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。

 

 

　　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。

 

　　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。

 

 

　　2.1模型建立

 

　　桩基为φ400mm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95mm，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

 

　　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。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。

 

 

　　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。

 

 

　　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。