边坡预应力管桩基础保护

摘要：经济建设的飞速发展对高层建筑和复杂结构的基础施工提出了更高的要求。一方面，预应力管桩基础作为一项相对成熟的技术得到了广泛的应用。一方面，预应力管桩基础抗侧向力的能力比较差，当预应力管桩基础靠近软弱陡坡时，由于侧向的水土压力及土体变形等原因，预应力管桩极易出现偏移、弯曲、甚至断裂等质量问题。
本文结合广州市白云机场第三跑道项目住宅安置区西区（一期）工程，介绍一种能有

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效保护预应力管桩群的施工技术，特别是软弱陡坡土体中的预应力管桩的保护方面效益尤其突出。
关键字：预应力管桩；预应力管桩保护；管桩基础；复合基坑；层差地下室
2095-2104（2012）01-0020-02

1. 工程背景

广州市白云机场第三跑道项目住宅安置区西区（一期）工程是广东省重点工程。此工程中A8-A10栋有一层地下室，C1-C2栋有二层地下室，其中A8-A10栋地下室是预应力管桩基础。工程简图如下：

图

1.1 工程剖面图示

该工程两处都开挖到一层地下室的时候，先施工A8-A10栋一层地下室底板，并同时开挖C1-C2栋二层地下室远离交界处的土方。当C1-C2栋二层地下室土方开挖到边坡位置时，A8-A10栋一层地下室底板已经进入构稳定期，后续工程两侧可以继续同步施工。对比方案是两处同时开挖到一层地下室，然后先开挖C1-C2栋地下室土方，当土方开挖完成后对边坡进行支护。施工C1-C2栋二层地下室，直至二层地下室工程完成，然后两侧同时往上施工。

2. 预应力管桩受力模型

2.1 模型建立

桩基为φ400 mm预应力管桩，桩身混凝土强度为C80，弹性模量E=3.8×104MPa，泊松比μ=0.2，密度ρ=2500kg/m3。管桩壁厚95 mm，长度8m。土体为砂质土，弹性模量E=20MPa，泊松比μ=0.35，密度ρ=1850kg/m3，内摩擦角ψ=20。管桩上部和0.25m的混泥土板固结。混凝土板上远离边坡的侧面施加固定约束，混凝土侧面受到土体朝向x方向的面压力。工程位置周边地下水丰富，应考虑地下水压力。边坡位置位于一层地下室内，在这里简化地下水位和边坡上平面平齐，边坡高度约4.0m。管桩长度8.0m，相对边坡深入下层土体4m，管桩深入微风化岩层，简化管桩底端为固定约束。砂质土有抗压能力，忽略抗拉剪能力。ANSYS中整体模型中底板约束端尺寸设定长度5m，宽度2m，自由端尺寸设定长度1m，宽度2m，宽度方向关于管桩中心对称；下端土体尺寸设定2m，宽度2m，长度方向和宽度方向关于管桩中心对称。
经计算，边坡位置土压力和水压力分别以0.91×104Pa和0.98×104Pa的速率从上向下增加。
对比模型中没有混凝土板固结在管桩上部，其余参数同上所述。

2.2 模型结果

由上述模型，ANSYS得到变形图示和应力密度图示如下：
图

2.1模型整体变形图图2 对比模型整体变形

由图2.1可知管桩在设定的梯度荷载作用下，最大位移为3.426mm，第一主应力为12.6MPa；第三主应力为-9.72MPa；应力密度为1.24×107J/m3，最大位移在管桩中部靠上，即在边坡底部稍上的部位。实测管桩群的位移和模拟计算结果吻合得很好，最大位移一般都是在管桩中部稍微靠上的位置，最大位移1~3mm。由图2.2可知对比模型中，最大位移为24.369mm，第一主应力为14.2MPa；第三主应力为-14.2MPa；应力密度为1.43×107J/m3，最大位移发生在管桩最上端，与工程实际中无约束端管桩变形相符合。通过模型的对比可知，管桩顶端的底板约束能够大大减小管桩的位移，对管桩的保护有着至关重要的作用。

2.3 模型结果分析

由上述ANSYS模拟的计算结果可以看出：先施工浅层地下室底板，管桩在应力和变形方面的有益特性均有显著提高。管桩顶部和中端应力相对大一些，但整体上应力比较平均。在相同的外力作用下，本方案中的模型应力状况比对比模型更小。
模型里水压力设置为最不利情况，模拟结果相对于实测数据模拟结果稍微偏大；另一方面，两个模型中将土体靠近边坡的一侧定义为自由面，导致两个模型的变形偏大。

3. 工程应用及效果

本文中的技术在广州市建筑机械施工有限公司“白云机场第三跑道项目住宅安置区西区（一期）工程”中得到了成功证明。在安全质量方面显著提高，另外如果采用对比方案必须于边坡处设置搅拌桩和支护桩，以此达到边坡止水和强支护的效果。相对于对比方案，采用本文的技术节省了186万的成本。除此之外，在施工进度，文明施工等多个方面也有大幅度地提高。

4. 技术推广及前景

本文中的技术能有效提高预应力管桩侧向抗侧向外力的能力，在预应力管桩保护方面有良好的应用前景。特别是在错层地下室结构和软弱土体的管桩保护中效果尤其突出。而且该技术能够节省预应力管桩保护的成本，在安全文明施工及环境效益等诸多方面都有很大提高。该技术可在类似工程项目中广泛应用。

5. 参考文献

宫剑飞.高层建筑与裙房基础整体连接情况下基础的变形及反力分析[J].土木工程学报，2002，35(3).
刘双双，侯盛楠，韩庚.高层建筑基础大体积混凝土性能提升技术[J].黑龙江科技信息，2010，(29).
[3] 蒋华平.高层建筑基础大体积混凝土施工技术探讨[J].建筑，2011，(8).
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