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广东省建筑科学研究院集团股份有限公司 广东省广州市 510500
摘要：随着各地城市化发展，高层建筑也伴随拔地而起，与日俱增。对应高层建筑的基坑支护形式，应适应特有的地质水文等场地情况，结合现有施工工艺等实际情况，因地制宜，拟定可行特性的基坑支护方案。
关键词：PHC管桩，基坑支护；方案应用
LIANG FUWEN（Guangdong Provincial Academy of Building Research，GuangDong Guangzhou 510500）
Abstract：with the development of high-rise buildings around the city，with the springing up，grow with each passing day.Corresponding to the high-rise building foundation pit supporting form，should be adapted to the unique geological hydrological conditions，combined with the actual situation，the existing construction technology suit one's measures to local conditions，formulatefeasible characteristics of foundation pit supporting scheme.
Keywords：PHC pipe pile，foundation pit supporting scheme of application；
1、前言
随着社会日益发展，施工技术及工艺日益成熟。适用性强、经济性合理的基坑支护形式，是高层建筑无法规避的问题。对基坑支护工程而言，控制位移变形是工程成败的关键。方案拟定应根据地质条件、环境条件及基坑开挖深度等因素，以安全可行、经济合理、方便施工为设计原则。对比同类型支护（如灌注桩支护、钢管桩支护等），PHC管桩在基坑支护发挥其相应优势。本文简要介绍PHC管桩在英德市某基坑支护工程的实践应用。
2、工程概况
本工程位于英德市内，东邻XX大厦，设一层地下室，桩基础；西侧为已建多层住宅，搅拌桩复核地基浅基础，基础埋深约3.0m；北侧为XX路，距离基坑边线约4.3m，据调查距基坑边1～4m范围埋设有电信电缆、市政水管和煤气管道等管线，埋深范围1～3m；南面城市干道相隔XX湖。
基坑占地面积约2886m2，基坑边周长约222.2m，基坑开挖深度为6.8～7.0m。原始地貌为坡蚀残丘，现场地经人工平整，地形较为平坦。勘探报告表明地层按成因类型和沉积韵律分布自上而下分为：第四系人工填土层（Qml）、第四系冲积层（Qal）、第四系残积层（Qel）及石炭，系（C）灰岩。根据地层分布、岩芯观察及钻孔简易水文地质观测，场地内地下水主要为第四系孔隙水及基岩裂隙水，填土中存在少量上层滞水，初见水位相当于勘察稳定水位，地下水主要受大气降水的垂直补给，场地环境属Ⅱ类。基坑安全等级为一级，侧壁重要性系数取1.10，使用年限为基坑施工完成后一年。
3、基坑支护方案选型
基坑控制位移变形是工程成败的关键。方案拟定应根据地质条件、环境条件及基坑开挖深度等因素，同时考虑出土便利，以安全可行、经济合理、方便施工为设计原则，综合分析研究本工程有利与不利因素，与业主共同讨论确定基坑支护选型问题。本地下室基坑支护结构拟采用“支护桩（管桩）+搅拌桩止水帷幕+内支撑”的支护结构，其优点在于：（1）整体刚度较强，对基坑位移变形易于控制，位移变形较小；（2）基坑内止水效果较有保证，对邻近建筑物影响较小。其缺点在于基坑内空间较小，不利于挖土。
本工程不考虑采用“支护桩（钻孔灌注桩）+内支撑”方案，是由于相对其他方案施工难度较大，造价较高，工期较长，综合比较不采用该方案。
4、基坑支护计算分析
4.1计算参数设定
基坑支护设计时对岩、土物理力学性指标的选取是参考本工程《岩土工程勘察报告》和广东省标准《建筑基坑支护工程技术规程》（GBJ/15-20-97），并结合岩土工程技术上的经验确定的，具体如下：
表1 基坑支护设计参数表
层号 岩土名称 状态特征 地基承载力特征值fak或fa（kPa） 天然重度γ（kN/m3） 直接快剪粘聚力C（kPa） 直接快剪内摩擦角Φ（°） 土层与锚固体间粘结强度qs（kPa） m值
1 素填土 松散 50 17 17 8.5 15 6
2 粉质粘土 可塑 160 18 27 12.9 65 10
3 粉质粘土 可塑 225 19 29 15.5 65 12
4 粉质粘土 流软塑 80 17 12.3 5.7 20 5
5 破碎中风
化灰岩 1500 21 300 30 300 30
6 中风化灰岩 5000 22 500 35 400 40
4.2基坑支护断面结构计算及分析
基坑支护设计计算单元和整体分别计算，计算单元的岩土选取代表性钻孔柱状图。
1、地面超载取值：
1）、基坑坡顶：考虑地面或路面超载取值为20kPa；参照《公路工程技术标准》，一般公路的汽超-20荷载相当于0.83m土柱高度，即17kPa，再乘以1.2的活荷载分项系数，即20.4kPa。
2）、基坑坡顶房屋：最高楼层为8层，基础埋深3.0m，考虑地面超载取值为15kPa/层； 3）、出土口：考虑地面超载取值为40kPa。
2、水位取值：
基坑内侧水位按地下水位降至基础桩承台底面以下考虑；基坑外水位按最不利水位选取地面下0.50m。
3、支撑刚度的取值：
按JGJ 120-2012第4.1.10条计算，角撑按0.7折减。支撑松弛系数αR取1.0，调整系数λ取0.5，支撑水平间距s按主撑轴线间距计。
现选取代表区段支撑刚度计算如下：
1-1区段：αREAba/λl0s=1.0×3×107×0.6×0.7×1.0/0.5×39.5×10=63.8MN/m。
4、按GB50010-2010第6.2.15条计算，不考虑支撑内部钢筋作用。
支撑材料抗力（支撑结构极限抗压力）：
0.9×0.7×（700×600×20.1）=5318kN，计算中按5000kN取
4.3 某区段计算：
本处选取支护某一区段进行分析，支护形式见下图，
在各工况组合下，基坑侧壁在外力作用下位移见以下计算结果：
综上所述，得出内力位移包络图：
4.4 支护桩力学性能对比和抗弯刚度验算
本设计支护桩采用PHC管桩，根据《先张法预应力混凝土管桩》（GB 13476-2009），设计拟采用的D500和D600PHC管桩的抗弯和抗剪性能如下表：
外径D/mm 型号 壁厚
t/mm 预应力
钢筋配筋 抗裂弯矩
/（kN·m） 极限弯矩
/（kN·m） 抗弯剪力
kN
500 C 100 13φ12.6 167 334 331
600 C 110 17φ12.6 285 569 399
同理，对本工程其他区段计算结果如下表：
计算区段 桩径（mm） 弯矩极值（kN·m） 剪力极值（kN）
1 500 60.92 36.22
2 500 96.37 53.57
3 500 84.67 47.71
4 600 65.89 32.79
出土口 600 114.91 65.06
由上表成果可知计算值均小于PHC桩性能限值。
综上所述，此区段基坑支护计算结果表明，基坑侧壁在各工况作用下，位移在规范控制范围以内；PHC桩抗弯抗剪等承载力能力满足设计要求。
5、结束语
通过PHC管桩在本基坑支护工程实践应用过程中，得出以下体会：
1、PHC管桩在基坑支护中作为水平支撑结构不但可行，在适当的情况下不仅有利于提高施工效率和缩短工期，而且能提供一个安全可靠的空间和良好的经济效益。
2、PHC管桩在本工程能得以成功运用，与本工程开挖深度及特有的地质水文等场地情况有密切关系。在日常基坑支护设计过程中，不能盲目套用，需因地制宜，结合实际。
参考文献：
[1]、《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2011）
[2]、广东省标准：《建筑基坑支护工程技术规程》（GBJ/15-20-97）
[3]、广东省标准：《建筑地基基础设计规范》（DBJ/15-3-2003）
[4]、《建筑桩基技术规范》（JGJ94-2008）
[5]、《建筑基坑支护技术规范》（JGJ120-2012）
[6]、《先张法预应力混凝土管桩》（GB13476-2009）
上接第396页
艺分析，并计算出其所需要的加工费用。所有零件增加或减少的加工费用总和，就是上横梁装配结构改进增加或者减少的成本。以轴为例，可计算出其改进后所增加的材料成本和加工成本，如表1所示。
表1 成本计算表
名称 规格
型号 投料
尺寸 材料成本（元） 加工成本
（元） 合计
（元）
轴 1.46 9.6 11.06
增加
扁钢 Q335A
T=10 32*80 1.06 6.9 7.96
增加
扁钢 Q335A
T=10 32*30 0.40 2.7 3.10
最终，算出整个上横梁装配经过结构改进后，成本略有增加，增加成本约为改进前总成本的10%。
3.2 库存分析
表2 库存变化表
名称 改进前库存种类 改进后库存种类
轴 4 1
开关打板开关座 4 2
弹簧座架 2 1
总数 10 4
由表2中可以看出，零件总库存种类由9种变成4种，减少了5种类型的库存。
3.3 潜在优势分析
（1）零件改成通用结构，可避免因人工设计以及车间装配错误而导致的需要重新设计和装配的问题，降低了因安装错误导致的重新安装产生的运费成本和人工成本。
（2）降低了设计和装配难度。因零件为通用结构，故无需考虑不同安装方式的零件选用问题。
（3）减少了库存种类，降低了对物料存储空间和管理的要求。
4 结论
（1）上横梁结构改进的优点：增加零件的通用性，减少设计和组装难度，减少因装配错误需要整改而产生的运费和人工费。
（2）上横梁结构改进的缺点：某些零件的制造成本略有增加。
（3）在提高电梯零件通用性的同时，需平衡制造成本，整改成本，存储成本之间的关系。如果在提高零件通用性后，制造成本低于整改以及存储成本，那么，这种改进是有实际意义的。
参考文献：
[1]肖刚，李学志，李俊源.机械CAD原理与实践（第2版）[M].北京：清华大学出版社，2006.
摘要：随着各地城市化发展，高层建筑也伴随拔地而起，与日俱增。对应高层建筑的基坑支护形式，应适应特有的地质水文等场地情况，结合现有施工工艺等实际情况，因地制宜，拟定可行特性的基坑支护方案。
关键词：PHC管桩，基坑支护；方案应用
LIANG FUWEN（Guangdong Provincial Academy of Building Research，GuangDong Guangzhou 510500）
Abstract：with the development of high-rise buildings around the city，with the springing up，grow with each passing day.Corresponding to the high-rise building foundation pit supporting form，should be adapted to the unique geological hydrological conditions，combined with the actual situation，the existing construction technology suit one's measures to local conditions，formulatefeasible characteristics of foundation pit supporting scheme.
Keywords：PHC pipe pile，foundation pit supporting scheme of application；
1、前言
随着社会日益发展，施工技术及工艺日益成熟。适用性强、经济性合理的基坑支护形式，是高层建筑无法规避的问题。对基坑支护工程而言，控制位移变形是工程成败的关键。方案拟定应根据地质条件、环境条件及基坑开挖深度等因素，以安全可行、经济合理、方便施工为设计原则。对比同类型支护（如灌注桩支护、钢管桩支护等），PHC管桩在基坑支护发挥其相应优势。本文简要介绍PHC管桩在英德市某基坑支护工程的实践应用。
2、工程概况
本工程位于英德市内，东邻XX大厦，设一层地下室，桩基础；西侧为已建多层住宅，搅拌桩复核地基浅基础，基础埋深约3.0m；北侧为XX路，距离基坑边线约4.3m，据调查距基坑边1～4m范围埋设有电信电缆、市政水管和煤气管道等管线，埋深范围1～3m；南面城市干道相隔XX湖。
基坑占地面积约2886m2，基坑边周长约222.2m，基坑开挖深度为6.8～7.0m。原始地貌为坡蚀残丘，现场地经人工平整，地形较为平坦。勘探报告表明地层按成因类型和沉积韵律分布自上而下分为：第四系人工填土层（Qml）、第四系冲积层（Qal）、第四系残积层（Qel）及石炭，系（C）灰岩。根据地层分布、岩芯观察及钻孔简易水文地质观测，场地内地下水主要为第四系孔隙水及基岩裂隙水，填土中存在少量上层滞水，初见水位相当于勘察稳定水位，地下水主要受大气降水的垂直补给，场地环境属Ⅱ类。基坑安全等级为一级，侧壁重要性系数取1.10，使用年限为基坑施工完成后一年。
3、基坑支护方案选型
基坑控制位移变形是工程成败的关键。方案拟定应根据地质条件、环境条件及基坑开挖深度等因素，同时考虑出土便利，以安全可行、经济合理、方便施工为设计原则，综合分析研究本工程有利与不利因素，与业主共同讨论确定基坑支护选型问题。本地下室基坑支护结构拟采用“支护桩（管桩）+搅拌桩止水帷幕+内支撑”的支护结构，其优点在于：（1）整体刚度较强，对基坑位移变形易于控制，位移变形较小；（2）基坑内止水效果较有保证，对邻近建筑物影响较小。其缺点在于基坑内空间较小，不利于挖土。
本工程不考虑采用“支护桩（钻孔灌注桩）+内支撑”方案，是由于相对其他方案施工难度较大，造价较高，工期较长，综合比较不采用该方案。
4、基坑支护计算分析
4.1计算参数设定
基坑支护设计时对岩、土物理力学性指标的选取是参考本工程《岩土工程勘察报告》和广东省标准《建筑基坑支护工程技术规程》（GBJ/15-20-97），并结合岩土工程技术上的经验确定的，具体如下：
表1 基坑支护设计参数表
层号 岩土名称 状态特征 地基承载力特征值fak或fa（kPa） 天然重度γ（kN/m3） 直接快剪粘聚力C（kPa） 直接快剪内摩擦角Φ（°） 土层与锚固体间粘结强度qs（kPa） m值
1 素填土 松散 50 17 17 8.5 15 6
2 粉质粘土 可塑 160 18 27 12.9 65 10
3 粉质粘土 可塑 225 19 29 15.5 65 12
4 粉质粘土 流软塑 80 17 12.3 5.7 20 5
5 破碎中风
化灰岩 1500 21 300 30 300 30
6 中风化灰岩 5000 22 500 35 400 40
4.2基坑支护断面结构计算及分析
基坑支护设计计算单元和整体分别计算，计算单元的岩土选取代表性钻孔柱状图。
1、地面超载取值：
1）、基坑坡顶：考虑地面或路面超载取值为20kPa；参照《公路工程技术标准》，一般公路的汽超-20荷载相当于0.83m土柱高度，即17kPa，再乘以1.2的活荷载分项系数，即20.4kPa。
2）、基坑坡顶房屋：最高楼层为8层，基础埋深3.0m，考虑地面超载取值为15kPa/层； 3）、出土口：考虑地面超载取值为40kPa。
2、水位取值：
基坑内侧水位按地下水位降至基础桩承台底面以下考虑；基坑外水位按最不利水位选取地面下0.50m。
3、支撑刚度的取值：
按JGJ 120-2012第4.1.10条计算，角撑按0.7折减。支撑松弛系数αR取1.0，调整系数λ取0.5，支撑水平间距s按主撑轴线间距计。
现选取代表区段支撑刚度计算如下：
1-1区段：αREAba/λl0s=1.0×3×107×0.6×0.7×1.0/0.5×39.5×10=63.8MN/m。
4、按GB50010-2010第6.2.15条计算，不考虑支撑内部钢筋作用。
支撑材料抗力（支撑结构极限抗压力）：
0.9×0.7×（700×600×20.1）=5318kN，计算中按5000kN取
4.3 某区段计算：
本处选取支护某一区段进行分析，支护形式见下图，
在各工况组合下，基坑侧壁在外力作用下位移见以下计算结果：
综上所述，得出内力位移包络图：
4.4 支护桩力学性能对比和抗弯刚度验算
本设计支护桩采用PHC管桩，根据《先张法预应力混凝土管桩》（GB 13476-2009），设计拟采用的D500和D600PHC管桩的抗弯和抗剪性能如下表：
外径D/mm 型号 壁厚
t/mm 预应力
钢筋配筋 抗裂弯矩
/（kN·m） 极限弯矩
/（kN·m） 抗弯剪力
kN
500 C 100 13φ12.6 167 334 331
600 C 110 17φ12.6 285 569 399
同理，对本工程其他区段计算结果如下表：
计算区段 桩径（mm） 弯矩极值（kN·m） 剪力极值（kN）
1 500 60.92 36.22
2 500 96.37 53.57
3 500 84.67 47.71
4 600 65.89 32.79
出土口 600 114.91 65.06
由上表成果可知计算值均小于PHC桩性能限值。
综上所述，此区段基坑支护计算结果表明，基坑侧壁在各工况作用下，位移在规范控制范围以内；PHC桩抗弯抗剪等承载力能力满足设计要求。
5、结束语
通过PHC管桩在本基坑支护工程实践应用过程中，得出以下体会：
1、PHC管桩在基坑支护中作为水平支撑结构不但可行，在适当的情况下不仅有利于提高施工效率和缩短工期，而且能提供一个安全可靠的空间和良好的经济效益。
2、PHC管桩在本工程能得以成功运用，与本工程开挖深度及特有的地质水文等场地情况有密切关系。在日常基坑支护设计过程中，不能盲目套用，需因地制宜，结合实际。
参考文献：
[1]、《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2011）
[2]、广东省标准：《建筑基坑支护工程技术规程》（GBJ/15-20-97）
[3]、广东省标准：《建筑地基基础设计规范》（DBJ/15-3-2003）
[4]、《建筑桩基技术规范》（JGJ94-2008）
[5]、《建筑基坑支护技术规范》（JGJ120-2012）
[6]、《先张法预应力混凝土管桩》（GB13476-2009）
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艺分析，并计算出其所需要的加工费用。所有零件增加或减少的加工费用总和，就是上横梁装配结构改进增加或者减少的成本。以轴为例，可计算出其改进后所增加的材料成本和加工成本，如表1所示。
表1 成本计算表
名称 规格
型号 投料
尺寸 材料成本（元） 加工成本
（元） 合计
（元）
轴 1.46 9.6 11.06
增加
扁钢 Q335A
T=10 32*80 1.06 6.9 7.96
增加
扁钢 Q335A
T=10 32*30 0.40 2.7 3.10
最终，算出整个上横梁装配经过结构改进后，成本略有增加，增加成本约为改进前总成本的10%。
3.2 库存分析
表2 库存变化表
名称 改进前库存种类 改进后库存种类
轴 4 1
开关打板开关座 4 2
弹簧座架 2 1
总数 10 4
由表2中可以看出，零件总库存种类由9种变成4种，减少了5种类型的库存。
3.3 潜在优势分析
（1）零件改成通用结构，可避免因人工设计以及车间装配错误而导致的需要重新设计和装配的问题，降低了因安装错误导致的重新安装产生的运费成本和人工成本。
（2）降低了设计和装配难度。因零件为通用结构，故无需考虑不同安装方式的零件选用问题。
（3）减少了库存种类，降低了对物料存储空间和管理的要求。
4 结论
（1）上横梁结构改进的优点：增加零件的通用性，减少设计和组装难度，减少因装配错误需要整改而产生的运费和人工费。
（2）上横梁结构改进的缺点：某些零件的制造成本略有增加。
（3）在提高电梯零件通用性的同时，需平衡制造成本，整改成本，存储成本之间的关系。如果在提高零件通用性后，制造成本低于整改以及存储成本，那么，这种改进是有实际意义的。
参考文献：
[1]肖刚，李学志，李俊源.机械CAD原理与实践（第2版）[M].北京：清华大学出版社，2006.