张 宁

上海山南勘测设计有限公司 上海 201206

上海地区赋存有深厚的软土层，含水量高、易扰动，基坑周边环境的保护要求一般较高，对围护结构的安全性、经济性及环境保护效果提出了越来越高的要求。

PC工法组合桩以钢管桩挡土、采用小企口与钢板桩连成整体作为挡水结构，形式简洁、施工便利。近几年的基坑围护工程实践表明，PC工法组合桩具有整体性好、刚度大、施工效率高等优点，在软土地区也具有较好的适用性。且在围护工程结束后，围护桩可以完全回收，与传统支护结构相比，对环境更加友好、经济性较好[1-3]。

目前，PC工法组合桩在上海地区的应用较少，对其受力性能的研究也尚不深入[4]。本文基于上海市普陀区某基坑围护工程，介绍了PC工法组合桩的应用效果。

1 基坑工程概况

1.1 基坑规模及周边环境

本工程位于上海市普陀区武威路、敦煌路区域，拟建1层地下室，基坑开挖面积72 737 m2，开挖深度5.9～6.8 m。基坑周边环境复杂，东侧为已建地下管廊（埋深5.4 m，距离基坑1.8～3.3 m）、南侧为道路（距离基坑4.0 m）、西侧为已建地下管廊（埋深5.4 m，距离基坑1.8 m）、北侧为在建地下通道（距离基坑10.0 m）及已建车行环路（距离基坑1.8 m），如图1所示。

图1 基坑工程周边环境

1.2 地质条件

场地属于滨海平原地貌。场地内原为受污染的工业用地，工程开工前已对污染区采取挖出换填法进行处理，造成基地内①1层填土较厚，一般厚度为1.8～3.0 m，局部达7.3 m，上部以建筑垃圾为主，土质松散且不均匀；第②层微灰黄-灰色粉质黏土，大部分区域缺失或较薄。工程涉及深度范围内土层由上至下主要为①1填土、③灰色淤泥质粉质黏土、④淤泥质粉质黏土、⑤1-1灰色粉质黏土、⑤1-2灰色黏土。

1.3 围护结构选型

本工程基坑开挖面积巨大，周边环境保护要求高，地下室退界少，工期要求较高，对围护结构选型要求较高。

施工方式选型：由于地下室施工工期较为紧张，分坑施工不能满足工期要求，故地下室须整体施工。由于地下室退界及基坑深度原因，重力式坝体的围护形式不具有可行性，故本工程选用板式围护的形式。

围护桩选型：考虑到东西两侧管廊用围护桩（SMW工法）尚未拔除，故考虑利用既有围护桩；南侧环境保护要求一般，故采用SMW工法；北侧施工空间有限，三轴搅拌桩设备无法施工，故选用PC工法组合桩。

支撑形式选型：考虑到基坑面积巨大，不宜采用超长水平支撑，故设置前撑式注浆钢管作为内支撑[5]。

综上，基坑围护选型结果如下：东侧、南侧和西侧采用SMW工法＋1道前撑式注浆钢管支撑（角部为混凝土支撑）；北侧采用PC工法组合桩＋1道前撑式注浆钢管支撑（角部为混凝土支撑），围护形式如图2所示。

图2 PC工法组合桩围护形式

该围护形式的施工顺序如下：施工钢管桩及钢板桩→施工前撑式注浆钢管并注浆→施工混凝土围檩→开挖坑边土方至坑底，并立即施工坑边配筋垫层→施工底板及开挖其余区域土方→待底板及换撑达到设计强度后，视监测情况逐步拆除底板上钢管支撑（“隔二留一”作为换撑）→地下结构施工完成并回填基坑后，割除其余钢管支撑。

2 监测结果分析

2.1 监测结果

图3为CX1在不同施工阶段的测斜值曲线和桩顶、桩底位移曲线。其中，CX1开挖深度5.90 m，采用长14 m的φ630 mm×14 mm钢管桩@1 100 mm＋长12 m拉森Ⅳ号钢板桩＋长27 m的φ377 mm×10 mm钢管@3 025 mm（倾角45°）。图3（a）为基坑施工过程中从开挖到支撑拆除各个阶段的测斜曲线形态，曲线为典型的板式围护形态：顶部位移较小，随深度增加，变形逐渐增加，坑底附近变形达最大值，然后随深度增加，变形逐渐减小。图3（b）为基坑施工过程中桩顶位移及坑底附近位移随时间的变化趋势，从图3（b）可见，围护桩的变形可分为4个阶段：

图3 PC工法桩位移变化曲线

1）从开挖至垫层形成，此阶段发展变形速率最快，所产生变形占围护结构最终总变形的50%左右。

2）底板形成前阶段，在垫层形成后，底板形成过程中，变形速率逐渐衰减。

3）底板形成后阶段，变形基本稳定。

4）拆撑阶段：坑底附近变形不显著，但桩顶变形有一定程度的发展，随后变形稳定。桩顶和坑底附近位移均较大，是典型的斜撑板式体系的变形特点。

2.2 支撑形式对PC工法桩变形特性的影响

图4为不同支撑形式的PC工法桩变形曲线，其中，CX6开挖深度5.90 m，采用长14 m的φ630 mm×14 mm钢管桩@1 100＋长12 m的拉森Ⅳ号钢板桩＋混凝土角撑，从图4中可以看到：

图4 CX1与CX6测点数据对比

1）水平支撑对控制桩顶变形及坑底变形更为有利，不论桩顶变形还是坑底变形，水平支撑均小于斜撑工况，说明支撑刚度对控制围护结构变形作用显著。

2）在水平支撑作用下，垫层形成以后，不论桩顶变形还是坑底变形收敛速度都更快。

3）在支撑拆除后，角撑和斜撑桩顶增量位移及总位移相差不大，表明PC工法桩本身整体性较强。

2.3 PC工法桩——理论值与实测值

图5为PC工法桩应用启明星软件计算得到的测斜理论值与实测值的对比。从图5可知，在坑底以上段，围护体测斜变形较计算值小，尤其是桩顶变形远小于计算值，主要原因是PC工法桩整体性较好，钢管桩相互的拉结作用显著，且在打桩过程中钢管内土体形成土塞，同样会增大桩体刚度。

图5 理论与实测变形曲线对比

由于围护体变形会对外侧环境产生影响，可以用围护体变形的体积来衡量总变形量Q（变形曲线与深度围成的区域面积），得到的曲线如图6所示。

图6 PC工法桩理论与反演变形面积比随深度变化曲线

从图6可以看出面积比值随深度的增加而增加，从0.40发展为0.97，在坑底附近比值为0.77，坑底下1 m附近比值为0.80。由于围护体在坑底以上的变形对坑外环境影响较大，故可近似将Q的值作为衡量围护桩刚度的参考指标，故可认为PC工法桩的实际表现刚度比理论值高约20%。

2.4 经济性分析

通过本工程实测数据分析可以发现，P C 工法桩（φ 630 mm×16 mm钢管桩＋长12 m钢板桩）与SMW工法（H700 mm×300 mm×13 mm×21 mm＋φ850 mm@600 mm三轴水泥土搅拌桩）的实测变形相当，基于以上数据计算得，相同工况下，PC工法桩的造价较SMW工法节约20%左右。

3 结语

1）适用性好，在厚填土、污染土等对搅拌桩质量有较大影响的区域，止水效果良好。

2）整体性好，由于钢板桩的联结作用，PC工法组合桩表现出较好的整体性。同时由于钢管中土塞的作用，以变形体积来衡量，实测刚度较计算刚度大20%。

3）经济性好，在同等条件下，围护桩造价较SMW工法可节省20%左右。考虑养护工期，优势更加突出。

4）环境友好，在基坑施工完成后，钢管桩、钢板桩可完全回收，不遗留地下障碍物。

[1] 陈赟.PC工法支护桩在某深厚软土地区基坑中的应用及分析[J].浙江建筑,2018,35(5):32-35.

[2] 柯灵潮.PC工法桩在地下车库基坑工程中的应用[J].建筑施工,2018,40(7):1092-1094.

[3] 杨绍红.PC工法组合钢管桩在基坑工程中的应用与分析[J].城市住宅,2018,25(7):121-122.

[4] 邓帅,张晨光,李明广,等.基于三维精细化模型的PC工法桩支护体系刚度研究[J].特种结构,2019,36(6):83-87.

[5] 惠彬永.前撑式注浆钢管支撑在基坑围护中的应用与研究[J].建筑施工,2018,40(11):1868-1870.