杨玉贵
（南华大学城市建设学院，湖南 衡阳421001）
[摘要]预应力高强混凝土支护桩是近几年在沿海软土地区大力推广的一种新型支护桩。通过对预应力支护桩在工程中的应用，结合变形监测以及经济效益检验，得出将预应力支护桩应用在软土基坑中，不仅在安全质量上有保证，并在很大程度上提高了基坑支护的经济性及施工便捷性，同时可以有效减少对周边环境的负面影响。
[关键词]基坑；桩；支护；预应力；监测
[中图分类号]TU753.3 [文章编号]1002 -8498( 2016) 07 -0050-05
0 引言
预应力高强混凝土支护桩近几年在沿海软土地区大力推广，目前以江苏省运用最为广泛。预应力支护桩源于PHC管桩技术，不同之处在于预应力支护桩是一种专门为基坑支护而设计的预制桩。就其截面形式而言，目前国内有矩形支护桩、三角形支护桩及圆管型支护桩。
预应力支护桩具有无噪声、无振动、无环境污染、桩身质量可靠、强度高、穿透力强、耐腐蚀、沉桩不易偏心、节约材料、造价低廉等特点。同时具有桩型规格多、设计选用范围广、对持力层起伏变化较大的地层适应性强、运输吊装方便、接桩快捷、施工速度快、工效高、工期短等设计与施工优点。将预应力支护桩应用于软土深基坑中能极大缩短基坑施工周期，明显降低基坑围护成本，且桩的质量比灌注桩更有保障。同时它可以与土钉、锚杆、内支撑、双排桩等支护形式组合使用，是一种非常理想的基坑支护结构。
中山市位于珠三角中南部，其软土沉积时间较短，地下水位较高，绝大部分由淤泥、淤泥质土、粉细砂或三者混合物构成。其物理力学性质非常复杂，具有高含水量、高压缩性、低承载力、渗透系数小、结构性强、流变性明显且土层多为欠固结等工程特性。比较常见的软土厚度一般在20m左右，局部地区软土厚度可达40m以上。这样的土层非常不利于基坑开挖。随着用地日益紧张，1～3层的地下室基坑十分常见，这时采用预应力支护桩进行基坑支护将会是一种可行并且经济的方案。
本文结合中山市爱琴湾花园基坑工程实例，对预应力支护桩在软土基坑支护工程中的应用进行了研究，可供类似工程参考。
1工程概况
本工程为中山市爱琴湾花园，拟建建筑由4栋29~ 31层塔楼及1~3层裙楼组合而成，拟建地下车库1层，地下车库面积约为17503.5m2。本工程基坑周边环境比较复杂，邻近住宅区和市政道路，周围管线密集，用地紧张。地下室及周边环境如图1所示，基坑开挖周长为550. 0m，深度为4.5m，局部电梯井开挖7. 5m。基坑东侧离住宅区围墙仅4. 0m，南侧离道路人行道仅4.0m，西侧临近绿化带，北侧离相邻工地临时围挡约4. 0m。
2 工程与水文地质条件
项目位于中山市石岐区，属珠江三角洲海陆交互相沉积平原地貌单元。各土层条件如下：①素填土稍湿，稍密；②1淤泥饱和，流塑；③砂质黏性土稍湿，硬塑；④1全风化花岗岩岩体基本质量等级为V级；④2强风化花岗岩 岩体基本质量等级为V级；④3中风化花岗岩 中粒结构，其天然单轴抗压强度值f为16.1~21.7MPa，岩体基本质量等级为Ⅳ级。各土层的主要物理力学指标如表1所示。
地下水埋藏浅，属潜水~承压水类型，承压水主要赋存于第四系土层的孔隙及风化基岩的裂隙中。勘察期间测得其混合静止水位埋深为0. 98~1.17m，标高为1.070~1.210m。地下水主要接受降雨补给，并以大气蒸发及侧向径流等方式排泄。
3基坑支护方案
3.1 支护方案选择
综合分析本工程的水文地质条件及周边环境、基坑开挖面积、开挖深度等因素，在确保基坑及周边环境安全的前提下，尽量减少工程造价、缩短施工工期，减少对周边居民正常生活的影响。
根据以上设计条件，常规的做法可采用重力式挡墙、钻孔灌注桩加锚索的支护形式。经过对比分析，综合考虑了安全、经济及施工影响等方面因素，最终选择卸载+预应力支护桩+锚索+网喷的支护形式。本文介绍其中2个典型断面，其支护剖面如图2，3所示。
3.2预应力支护桩选型
常用预应力支护桩外径600mm，壁厚140mm，混凝土强度等级为C80，其他参数如表2所示。根据土质条件及环境情况选取不同剖面计算支护桩弯矩。当基坑开挖到底时，两区段计算桩身弯矩设计值分别为177. 85kN．m和284. 82kN．m，剪力设计值分别为133.76kN和255. 78kN。对应选择D600-140 I型预应力支护桩能满足抗弯抗剪要求，且整体稳定安全系数、抗隆起安全系数及抗倾覆安全系数均能满足要求。
4 支护结构施工
在软土地区经常发生如挤土效应明显、地面隆起、陷机、支护桩上浮等问题，合理处理这些问题是预应力支护桩施工的关键。对于挤土效应、地面隆起等则应在沉管前挖设防挤沟、应力释放孔等，并合理安排压桩顺序等措施加以解决；对于陷机事故，可通过增大施工现场地基承载力，如回填碎石块、铺设大量钢板等方法加以解决；对于支护桩上浮应密切观测，注意变化，及时采用钻机引孔、开口桩尖及复压等方法，达到最佳沉桩效果。
预应力支护桩在深基坑中的施工应符合以下几个原则。
1)保证嵌固深度，尽量避免接桩。如果桩长过长，需要接桩，密切关注接桩质量，在有类似设计或施工经验的专家指导下进行接桩。严禁在开挖深度以内接桩，保证接桩位置设于基坑开挖面H(H为基坑深度)以下位置，以减小接桩对整个桩身力学性能的影响。采用内扣式机械接头加焊接的接桩方式，使上下两端支护桩连接牢靠，保证不影响桩身稳定性及受力特性。
2)支护桩桩底采用开口桩尖，利用土塞效应减少挤土效应。
3)支护桩沉桩过程中遇到硬土层不得停打，保证支护桩在接桩时桩尖未到硬土层或已经穿过硬土层。
5 基坑监测及分析
本工程监测周期为3个月，1个月基坑开挖期，2个月基础及地下室施工。本文将详细分析基坑的冠梁水平位移、土体深层水平位移、周边地面沉降的监测数据。基坑监测点布置如图4所示。
5.1冠梁水平位移
整个基坑冠梁水平位移观测点共计20个，约15~ 20m布设1个观测点，选取其中6个测点进行分析。GW3，GW5位于南侧市政道路，GW11，GW12位于东侧紧邻周边住宅区，GW17，GW19位于北侧临近隔壁施工工地。冠梁水平位移曲线如图5所示。由图5可知，在基坑监测过程中，位移最大为南侧中部冠梁，达23. 0mm，其余三侧冠梁水平位移均较小。
从图5可以看出，在土方开挖过程中，冠梁水平位移变化速率随着开挖深度的增加而增大。CW3，GW5监测点在基坑开挖第1周变化速率很大，是由于土方承包单位没有按照设计要求逐层开挖，而是打算一挖到底。叫停土方开挖后，经过1周监测发现无问题后才继续开挖。而后其他两侧在开挖过程中严格遵守施工顺序，分层有序开挖，监测发现冠梁水平位移基本稳定增长。监测数据显示，在10月29日至11月6日期间（大部分断面此时已经开挖到底）位移变化速率已经趋于稳定，尚有进一步增长的趋势。后期随着基础垫层及底板的浇筑，位移变化速率趋于稳定。
5.2 土体深层水平位移
整个基坑土体深层水平位移观测点共计13个，约25m布设1个观测点，选取位于开挖深度为7.5m电梯井基坑侧壁处的1个测点进行分析。深层水平位移曲线如图6所示。在基坑监测过程中，深层水平位移最大为16. 50mm，大大低于预期的25. 50mm。分析原因：①施工时为了保证变形较小，施工班组实际锁定值大于设计锁定值。②预应力支护桩本身具有一定的预应力，可能对深层水平位移变化有积极影响。
由图6可知，土体深层水平位移呈现“中间大两端小”的趋势。这主要是桩顶冠梁以及锚索对桩起约束作用，限制了位移。随着土方开挖，桩体侧向水平变形逐渐增大，且最大位移位置随开挖深度的增加而逐渐下移，随着2道锚索的作用，最大位移位置最后趋于基坑开挖深度的中下部。10月31日之后，土体的深层水平位移变化趋于稳定。预应力支护桩上部由于受到2道锚索的作用，在基坑开挖到底之后水平位移变化速率很慢，而桩下部则水平位移明显比上部变化速率大。这是由于基坑尚未开挖时，基坑底土体尚未移动，待基坑开挖到底之后，被动区有部分土体达到极限平衡遭到破坏，桩周围的土应力发生变化，同时桩产生挠曲，而基坑底土体则达到新的平衡状态。
5.3周边地面沉降
整个基坑周边地面沉降观测点共计28个，15~20m布设1个观测点，选取其中6个测点进行分析。ZC4位于西侧绿化带，ZC9，ZC11位于南侧市政道路，ZC16，ZC18位于东侧紧邻周边住宅区，ZC24位于北侧临近隔壁施工工地。地面沉降变化曲线如图7所示。
由图7可知，在基坑监测过程中，沉降最小的为西侧监测点ZC4，为19.00 mm。该侧由于放坡，沉降变化速率与基坑其他三侧变化明显不同，且周边离道路较远，所以沉降最少。沉降最大的为基坑南侧ZC11，达27. 40 mm。分析原因：①支护结构南侧距离市政道路很近，日常车辆众多，偶尔有小型轿车停靠。②该侧曾有ld时间发生市政污水管破裂，后虽尽快抢修完毕，但大量污水流入周边土体是导致该侧沉降大的另一原因。
6 结语
1)本基坑工程采用了预应力支护桩加锚索的支护形式，从实际施工效果来看，预应力支护桩抗弯刚度比常规PHC管桩有较大提高，更适合于以受水平力为主的基坑支护工程。通过实践证明，预应力支护桩能够与锚索协同控制基坑变形，对其在基坑工程中的应用推广有良好的参考借鉴作用。
2)根据现场实际施工情况，支护桩的施工可能对周边环境及基坑本身造成一定的影响。因此，在预应力支护桩的施工过程中，须根据实际情况，采用合理的施工工艺及有效措施，减少对周边环境可能造成的影响以及对本基坑的变形影响。
3)据现场实测结果，土体深层水平位移均比计算值小很多。经分析发现，由于预应力支护桩桩身施加了预应力，锚索进行了二次预应力施加，所以对控制基坑的变形有着非常明显的作用。
4)相对于常规桩型，预应力支护桩在保证基坑安全的基础上，降低了基坑支护的工程造价，且大大缩短了施工周期。对于基坑的经济性及施工便捷性都有进一步提高。
从环保方面考虑，采用静压桩施工大大减少了施工噪声对周边居民日常生活的影响。相对于钻孔（或沉管）灌注桩而言，预应力支护桩施工过程中不会带来大量水泥、泥浆等污染。
5)对一些受周边条件限制、基坑周围有其他重要建筑物、对基坑开挖过程中的变形量要求较高、无放坡开挖空间、工期要求紧张的基坑适宜选用预应力支护桩进行支护。
预应力支护桩在软土基坑支护的应用在未来将有很广阔的应用前景。无论从安全、质量、经济还是环境保护方面，其自身具备的优势非常明显。今后研究的重点将在于开发出更多型号、形式的预应力支护桩，详细研究其受力特性，尤其是水平受力特性。结合基坑工程的特点，研究其在基坑工程中的设计与施工理论。结合实践经验，针对不同区域，研究并推广其在深基坑中的应用。
