摘要：通过“预应力管桩-锚索”支护体系在福建省石狮某工程基坑支护中的应用，从支护方案选择到基坑支护现场的实际施工，阐述了预应力管桩在基坑支护工程中应用的可行性，总结了预应力管桩支护体系相对于传统钻孔灌注桩在施工过程中的优缺点。
引言
福建省在采用桩锚支护形式的基坑工程中，常规的做法是采用钻孔灌注桩结合预应力锚索，桩孔灌注桩在施工过程中，泥浆护壁产生环境污染比较严重，最大缺陷是价格昂贵，施工周期长。
近年来预应力高强混凝土管桩在工程桩中得到大量的采用，在对桩的施工类型的选择中预应力管桩已占主导地位，具有着良好的发展前景。由于预应力管桩具有桩身质量稳定、力学性能好、施工效率高等，施工周期短等优点，拓展预应力管桩的应用范围，将其使用到基坑支护结构中，发挥其自身的优势。
本文介绍预应力管桩在基坑支护工程应用的工程实例，总结工程经验，探讨基坑支护采用预应力管桩的形式的优缺点、施工应注意的问题等，并作出相应的总结分析。
1.工程概况
某在建工程，位于福建省石狮市服装城附近，交通便利。拟建6栋31层高层商业住宅，2层地下室，基坑西侧、北侧、南侧均为空地，东侧紧挨着在建别墅区。该基坑总面积约为36337m2，基坑周长约为1065m。场地标高为16.70~21.70m（黄海高程），地下室底板顶标高为14.30m（黄海工程），承台高度及垫层厚度为1500mm，则承台垫层底标高为12.80m（黄海高程），则基坑深度为3.90~8.90m。
在基坑开挖范围内，主要涉及到以下土层：
（1）杂填土：人工填积而成，为新近填土，回填时间为近期1年内，均匀性差，工程性能差。厚度为0.50～4.90米。
素填土：均匀性差，工程性能差。厚度为0.40～5.80米。
（2）粉质粘土2-1：工程性能一般。厚度为0.40~6.10米，冲洪积成因。
（3）泥质砾粗砂：工程性能较差~一般，该层颗粒粒径>2mm含量24.5%，颗粒粒径>0.5mm含量60.0%，颗粒呈棱角形。厚度0.30~1.60米，冲洪积成因。
（4）粉质粘土2-2：工程性能一般。厚度为0.80~3.00米，沼泽沉积成因。
（5）淤泥质粘土：工程性能差。厚度0.40~2.40米。
（6）含泥中粗砂：分选性较好，级配较差，该层颗粒粒径d>2mm含量0~42.5%，颗粒粒径2>d>0.5mm含量8.0~40.26%，颗粒呈棱角形。厚度0.50~4.80米。
（7）残积砂质粘性土：工程性能一般，厚度为0.60~12.50米。
（8）全风化花岗岩：属极软岩，岩体极破碎，岩体基本质量等级为V级。工程性能较好，厚度为0.50~7.10米。
2.支护方案选择
本项目基坑支护工程施工有以下几个特点：
1、基坑开挖深度3.90~8.90m，属于深基坑；
2、基坑支护工作的重点在于基坑东侧，毗邻在建低密度别墅区，地下室边界到最近在建别墅的基础直线距离不足10米；
3、基坑施工范围内的土层情况较好；
4、工程建设工期紧，建设单位要求短时间内完成基坑支护工作。
由于基坑东侧紧邻在建别墅区，必须采用垂直支护形式。初步选择悬臂式钻孔灌注桩、钻孔桩加预应力锚索和高强预应力管桩加锚索三种支护方案进行可行性比较。
比较项目 悬臂钻孔灌注桩 钻孔桩加锚索 预应力管桩加锚索
支护效果 桩顶侧向位移较大，对周围环境影响较大，将影响到东侧在建低密度别墅区。采用预应力锚索，支护位移较小。 施加预应力，支护桩顶位移较小。
工期 受钻孔桩掘进速度及灌注桩混凝土龄期影响，施工工期较长。 受钻孔桩掘进速度及灌注桩混凝土龄期影响，施工工期较长。 桩身质量可靠，施工方便，桩身工厂预制，不受混凝土龄期影响，成桩速度快，土方开挖方便。
造价 高价高，经济性差。 高价高，经济性差。 造价低，经济性好。
施工组织 多台桩机施工，施工工效低，施工组织相对复杂。 施工工效低，且钻孔灌注桩工艺需要较大的工作面。 管桩施工工效高、施工组织简单，施工工作面相对钻孔灌注桩较小。
环境效应 泥浆护壁施工污染环境。 泥浆护壁施工污染环境。 无泥浆污染，无废弃物。
综上内容，显然选择预应力管桩加预应力锚索形式的支撑体系，在达到设计支护效果的同时，相对于另外两种方案，还能节约工期、节省造价、方便施工、保护环境等效果，同时由于基坑东侧场地较小，采用桩孔灌注桩，施工难度较大。
3.支护体系施工
经过专业设计单位进行相关计算后，本基坑支护工程选用基坑工程的支护桩采用直径为500-AB型（壁厚125）的预应力管桩，桩身长度L=16000mm，支护桩桩中心距离1000mm，基坑东侧支护总共需施工407根预应力管桩。锚索采用直径为180mm的普通预应力锚索。
3.1预应力管桩施工
由于场地有限，全液压静力压桩机无法进场施工，故采用一台柴油锤打桩机施工。沉桩时应控制桩顶处标高一致，以方便冠梁施工。
沉桩过程中，由于桩中心距仅1000mm，因此打桩时不同于工程桩的跳打施工，支护桩依次逐根压桩，以免因挤土效应造成后续桩成桩困难。虽然打桩前考虑到了桩距小，采用逐一施工顺序，但是随着施工桩数增加，桩的挤土效应越发明显，仅靠桩尖无法压到设计标高。
经过现场协调，决定采用一台长螺旋钻机先引孔，再由柴油锤桩机进行沉桩，取得了非常明显的效果，日成桩在30根左右，最终仅用了15天就完成了管桩打桩工作，大大节省了工期。
对于桩孔灌注桩，每日每台机械正常情况下成桩3根左右，即使使用4台机械分段同时施工，最快也需要35左右才能完成。同时在管桩施工过程中，工地现场整洁，无需外排泥浆。由于采用成品管桩，管桩进场后即可施工，占地面积小，对于灌注桩，现场还需准备钢筋笼加工场地，而管桩施工过程相对于灌注桩也节省了大量场地空间。
沉桩完成后，由于预应力管桩由高强混凝土制作而成，用于基坑支护中主要受弯剪破坏影响，需对管桩进行通长灌芯，灌芯混凝土采用C20无收缩细石混凝土。同时在管桩桩顶，根据设计要求施工混凝土冠梁。
灌芯过程中，当混凝土面标高快到桩顶时，放入与砼冠梁连接的柱头钢筋笼。
3.2土方开挖
由于管桩桩身不同高度处均有设置锚索，故土方开挖应配合锚索施工进度，分层开挖。每层挖至锚索标高下0.5m，不得超挖。
3.3普通预应力锚索施工
对于弯剪力的影响，除了通长灌芯，还需要结合普通预应力锚索，与预应力管桩形成支护体系，才能取得较好的支护效果。
根据设计要求，锚索采用强度不小于1860MPa的预应力钢绞线，注浆用水泥浆体采用42.5R普通硅酸盐水泥。对中支架采用HPB300级（Ⅰ级钢）钢管及φ8钢筋焊制。注浆管：一次注浆管耐压力1.0MPa，二次高压注浆管耐压力5.0MPa。锚索成孔采用潜孔钻机，向钻孔中安放锚索前，应将孔内岩粉和土屑吹净。成孔过程中，锚索成孔直径≥180mm，钻孔前按设计要求定出孔位作出标记。尽量控制锚索水平、垂直方向的锚孔定位偏差不宜大于20mm，钻孔轴线的偏斜率不大于锚索长度的5%。
杆体制作过程中，沿杆体轴线方向设置定位支架，对自由端没隔2m设置一个，对锚固段每隔1.5m设置一个，注浆管，排气管与杆体绑扎牢固。
注浆管的出浆口插入距孔底≤200mm处，浆液自下而上连续灌注。锚索一次注浆采用水泥净浆，水灰比0.5~0.55，必要时可加入外加剂。一次注浆待孔口溢浆，即可停止注浆；浆体硬化后不能充满锚固体时，应进行补浆。锚索注浆采用二次高压注浆工艺，注浆材料为水泥净浆，二次高压注浆水灰比为0.5~0.55；注浆体强度不小于30MPa。二次高压注浆时间为一次注浆形成的锚固体强度达到5MPa后进行，且一、二次注浆累计水泥用量不小于75kg/m，二次高压注浆压力为2.5~5.0MPa
注浆完成后，进行钢筋混凝土腰梁的施工。腰梁截面为400×400，锚索锚固端切角尺寸150×70，在进行腰梁施工时，为固定腰梁，采用φ22钢筋制作腰梁支撑架，间距1500mm，支撑架一端预埋在钢筋混凝土冠梁中，另一端锚入腰梁中。
4.基坑变形监测
为保证东侧在建低密度别墅区、地下管线和支护结构自身的安全，基坑开挖过程中对支护结构变形进行了监测，结果显示，基坑开挖到底时，支护桩最大位移仅18.4mm，位于开挖面以上1.9m处；冠梁顶最大位移7.7mm。可见采用“预应力管桩-锚索”支护体系对控制支护结构的变形有较为明显的效果。周边建筑物及道路、管线未出现任何损坏。
5.结论及存在问题
通过预应力管桩基坑支护工程实例应用，可见将预应力管桩应用于基坑支护工程中是可行的。同时，比较预应力管桩与灌注桩的施工特点，可以总结出以下几点：
5.1预应力支护管桩的特点
（1）规格统一、规范，质量可靠。
（2）运输方便，运距较长，施速度快。
（3）施工速度快。
（4）经济安全。
（5）无污染，施工绿色环保。
（6）便于组织施工。
5.2预应力管桩与传统灌注桩相比较：
（1）桩身强度高，质量可靠。
（2）刚度大，预应力，变形小。
（3）场地要求低，场地占用小，方便施工组织。
（4）相对钻孔灌注桩而言，采用预应力管桩作为支护桩更为经济。
（5）施工绿色环保，与钻孔灌注桩相比，不产生泥浆，对环境没有污染。
（6）施工效率高，大大缩短工期。
5.3预应力管桩在施工中也存在一定的问题。
1）客观来讲，使用施工高强预应力管桩作为支护桩，由于预制管桩长度一般只有16m左右，而作为支护的管桩不能进行焊接，因此对于较深的基坑，无法采用高强预应力管桩。
2）沉桩过程中，不论采用静压法还是锤击法，都是挤土沉桩，而作为基坑支护的预应力管桩，桩间距一般都较小，如遇到密实度较高的的土层，由于挤土效应，桩顶很难达到设计标高。
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