頂環梁及支撐。

操作要點

⒈橫隔鋼筋綁紮後放入專用鋼模，按管樁C60混凝土配合比製作橫隔預製塊，單片橫隔100毫米或75毫米厚。

⒉綁紮管樁鋼筋籠，先預應力縱筋，再安裝螺栓箍。預應力筋和螺旋箍筋焊接點的強度損失不得大於該材料標準強度的5%，鬆脫的焊點套用鋼絲綁紮。鋼筋籠按標準圖設計型號。

⒊安裝橫隔預製塊，將其連線筋Ф8綁紮於管樁主筋上，然後安裝帽箍板及其錨筋。先張法模外張拉預應力筋，採用張拉應力和預應力筋伸長值雙控。

⒋採用澆灌機對混凝土均勻布料，離心法生產預應力混凝土管樁，離心工藝成型應按慢速、中速、高速三個階段進行，以保證混凝土密實與壁厚均勻。管樁長度按設計。然後蒸汽養護室常壓蒸養，按預養、升溫、恆溫、降溫四個階段進行，升溫速率每小時不宜超過25攝氏度，恆溫溫度不宜超過90攝氏度。

⒌放張拉預應力筋時，與管樁相同條件養護的混凝土試件的抗壓強度不得低於40兆帕。

⒍管樁編號後用汽車運輸至工地，並按要求碼放。

⒎樁機就位，測設管樁的樁位，並吊運管樁就位。

⒏沉樁，採用靜壓法施工，沉樁以樁底設計標高作為沉樁控制原則，沉樁次序先中間，後往兩側延伸，用經緯儀控制管樁的垂直度，用水準儀控制送樁器標高。管樁接頭電焊應兩人分三層對稱進行，內層焊必須清理乾淨後方能施焊外一層，焊縫應連續飽滿。

⒐焊接樁頂錨固筋，若管樁頂超高應截樁後將錨固筋植入樁孔中混凝土內，錨固筋要求見標準圖。

⒑施工壓頂鋼筋混凝土環梁及支撐，當鋼樁頂標高超低時，應往下加厚混凝土環梁的截面尺寸。

材料設備

《基坑支護型橫隔式預應力混凝土管樁製作施工工法》所需材料設備如下：

材料

圓環形混凝土橫隔預製塊，各型PHC、PC、PTC預應力混凝土管樁，根據圍護結構施工圖，按國標03SG409《預應力混凝土管樁》或省標2002浙G22《先張法預應力混凝土管樁》選用。

機具設備

預應力混凝土管樁離心法生產機械設備，靜力壓樁機，質量檢測工具等。

質量控制

《基坑支護型橫隔式預應力混凝土管樁製作施工工法》的質量控制要求如下：

⒈橫隔式預應力管樁生產的質量要求

①水泥應採用強度等級不低於42.5級，其質量應符合相關國標的規定。

②粗骨料應採用碎石，PHC與PC樁的碎石最大粒徑不應大於25毫米，PTC樁的碎石最大粒徑不應大於20毫米，細骨料宜採用潔淨的中粗砂，細度模數為2.3~3.4。粗細骨料的質量均應符合相關國標的規定。

③鋼材包括預應力筋、螺旋筋、錨固筋、端帽板的質量均應符合相關國標的規定。

④圓環形橫隔預製塊預製應尺寸準確，硬化後與管樁的鋼筋籠綁紮牢固。

⑤管樁離心法生產時兩端帽板處的混凝土應特別注意密實，管樁的混凝土強度等級必須達到設計要求。

⒉橫隔式預應力管樁沉樁的質量要求

①管樁的接樁採用樁端帽板焊接法，直觀無氣孔、無焊瘤、無裂縫，焊縫應連續飽滿，其外觀質量應符合二級焊縫的要求。

②靜壓沉樁的終壓標準應根據樁端設計標高為主控制，沉樁終壓力作參考。管樁頭部應錨入壓頂環梁50毫米。

③管樁沉樁後平面位置允許偏差為80毫米，樁頂標高允許偏差±50毫米。

④整根樁身垂直度允許偏差不超過1%。

安全措施

施工單位採用《基坑支護型橫隔式預應力混凝土管樁製作施工工法》施工時，除應執行國家、地方的各項安全施工的規定外，尚應遵守注意下列事項：

⒈生產製作預應力管樁的機械設備定期按設備維修保養制度進行維修保養。

⒉張拉預應力筋作業時，操作應平穩、均勻，兩端不得站人。在測量鋼絲的伸長時，應先停止拉伸，人員必須站在側面操作。

⒊預應力管樁的吊運機械應按規程操作，嚴禁起吊運輸管樁的下方站人。鋼絲繩及繩卡應經常檢查保證牢固。

⒋管樁需疊層堆放時，一般不超過2層，可梅花型疊接，應按圖6所示兩支點位置放在墊木上。底層管樁外緣的墊木處用木楔塞緊，防止滾落傷人。

圖6 管樁兩支點位置圖 註：L為樁節長度。

⒌預應力管樁沉樁時，非操作人員應離機10米以外，起重機的起重臂下，嚴禁站人。

接樁時，上一節應提升350~400毫米，此時，不得鬆開夾持板。

壓樁時，應按樁機技術性能表作業，不得超載運行。操作時動作不應過猛，避免衝擊。

環保措施

施工單位採用《基坑支護型橫隔式預應力混凝土管樁製作施工工法》的環保措施如下：

⒈根據施工總平面圖在施工現場四周設定一封閉的圍牆及大門，將現場與外界隔離。

⒉在現場出入口處設定汽車沖洗台及污水沉澱池，對開出車輛進行沖洗，做到車輛不帶泥沙出場。安排工人每天進行現場衛生清理，做到整潔有序，無污水、污物出口暢通、不積水、不發臭、不污染周圍環境。

⒊施工現場應儘可能地將表層硬化，減少粉塵影響。

⒋採用靜壓法沉樁，便於控制標高，又符合環保要求，無噪聲污染。

⒌管樁下端開口，以便於沉樁時土柱內塞，部分消除擠土影響。

效益分析

《基坑支護型橫隔式預應力混凝土管樁製作施工工法》的效益分析如下：

橫隔式預應力混凝土管樁套用於軟土基坑圍護的主要特點是造價低與施工方便，基坑圍護結構以同樣的軟土地質條件與同樣的挖深及相同的支撐系統（見圖7），與沉管灌注樁及鑽孔灌注樁的造價對比如表1。

圖7 基坑圍護剖面與地質條件（尺寸單位: 米）

說明：按土壓力作用下等值梁法計算所得樁牆沿坑周內力彎矩為351千牛·米/米，管樁按間距@800，單樁內力為281千牛·米。表中所列M_k、M_uk為普通預應力管樁，但橫隔式預應力管樁則M_k、M_uk均提高約20%，故滿足要求。

註：施工費用以2005~2006年施工材料價格計算

套用實例

《基坑支護型橫隔式預應力混凝土管樁製作施工工法》的套用實例如下：

⒈“名仕嘉景苑”居住小區地下室基坑圍護工程

“名仕嘉景苑居住小區"位於寧波市科技園區內，北臨已建成使用的圍海公司多層住宅，西靠楊木楔路，南臨江南公路，東臨浙大軟體學院大樓。該工程地下室一層，最大挖深5.70米，地上15層、11層，工程樁為預應力混凝土管樁。地質條件屬軟土地基，從上至下分別為：鬆散狀素填土、軟可塑的黏土、流塑狀的淤泥質黏土、流塑狀的淤泥、流塑狀的淤泥質粉質黏土，基坑開挖面為淤泥。基坑圍護結構設計單位-浙江省岩土基礎公司，業主單位-世紀華豐控股有限公司。基坑圍護樁採用橫隔式預應力管樁PC-AB600（100）-15米（單節），間距@800，樁頂放坡1.5米高，支撐系統為鋼筋混凝土對撐、角撐結合樁頭的壓頂環梁。該基坑開始施工為2004年冬天，小區於2006年竣工。基坑開挖後，各項監測結果正常。基坑圍護周長310米，與沉管灌注Ф500@650相比，節約造價約19萬元。

⒉“紫郡”居住小區K6A地下室基坑圍護工程

“紫郡居住小區”K6A地下室基坑工程位於寧波市鄞州區誠信路北側，東側為排洪河道-甬新河，西側與北側均為規劃道路。鄞州區地貌為濱海淤積平原。該工程地質條件屬軟土地基，土層性質很差，詳見圖7所示。該工程為地下室一層，基坑面積約9100平方米，最大挖深為6.25米，地上18層、16層各兩幢，工程樁為鑽孔灌注樁及預應力管樁。基坑圍護結構設計單位-寧波市工業建築設計研究院，業主單位-世紀華豐控股有限公司。基坑圍護結構採用橫隔式預應力管樁PC-B600（100）-15米（單節），間距@800，樁頂放坡2.2米高，放坡寬見圖7。支撐系統為鋼筋混凝土對撐、角撐結合樁頭的壓頂環梁。該工程基坑開挖施工期間正值2006年春天雨季，基坑圍護的各項監測結果基本上正常，僅最大挖深處坑邊的深層土體位移值為85毫米，略超過報警值80毫米。基坑圍護周長425米，與沉管灌注樁Ф530@680相比，節約造價約25萬元。

⒊“紫郡”居住小區K6B地下室基坑圍護工程

“紫郡居住小區”K6B地下室基坑工程地理位置及地質情況同K6A工程。該工程為地下室一層，基坑面積約9800平方米，最大挖深為6.25米，地上18層、15層各兩幢，工程樁為鑽孔灌注樁及預應力管樁。基坑圍護結構設計單位-寧波市工業建築設計研究院，業主單位-世紀華豐控股有限公司。基坑圍護結構採用橫隔式預應力管樁PC-B600（100）-15米（單節），做法同K6A基坑圍護工程。支撐系統為鋼筋混凝土對撐、角撐結合樁頭的壓頂環梁。該工程基坑開挖施工期間也為2006年春季，基坑圍護的各項監測結果基本上正常，均在報警值以內。基坑圍護周長356米，與沉管灌注Ф530@680相比，節約造價約27萬元。

註：施工費用以2005~2006年施工材料價格計算

榮譽表彰

2008年1月31日，中華人民共和國住房和城鄉建設部以“建質[2008]22號”檔案發布《關於公布2005-2006年度國家級工法的通知》，《基坑支護型橫隔式預應力混凝土管樁製作施工工法》被評定為2005-2006年度國家一級工法。