论文指导-佳博论文

PCMW工法与深基坑支护对比研究

摘要:PCMW工法是近年来出现的用于深基坑支护的新工法,旋挖灌注桩是一种相对传统的支护工艺。以中山市某大厦基坑支护工程为例,通过基坑变形、地面沉降、工程造价、工期、环境保护等多个方面,对PCMW工法与旋挖灌注桩进行综合性能对比分析。结果表明:采用PCMW工法在工程造价、工期、控制基坑变形和周边地面沉降等方面有较大优势。
 
关键词:基坑支护设计;基坑支护施工;PCMW工法;旋挖灌注桩
 
1基坑支护设计原理
 
PCMW工法[1]是采用三轴搅拌桩内插预制管桩的单排结构,三轴搅拌桩水泥土连续墙形成封闭止水帷幕,预制管桩作为主要受力构建承受水平荷载,由于PCMW工法采用单排结构,所占用支护空间较少;传统工艺采用搅拌桩止水、旋挖灌注桩承受土压力的双排结构[2]。2种结构均采用三轴搅拌桩止水,支护桩是主要受力构件[3]。通过对2种支护结构进行计算,从而确定管桩和灌注桩的截面尺寸、间距和嵌固深度,确保基坑安全[4]。
 
2工程实例对比分析
 
2.1工程概况
 
某大厦基坑支护工程位于中山市坦洲镇,拟建工程包括1#~2#楼、商场、配电房及相关配套设施,地上19层,地下2层地下室。本工程采用框架剪力墙结构,拟采用桩基础。基坑开挖面积约为9060m2,基坑周长约490m,基坑开挖考虑到地下室底板底,设计深度为8.55~8.90m。
 
2.2周边环境
 
场地东侧为一期广场及4层商业楼、南侧为15层商业楼,均为桩基础;西侧为2~5层居民楼及简易民房,部分为浅基础;北侧为南坦路。
 
2.3工程地质概况
 
场地现为临时停车场,场地较平整,地势平坦,现状地面标高为2.27~3.03m。区域上属珠江三角洲堆积平原地貌单元,根据勘探结果,与基坑支护相关的主要岩土层分布如下:①1素填土:灰褐色,局部褐黄色,湿~稍湿,松散,属人工填土,土质不均匀,为新近填土。②1淤泥:深黑色、灰黑色,饱和,流塑,以粘粒为主,局部以粉砂为主,干强度较高,韧性低,具高压缩性。②2中砂:灰黑色、浅灰色,饱和,松散~稍密状,主要由石英质的中砂组成,含粗砂、细砂、贝壳碎屑和粘粒,分选性较好,级配一般。②3淤泥质土:灰黑色、深灰色,饱和,流塑,腥臭味,含腐殖质,局部夹薄层粉细砂,有滑腻感,刀切面光滑,稍有光泽,干强度较高,韧性低,承载力低,具有高压缩性。②4粉质粘土:灰黄色、红黄色,可塑。由粘粒和粉粒组成,含中细砂,局部以中砂为主,稍有光泽,干强度中等,韧性高。②5粗砂:浅黄色、浅灰色,饱和,稍密状,局部为中密,主要由石英质的粗砂组成,次为砾砂和中砂,分选性较好,级配一般。③1砾质粘性土:黄褐色、褐红色,可塑~硬塑状。由粘粒及砂粒组成,土质较均一,为花岗岩风化残积土,水浸泡易软化崩解。基岩为燕山期花岗岩。岩土层主要力学参数如表1所示。
 
2.4基坑选型
 
根据周边环境、地质条件和项目特点等因素,本工程采用排桩+内支撑支护方式,支护形式详情如图1所示。
 
2.5力学分析
 
本次采用弹性法结合增量法进行验算,主要计算软件为理正深基坑支护设计软件。本项目采用排桩+单道混凝土支撑支护方式,支撑梁采用C30混凝土,截面尺寸为1200mm×1000mm,主支撑最大跨度50m,主撑间距18m。通过公式kR=(aREAba)/(λl0s)[5]计算,求得主支撑刚度为1344MN/m;支撑梁材料抗力为17160kN。PCMW工法拟采用f850三轴搅拌桩内插PRC管桩,“插一跳一”施工。为方便对比,旋挖桩[6]工艺亦采用f800旋挖灌注桩,桩间距1200mm。计算结果对比如表2所示。根据计算结果,PRC管桩选用PRCⅡ800(130)-C型管桩[7],桩身受弯承载力设计值为1057kN·m,大于计算求得的最大弯矩值1054.16kN·m,桩身受剪承载力设计值为621kN,大于计算求得的最大剪力值620.58kN,桩身强度满足设计要求。旋挖灌注桩采用C30混凝土,计算求得配筋结果如表3所示。
 
2.6对周边环境的影响对比分析
 
PRC管桩与灌注桩主要工况:工况1:基坑开挖至支撑底、加内支撑;工况2:开挖至基坑底;工况3:地下结构施工、加刚性铰;工况4:拆除支撑。[8]2种支护均采用相同的桩径、桩长、工况,采用理正软件对基坑各要工况进行基坑稳定性、变形验算[9],计算结果如表4所示。PRC管桩和旋挖灌注桩基坑稳定性安全系数为1.925,抗倾覆稳定系数为1.991,二者验算结果一致,且均大于规范规定要求值。PCMW工法最大位移和沉降变形分别比旋挖灌注桩小4.19mm、12mm。
 
2.7工期对比分析
 
本基坑周长490m,支护桩条数408条,三轴搅拌桩408套。2种工艺均采用三轴搅拌桩止水[10],三轴搅拌桩下沉速度按照0.8m/min,上提速度按照1.5m/min计算。三轴搅拌桩实桩长为15.5m,假设三轴搅拌桩匀速下沉和上提。每成一组搅拌桩所需时间为34.7min(含移机时间5min)。PCMW工法先施工三轴搅拌桩,完成后立即插入PRC管桩,三轴搅拌桩和PRC管桩配套施工。每插入1条管桩的时间约为30min,总耗时为64.7min。每台班按8h计算,平均工效为7.42条/台班。PCMW工法工期为408÷7.42=55d。旋挖灌注桩工艺先施工三轴搅拌桩,再施工旋挖桩,旋挖灌注桩和三轴搅拌桩前后排布置,不需要配套施工。三轴搅拌桩施工时间为408÷(8×60÷34.7)=29.5d,由于可采用流水施工,不考虑三轴搅拌桩施工时间。本项目旋挖桩不入岩,成孔速度较快,工效约0.2m/min,每完成1条桩所需时间约为102.5min(含埋护筒和移机时间25min),由于钻孔清底和灌注混凝土可以流水施工,不考虑该部分时间,每台班完成灌注桩4.68条。灌注桩工期为408÷4.68=87d。PCMW工法比旋挖灌注桩节约工期32d。
 
2.8造价对比分析
 
PCMW工法造价:PRCⅡ800(130)-C材料价格为780元/m(含运费),施工费70元/m,综合单价850元/m,总造价为850×15×408=5202000元=520.2万元。旋挖灌注桩造价:成孔费400×0.5=200元/m,混凝土550×0.5×1.15=316元/m,钢筋4×93.7=375元/m,人工费75元/m,综合单价966元/m,总造价为966×15×408=5911920元=591.2万元。PCMW工法比旋挖灌注桩节省71万元,节约比为13.65%。
 
3结论
 
通过PCMW工法与旋挖灌注桩2种支护型式对比分析,得出结论:PCMW工法比旋挖灌注桩更节约、总工期更短、对控制基坑变形和周边地表沉降更有利,PCMW工法比传统旋挖灌注桩更具优势,是一种值得大力推广的工艺。
 
参考文献
 
[1]索文斌,刘春,施斌,等.深基坑PCMW工法开挖过程离散元数值模拟分析[J].工程地质学报,2017,25(4):920-925.
 
[2]刘国彬,王卫东.基坑工程手册(第二版)[M].北京:中国建筑工业出版社,2009.
 
[3]魏国灵,梁永国,张细才,等.粤港澳大湾区深厚软土条件下深基坑支护设计与实践[J].化工矿产地质,2019,41(4):291-298.
 
[4]宇英龙.横琴国际金融中心大厦基坑支护施工技术分析[J].低碳世界,2016(1):128-129.
 
[5]赵升峰,黄广龙,马世强,等.PCMW工法与SMW工法深基坑支护对比研究[J].建筑结构,2015,45(S1):847-851.
 
[6]周外男,缪玉卢.坚硬岩石地层钻孔桩旋挖钻机成孔技术[J].世界桥梁,2019,47(4):27-31.
 
[7]预应力混凝土管桩技术标准:JGJ/T406-2017[S].北京:中国建筑工业出版社,2018.
 
[8]陈忠俊.超高层房屋建筑基坑支护施工技术[J].建材与装饰,2016(17):1-2.
 
[9]李勇,易绍平,贺冠军.桥梁挤扩支盘桩沉降分析与抗变形能力[J].广东公路交通,2019,45(5):49-54.
 
[10]李孝平,彭晨.城际铁路车站广场河岸支护方案研究[J].城市道桥与防洪,2017(2):118-121.
在线客服系统