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摘要：预应力高强混凝土管桩，也就是预应力PHC管桩以其单桩承载力高、成本低、施工速度快等优点而迅速在全国各地得到使用和推广。本文就预应力PHC管桩在基坑支护工程中的应用进行了探讨，并结合相关实例工程，详细阐述了预应力PHC管桩具有的施工特点，以期能为预应力PHC管桩更好地应用于基坑支护工程提供参考。
关键词：预应力PHC管桩；基坑支护工程；应用
所谓的预应力PHC管桩，就是预应力高强度混凝土管桩，是采用先张预应力离心成型工艺，并经过10个大气压、1800 ℃ 左右的蒸汽养护，制成一种空心圆筒型混疑土预制构件。它具有承载力高、桩身耐打、穿透力强、运输吊装方便、接桩快捷、施工文明、现场整洁等优点，已经在国内外很多地区和工程中得到广泛的应用。基坑支护在建筑物的施工过程中是一项非常重要的工作，它直接关系到建筑物的安全和使用，因此，为了确保预应力PHC管桩在基坑支护工程中的施工质量，就要做好有关方面的质量控制的措施。
1 工程概况
1.1 基坑概况
该工程主楼为15层，裙楼3层，设1层地下室。据勘查，工程的总占地面积为7012m2，其中建筑面积3333m2。结构为钢筋混凝土结构，基础形式采用桩基础。
根据地质勘察报告，现场地面标高在3.45m左右，又根据建筑施工图，基础底板标高为-1.05m，底板厚度为300mm，故该部分大开挖深度约为4.8m。电梯井部分原地面标高为3.3m，基础底板顶标高-2.6m，底板厚300mm，故电梯井部分开挖深度为6.2m。
1.2 工程地质条件
场地内地层自上而下为：人工填土层（Qml）、第四系海陆交互沉积层（Qmc）、第四系残积层（Qel）及花岗混合岩（Pt）。1）人工填土层（Qml），2）第四系海陆交互沉积层（Qmc），3）第四系残积层（Qel）。
1.3 水文地质条件
场地内地下水主要赋存于第四系中粗砂层②3及花岗混合岩④裂隙带中，属孔隙水及基岩裂隙水。地下水补、径、排条件受邻近地形、大气降水及邻近地下水侧渗影响，赋、透水性好。勘察期间测得地下水混合静止水位埋深2.30～2.80m。地下水环境属Ⅱ类，场地地下水对基础混凝土具有弱腐蚀性，对钢筋混凝土中的钢筋和钢结构具有中等腐蚀性。
2 设计方案
2.1 支护方案选择
本基坑支护工程基坑开挖深度较浅，场地西北、西南是街道，距离基坑底边线较小，最小处只有6m多，东北、东南较空旷。有多种方案可供初步选择，如重力式水泥土墙、钻孔桩+内支撑、PHC桩+锚杆支护。现分别从经济、环境、工期等方面将各自优缺点对比如下。
1）水泥土重力式挡墙优点是造价较低，施工技术成熟，开挖前施工，与开挖工序间施工干扰小，同时可作止水帷幕，有多种工法可供选择，如深层搅拌法、高压旋喷法等。缺点是施工周期长，有时还需设置多排桩，隐蔽施工，桩与桩之间需搭接，质量难以保证，水泥土重力式挡墙抗弯、抗折强度低。
2）钻孔桩加内撑优点是超前支护，对后续开挖影响小，钻孔桩现场施工，直径、桩长配筋率可根据现场计算设计，节约材料；强度高，尤其是根据土压力计算值来灵活配筋，抗弯强度可很好地保证。缺点是现场施工，清孔、掏渣不彻底时质量比较难保证，易形成蜂窝、空洞、夹泥层或级配不均等病害，造成质量隐患；需制备大量泥浆，不利于环保；另外选用内支撑则工期长，给土方开挖与上部结构施工造成干扰。
2.2 设计计算过程
2.2.1 设计方案简介
本工程最终采用搅拌桩+PHC管桩+锚索复合支护技术。现就本工程的主要支护剖面——1-1剖面为例进行分析计算。距地下室外边线外3m处从原地面开挖放坡，坡度为1∶0.5，坡面挂20号铁丝网，压抹M10水泥砂浆，厚度为60mm，坡底用M10水泥砂浆硬化，厚度也是60mm。
2.2.2 设计方案计算
采用基坑支护通用计算软件理正深基坑F-SW5.5计算。计算参数如表1所示。
表1 基坑计算土层参数
极限弯矩为211.74kN·m，根据规范《先张法预应力混凝土管桩》GB13476-2009，φ600mmC型110管桩抗裂弯矩为285kN·m，极限弯矩为569kN·m。该工程中支护桩最大弯矩Mmax=211.74kN·m 1）整体稳定性验算采用圆弧滑动法计算，土体宽度取为0.4m，如图1所示。
图1 整体稳定性验算示意
图1中：圆弧半径R=16.961m；圆心坐标：x=-1.328，y=5.551；整体稳定安全系数Ks=2.131。整体稳定满足规范要求。
2）抗倾覆计算抗倾覆安全系数：
错误！未找到引用源。 （1）
式中：Mp为被动土压力及支点力对桩底的弯矩，其中支点力为锚索的锚固力和抗拉力的较小值；Ma为主动土压力对桩底的弯矩。锚固力计算依据锚杆实际锚固长度计算。
1号锚索材料抗力为92.626kN/m，铺固力为104.398kN/m；2号锚索材料抗力为92.626kN/m，铺固力为104.398kN/m。经计算Ks=1.914≥1.200，满足规范要求。
3）抗管涌稳定安全系数（K≥1.5）：
1.5γ0h′γw≤（h′+2D）γ′（2）
式中：γ0为侧壁重要性系数；γ′为土的有效重度（kN/m3）；γw为地下水重度（kN/m3）；h′为地下水位至基坑底的距离（m）；D为桩（墙）入土深度（m）；K=10.536≥1.5，满足规范要求。
3 支护桩施工要点 3.1 打桩步骤
清除障碍物→平整场地→测量定桩位→桩机组装→打桩准备→喂桩、插桩→初打矫正→正式打桩、接桩→送桩→移位施打下一桩。
3.2 管桩施打
1）划线将PHC管桩及送桩器划出1m刻度线，并标识距桩底有效长度，上节桩及送桩器上标识出设计入土深度及间距100mm和50mm刻度线，以此来控制打入深度和贯入度。
2）PHC管桩的运输和吊放PHC管桩达到设计强度的70%以上方可起吊，达到100%运输。PHC管桩采用大平板车运至现场吊放于对应地点。为防止管桩在运输和堆放时产生自重应力作用下的破坏，应堆放在平整、坚实的地面上并用枕木垫在支点0.2L处，叠层堆放不宜超过3层。管桩摆放时要采取防止滚动的措施，用木块等垫在管桩两侧。起吊时最好采用专用吊钩钩住管桩两端内壁进行水平起吊。取桩时严禁用桩架上的卷扬机拖拉管桩取桩。
3）就位打桩桩位处事先用白石灰撒出中心并钉钢筋头，混凝土管桩强度及龄期均应达到施工规范要求，场地准备好后桩机就位进行打桩，用吊车将第1节桩送至桩机前，采用一点绑扎，吊点宜选在1/3处，用桩机上的吊钩喂桩，要求桩位正、桩身直，然后安装桩帽。
4）打桩方法桩尖焊接后，进行插桩，待桩锤重量完全落在桩上后，先调整桩机导杆垂直度，再移动桩机使桩和导杆平行，用两个经纬仪正交90°观测，保证桩及导杆垂直度偏差小于0.5%。打桩过程中桩和打桩架的垂直度超过0.5%时，应将桩及时拔出重新插桩施打，待第1节桩进入本节1/3时再正常施打。要求桩锤、桩帽和桩身应保持在同一纵轴线上，宜重锤低击，低锤重打，桩尖进入硬土层力求连续施打，如需停打，应尽量缩短停锤时间。要求打桩过程中做好记录，在沉桩较困难时必须观察贯入度以防止桩头击碎却没有贯入度的记录，尤其是最后30击（3阵）贯入度的记录，并且注意观察桩身进入速度和反弹情况。
5）PHC桩连接接桩采用钢端板焊接法，用CO2气体保护焊焊接。当下节桩桩顶距地面0.5m左右时就可接桩。接桩时摘去桩帽，先在下节桩钢箍上焊上钢筋棍，然后将第2节桩如前述方法吊至第1节桩的上方，上下节桩段应保持顺直，错位偏差不宜大于5mm，节点弯曲矢高不大于桩段的1‰。焊接时先将对称四点焊牢、然后分层（不少于两遍）连续施焊，焊缝连续饱满、厚度高出桩表面2mm。焊缝完毕后刷沥青船底漆两遍。
6）停锤标准停锤标准应按标高和贯入度双控原则并以标高控制为主，贯入度控制为辅。双控原则：若桩底已达设计标高（-2.85m）时停打；若桩底未达设计标高（-2.85m），但贯入度满足（4cm/10击～8cm/10击）时，继续锤击3阵，每阵（10击）贯入度均小于2cm/10击～3cm/10击，而且桩长达到设计桩长的90%以上时，可停锤。这里的贯入度控制标准较规范严格，是因为本工程淤泥层很厚，按工程类比原则，将此标准设得更高。
3.3 其它施工注意事项
1）注意保护土坡原状土特性，不受外界扰动，在基坑开挖完成后应立即进行护层施工，以防间隔时间过长，土体受扰动而导致局部塌方。
2）为使保护层与土体紧密结合，修坡与抹灰浆前均应喷水湿润表面，钢丝网位置应设在灰层中层，水泥砂浆薪旧接槎要注意搭接，以保证护层良好的整体性和不透水性。
3）坡面必须清理干净，同时防止雨水、地面水渗入坡体内，以防层土坡脱节剥离或护层沿坡面滑动。
4）打桩时，当遇到贯入度剧变，桩身突然发生倾斜、位移或有严重回弹、桩顶或桩身出现严重裂缝、破碎等情况，应暂停打桩，并分析原因，采取相应措施。
4 结语
综上所述，预应力PHC管桩具有承载力高、桩身耐打、穿透力强、运输吊装方便、接桩快捷、施工文明、现场整洁等优点，已经在国内外很多地区和工程中得到了广泛的应用。作为基坑支护的重要施工工程，对整个基坑支护起到了重要的作用。因此，为了确保基坑支护工程的施工质量，就要做好预应力PHC管桩的工程质量，促进基坑围护中的应用和发展。
参考文献：
[1]周建凡.PHC管桩在深基坑工程中的应用研究[J].武汉理工大学.2007.
[2]沈晞、周建凡、夏亮.PHC管桩在基坑支护工程中的应用研究[J].国外建材科技.2007（01）.
关键词：预应力PHC管桩；基坑支护工程；应用
所谓的预应力PHC管桩，就是预应力高强度混凝土管桩，是采用先张预应力离心成型工艺，并经过10个大气压、1800 ℃ 左右的蒸汽养护，制成一种空心圆筒型混疑土预制构件。它具有承载力高、桩身耐打、穿透力强、运输吊装方便、接桩快捷、施工文明、现场整洁等优点，已经在国内外很多地区和工程中得到广泛的应用。基坑支护在建筑物的施工过程中是一项非常重要的工作，它直接关系到建筑物的安全和使用，因此，为了确保预应力PHC管桩在基坑支护工程中的施工质量，就要做好有关方面的质量控制的措施。
1 工程概况
1.1 基坑概况
该工程主楼为15层，裙楼3层，设1层地下室。据勘查，工程的总占地面积为7012m2，其中建筑面积3333m2。结构为钢筋混凝土结构，基础形式采用桩基础。
根据地质勘察报告，现场地面标高在3.45m左右，又根据建筑施工图，基础底板标高为-1.05m，底板厚度为300mm，故该部分大开挖深度约为4.8m。电梯井部分原地面标高为3.3m，基础底板顶标高-2.6m，底板厚300mm，故电梯井部分开挖深度为6.2m。
1.2 工程地质条件
场地内地层自上而下为：人工填土层（Qml）、第四系海陆交互沉积层（Qmc）、第四系残积层（Qel）及花岗混合岩（Pt）。1）人工填土层（Qml），2）第四系海陆交互沉积层（Qmc），3）第四系残积层（Qel）。
1.3 水文地质条件
场地内地下水主要赋存于第四系中粗砂层②3及花岗混合岩④裂隙带中，属孔隙水及基岩裂隙水。地下水补、径、排条件受邻近地形、大气降水及邻近地下水侧渗影响，赋、透水性好。勘察期间测得地下水混合静止水位埋深2.30～2.80m。地下水环境属Ⅱ类，场地地下水对基础混凝土具有弱腐蚀性，对钢筋混凝土中的钢筋和钢结构具有中等腐蚀性。
2 设计方案
2.1 支护方案选择
本基坑支护工程基坑开挖深度较浅，场地西北、西南是街道，距离基坑底边线较小，最小处只有6m多，东北、东南较空旷。有多种方案可供初步选择，如重力式水泥土墙、钻孔桩+内支撑、PHC桩+锚杆支护。现分别从经济、环境、工期等方面将各自优缺点对比如下。
1）水泥土重力式挡墙优点是造价较低，施工技术成熟，开挖前施工，与开挖工序间施工干扰小，同时可作止水帷幕，有多种工法可供选择，如深层搅拌法、高压旋喷法等。缺点是施工周期长，有时还需设置多排桩，隐蔽施工，桩与桩之间需搭接，质量难以保证，水泥土重力式挡墙抗弯、抗折强度低。
2）钻孔桩加内撑优点是超前支护，对后续开挖影响小，钻孔桩现场施工，直径、桩长配筋率可根据现场计算设计，节约材料；强度高，尤其是根据土压力计算值来灵活配筋，抗弯强度可很好地保证。缺点是现场施工，清孔、掏渣不彻底时质量比较难保证，易形成蜂窝、空洞、夹泥层或级配不均等病害，造成质量隐患；需制备大量泥浆，不利于环保；另外选用内支撑则工期长，给土方开挖与上部结构施工造成干扰。
2.2 设计计算过程
2.2.1 设计方案简介
本工程最终采用搅拌桩+PHC管桩+锚索复合支护技术。现就本工程的主要支护剖面——1-1剖面为例进行分析计算。距地下室外边线外3m处从原地面开挖放坡，坡度为1∶0.5，坡面挂20号铁丝网，压抹M10水泥砂浆，厚度为60mm，坡底用M10水泥砂浆硬化，厚度也是60mm。
2.2.2 设计方案计算
采用基坑支护通用计算软件理正深基坑F-SW5.5计算。计算参数如表1所示。
表1 基坑计算土层参数
极限弯矩为211.74kN·m，根据规范《先张法预应力混凝土管桩》GB13476-2009，φ600mmC型110管桩抗裂弯矩为285kN·m，极限弯矩为569kN·m。该工程中支护桩最大弯矩Mmax=211.74kN·m
图1 整体稳定性验算示意
图1中：圆弧半径R=16.961m；圆心坐标：x=-1.328，y=5.551；整体稳定安全系数Ks=2.131。整体稳定满足规范要求。
2）抗倾覆计算抗倾覆安全系数：
错误！未找到引用源。 （1）
式中：Mp为被动土压力及支点力对桩底的弯矩，其中支点力为锚索的锚固力和抗拉力的较小值；Ma为主动土压力对桩底的弯矩。锚固力计算依据锚杆实际锚固长度计算。
1号锚索材料抗力为92.626kN/m，铺固力为104.398kN/m；2号锚索材料抗力为92.626kN/m，铺固力为104.398kN/m。经计算Ks=1.914≥1.200，满足规范要求。
3）抗管涌稳定安全系数（K≥1.5）：
1.5γ0h′γw≤（h′+2D）γ′（2）
式中：γ0为侧壁重要性系数；γ′为土的有效重度（kN/m3）；γw为地下水重度（kN/m3）；h′为地下水位至基坑底的距离（m）；D为桩（墙）入土深度（m）；K=10.536≥1.5，满足规范要求。
3 支护桩施工要点 3.1 打桩步骤
清除障碍物→平整场地→测量定桩位→桩机组装→打桩准备→喂桩、插桩→初打矫正→正式打桩、接桩→送桩→移位施打下一桩。
3.2 管桩施打
1）划线将PHC管桩及送桩器划出1m刻度线，并标识距桩底有效长度，上节桩及送桩器上标识出设计入土深度及间距100mm和50mm刻度线，以此来控制打入深度和贯入度。
2）PHC管桩的运输和吊放PHC管桩达到设计强度的70%以上方可起吊，达到100%运输。PHC管桩采用大平板车运至现场吊放于对应地点。为防止管桩在运输和堆放时产生自重应力作用下的破坏，应堆放在平整、坚实的地面上并用枕木垫在支点0.2L处，叠层堆放不宜超过3层。管桩摆放时要采取防止滚动的措施，用木块等垫在管桩两侧。起吊时最好采用专用吊钩钩住管桩两端内壁进行水平起吊。取桩时严禁用桩架上的卷扬机拖拉管桩取桩。
3）就位打桩桩位处事先用白石灰撒出中心并钉钢筋头，混凝土管桩强度及龄期均应达到施工规范要求，场地准备好后桩机就位进行打桩，用吊车将第1节桩送至桩机前，采用一点绑扎，吊点宜选在1/3处，用桩机上的吊钩喂桩，要求桩位正、桩身直，然后安装桩帽。
4）打桩方法桩尖焊接后，进行插桩，待桩锤重量完全落在桩上后，先调整桩机导杆垂直度，再移动桩机使桩和导杆平行，用两个经纬仪正交90°观测，保证桩及导杆垂直度偏差小于0.5%。打桩过程中桩和打桩架的垂直度超过0.5%时，应将桩及时拔出重新插桩施打，待第1节桩进入本节1/3时再正常施打。要求桩锤、桩帽和桩身应保持在同一纵轴线上，宜重锤低击，低锤重打，桩尖进入硬土层力求连续施打，如需停打，应尽量缩短停锤时间。要求打桩过程中做好记录，在沉桩较困难时必须观察贯入度以防止桩头击碎却没有贯入度的记录，尤其是最后30击（3阵）贯入度的记录，并且注意观察桩身进入速度和反弹情况。
5）PHC桩连接接桩采用钢端板焊接法，用CO2气体保护焊焊接。当下节桩桩顶距地面0.5m左右时就可接桩。接桩时摘去桩帽，先在下节桩钢箍上焊上钢筋棍，然后将第2节桩如前述方法吊至第1节桩的上方，上下节桩段应保持顺直，错位偏差不宜大于5mm，节点弯曲矢高不大于桩段的1‰。焊接时先将对称四点焊牢、然后分层（不少于两遍）连续施焊，焊缝连续饱满、厚度高出桩表面2mm。焊缝完毕后刷沥青船底漆两遍。
6）停锤标准停锤标准应按标高和贯入度双控原则并以标高控制为主，贯入度控制为辅。双控原则：若桩底已达设计标高（-2.85m）时停打；若桩底未达设计标高（-2.85m），但贯入度满足（4cm/10击～8cm/10击）时，继续锤击3阵，每阵（10击）贯入度均小于2cm/10击～3cm/10击，而且桩长达到设计桩长的90%以上时，可停锤。这里的贯入度控制标准较规范严格，是因为本工程淤泥层很厚，按工程类比原则，将此标准设得更高。
3.3 其它施工注意事项
1）注意保护土坡原状土特性，不受外界扰动，在基坑开挖完成后应立即进行护层施工，以防间隔时间过长，土体受扰动而导致局部塌方。
2）为使保护层与土体紧密结合，修坡与抹灰浆前均应喷水湿润表面，钢丝网位置应设在灰层中层，水泥砂浆薪旧接槎要注意搭接，以保证护层良好的整体性和不透水性。
3）坡面必须清理干净，同时防止雨水、地面水渗入坡体内，以防层土坡脱节剥离或护层沿坡面滑动。
4）打桩时，当遇到贯入度剧变，桩身突然发生倾斜、位移或有严重回弹、桩顶或桩身出现严重裂缝、破碎等情况，应暂停打桩，并分析原因，采取相应措施。
4 结语
综上所述，预应力PHC管桩具有承载力高、桩身耐打、穿透力强、运输吊装方便、接桩快捷、施工文明、现场整洁等优点，已经在国内外很多地区和工程中得到了广泛的应用。作为基坑支护的重要施工工程，对整个基坑支护起到了重要的作用。因此，为了确保基坑支护工程的施工质量，就要做好预应力PHC管桩的工程质量，促进基坑围护中的应用和发展。
参考文献：
[1]周建凡.PHC管桩在深基坑工程中的应用研究[J].武汉理工大学.2007.
[2]沈晞、周建凡、夏亮.PHC管桩在基坑支护工程中的应用研究[J].国外建材科技.2007（01）.