田 野 张 涛 陈 国 宋 志 柳 瑶 高 雨

1. 中建三局集团有限公司工程总承包公司 湖北 武汉 430070；2. 湖北中建三局建筑工程技术有限责任公司 湖北 武汉 430070

随着国家对绿色建筑及建筑工业化发展要求的逐步提高，建筑工业化水平不断提升，很多预制支护结构在基坑工程领域不断发展。

预制混凝土管桩作为一种常规的工程桩也被引入到基坑工程领域，但预制混凝土管桩抗弯、抗剪能力有限，导致其在基坑工程中应用时往往不能满足工程需要。

TSC桩，即预制高强混凝土薄壁钢管桩，是在采用牌号为Q235B或Q345B的钢板（钢带）经卷曲成形后焊接制成的钢管内浇筑混凝土，经离心成形，混凝土抗压强度不低于80 MPa，且具有承受较大竖向荷载和水平荷载能力的新型基桩制品[1]。

TSC桩的抗弯、抗剪承载力显著提高，施工时穿透能力、抗锤击能力强。作为一种新型支护结构，TSC桩的应用可扩展预制桩在基坑支护中的使用范围，提高基坑支护预制化水平和现场施工文明程度，从而促进基坑工程领域建筑工业化的发展。

目前，TSC桩应用于基坑支护的研究主要是分析桩体工程力学性能及变化规律。

陈龙等[2]、富坤等[3]分析了TSC桩抗弯试验与数值模拟结果，提出可采用有限元方法分析TSC桩的抗弯承载力。

陈辉[4]分析了TSC桩在超高层建筑基础中的应用。赵升峰等[5]给出了预制混凝土管桩在基坑工程中的应用实例。

颜荣华等[6]、黄广龙等[7]通过理论或试验的方法，分析了预制桩受力或破坏机理，提出了预制桩抗弯或抗剪承载力计算公式。

为满足建筑工业化发展的要求，预制支护结构在基坑工程中的应用越来越多，随着基坑开挖深度的加大，预制管桩抗弯、抗剪承载力较小的缺陷成为制约工程应用的关键，TSC桩在基坑支护中的应用相对较少，其工程性能相较于传统预制混凝土管桩显著提高。本文以武汉剥蚀堆积垄岗地貌三级阶地碎石土地层为背景，研究TSC桩在武汉碎石土地层中的应用，结合支护设计、监测结果，分析TSC桩支护特性，以期为类似工程提供借鉴。

1 TSC桩截面特性

TSC桩可分为Q235B的Ⅰ型和Q235B的Ⅱ型，截面外径400～1 200 mm，壁厚90～150 mm，单节桩长一般为15 m，最大单节桩长可达40 m（图1）。选取几种典型TSC桩，其抗弯性能如表1所示。

图1 TSC桩及其尺寸示意

表1 TSC桩抗弯性能

根据支护桩挠曲微分方程可知，弹性模量E和截面惯性矩I是影响基坑计算位移的主要因素，其中弹性模量E由桩体材料确定，截面惯性矩I由截面形状决定。从TSC桩截面特性（表2）可知，TSC桩具有优于同等桩径混凝土灌注桩的抗弯刚度，通过外包钢板可提高桩体弹性模量，从而有利于TSC桩更好地减小基坑变形，提高支护的安全性。

表2 TSC桩截面特性

2 基坑方案设计

2.1 工程概况

背景工程位于武汉经济技术开发区硃山湖以南，鄂江左线堤上路以北处。工程设置2层地下室，基坑开挖深度11.25 m，涉及TSC桩支护段长度约80 m，基坑距离红线约11 m，红线外为通行道路。结合周边环境，考虑工程进度要求，拟对南侧基坑采取TSC桩悬臂式支护。

2.2 地层参数

表3 岩土物理力学参数

2.3 支护结构计算

采用弹性土压力理论，选典型支护剖面采用TSC桩作为竖向支护结构，桩径600 mm，桩壁厚110 mm，钢管厚10 mm，单根桩长15 m，间距1 m，基坑支护剖面如图2所示。基坑重要性等级为一级，支护桩截面积为0.18 m2，惯性矩0.005 538 m4，桩间距1.0 m，桩顶放坡高4.25 m，支护桩悬臂7.0 m。根据周边环境情况，地面超载取为25 kPa。经计算，得到内力及位移曲线如图3所示。

图2 基坑支护剖面示意

图3 计算内力及位移

经设计计算对比（表4），TSC桩支护结构位移满足地方标准规程[8]，所选桩型可满足基坑支护内力及变形要求。

表4 TSC桩设计值

2.4 TSC桩抗弯试验

为检验TSC桩工程特性，参照JG/T 272—2010《预制高强混凝土薄壁钢管桩》[1]附录G中抗弯性能试验方法，开展TSC桩抗弯性能试验，检测桩型号为TSC-Ⅰ-600-110-10-15，试验桩长8 m，试验装置如图4所示。采用位移计和应变片测试跨中及距跨中0.5 m处的桩身变形与荷载，并计算得到支护桩受弯过程中的截面弯矩，试验数据如图5、图6所示。结合试验结果及支护结构设计中计算得到的弯矩值可知，计算弯矩仅相当于约桩身极限弯矩的30%，对应TSC桩最大桩体变形小于4 mm，桩身结构强度满足使用要求。

图4 试验装置

图5 TSC桩抗弯试验数据一

图6 TSC桩抗弯试验数据二

3 TSC桩施工

参照预制混凝土管桩，TSC桩可采用静力压桩法，或锤击沉桩法施工，也可在水泥土搅拌桩中采用自沉桩法施工。

本工程所述基坑地层以老黏土或碎石土为主，地层强度高、压缩性低，采用锤击或静压难以达到沉桩深度。为此，结合工程实际情况，针对碎石土地层采用预引孔沉桩法施工，即先采用旋挖机进行预引孔施工，再采用振动锤进行沉桩施工（图7）。为保证桩体与地层贴合密实，对于桩径600 mm的TSC桩，预引孔直径为400～500 mm，设计桩长15 m，预引孔深度5～10 m，预引孔尺寸根据地层情况进行调整。

图7 TSC桩预引孔沉桩法施工

3.1 施工工艺流程

针对碎石土地层，采用预引孔沉桩法施工TSC桩，施工工艺流程为：施工准备→桩位放线→导槽开挖→预引孔施工→成孔检查→桩架垂直度校核→锤击沉桩施工→冠梁施工→土方开挖→基坑壁锚喷护面→开挖至基底。

3.2 施工准备

根据设计预制高强混凝土薄壁钢管支护桩型号，向厂商订购并运至现场。正式使用前，按规范对TSC桩外观尺寸、允许偏差、抗弯性能等进行检验，达标后方可使用。为保证施工机械正常行走，应对施工作业面进行整平、硬化或铺设碎石。为更好地控制桩位，在测设桩位时可设置导槽。

3.3 预引孔

采用引孔钻机进行预引孔施工，引孔孔径小于设计孔径100～200 mm，引孔深度一般不超过基底。根据后期沉桩难易程度调整引孔孔径和深度，并尽量减少引孔施工，降低对土体的扰动。

3.4 沉桩

利用吊车或锤桩机中的卷扬机将TSC桩吊起，对准桩位，将桩体插入土中一定深度。校正桩位和桩身垂直度后，开始锤击沉桩施工。桩顶沉桩至接近地面时，可采用专用送桩器将桩体锤送至设计标高。

3.5 冠梁施工

TSC桩与冠梁的连接如图8所示。在设置托板及放入钢骨架后，先浇灌桩顶设计标高以下的填芯混凝土。浇灌填芯混凝土前，应将桩内壁杂物清除干净。浇筑用混凝土可采用微膨胀混凝土，且混凝土强度等级不得低于冠梁混凝土强度等级。填芯混凝土钢筋骨架在顶部向冠梁内弯折，锚入冠梁的锚固长度按相应规范取值。

图8 TSC桩与冠梁连接构造示意

4 实施效果监测

为验证支护效果，在TSC桩支护段外侧土体中设置测斜管，测斜管直径75 mm。实测支护桩开挖至基底工况下，桩身位移结果如图9所示。监测结果显示，支护结构位移最大值为23.31 mm，最大位移发生在桩顶，位移控制效果基本可满足规范规定及工程实际要求。

图9 TSC桩支护开挖至基底实测位移

5 结语

本文以武汉剥蚀堆积垄岗地貌三级阶地碎石土地层为背景，研究TSC桩在基坑支护中的应用，结合支护设计与施工及基坑监测结果，分析TSC桩支护特性。根据相关分析，得出如下结论：

1）TSC桩具有较好的抗弯刚度和较强的抵抗弯矩特性，通过工厂化制造，可提高桩体质量，并有利于加快施工进度、提高现场文明施工水平。

2）在老黏土或碎石土地层中，可采用预引孔沉桩法进行TSC桩施工，即采用旋挖钻机预引孔，减少地层阻力，再采用振动锤击方法将TSC桩下沉至设计标高。通过该方法的使用，进一步拓展了TSC桩的地层使用范围，提高了基坑支护预制化水平。

3）通过桩体及土体测斜管监测，基坑位移满足周边环境及支护结构位移控制要求，达到了较好的支护效果，可为类似工程提供一定的借鉴。