PRC 管桩在基坑中的应用

孙 贝，米春荣，孙永梅1、，王淑文

（1.山东建研科技发展有限公司，山东 济南 250031；2.山东建科特种建筑工程技术中心有限公司，山东 济南 250031；3.山东省建筑科学研究院有限公司，山东 济南 250031）

1 工程概况

力高未来城A6 地块位于济南市济阳县经二路西侧，纬二路南侧，基坑开挖面积约17900m2，基坑开挖深度在4.10～4.72m，拟建建筑物包括住宅楼、商业楼和地下车库。

建设场地北侧为空旷场地，南侧为纬一路，西侧为内部施工道路，东侧为经二路，东北角方向有一座6 层居民楼。建设场地地形起伏较小，地貌单元属冲洪积平原地貌。按地基土的成因类型、地质特征，勘探深度范围内的地基土可分为5 层，分别为：①素填土；②粉质黏土；③粉土；④粉质黏土；⑤粉土。具体参数可见表1。

2 基坑支护结构设计

基坑支护设计方案应考虑安全性、经济性、工期等不同因素，结合力高未来城A6 地块场区的工程特点，根据相关材料，考虑周边环境，本基坑工程采用悬臂桩支护、土钉墙支护形式，其中2-2 剖面采用悬臂桩支护。基坑支护平面图如图1 所示，2-2 剖面的支护形式如图2 所示。

3 基坑支护结构设计计算

在基坑工程中，若基坑附近有居民楼，则对基坑的位移有较高的要求，该基坑东北角处（2-2 剖面）有一座6 层的居民楼，支护结构采用悬臂桩支护，现对该剖面进行理论计算和数值模拟分析。

3.1 理论计算

图1 基坑支护平面

表1 土层力学参数

图2 2-2 剖面的支护形式

基坑2-2 剖面采用悬臂桩支护，以水泥土搅拌桩作帷幕，帷幕内插PRC 管桩。水泥土搅拌桩直径600mm，搭接200mm，桩间距400mm，桩长11m。管桩设计选型采用等刚度代换法[4]，如式（1）、式（2）所示。

PRC 管桩的刚度：

式中：EI-管桩桩身刚度，N·mm2，EC0-混凝土弹性模量，C80 混凝土弹性模量取3.8×104N/mm2；D0-管桩外径，mm；d-管桩内径，mm。

混凝土灌注桩刚度：

式中：EI-管桩桩身刚度，N·mm2；EC1-混凝土弹性模量，C30 混凝土弹性模量取3.0×104N/mm2；D1-灌注桩直径，mm。

对C30 混凝土的灌注桩和C80 混凝土的管桩进行等刚度代换，得到式（3）：

由式3 可以换算出管桩型号采用PRCI400（95）-AB 型，桩长10m，桩顶设置冠梁，冠梁尺寸600mm×400mm，用C30 混凝土浇筑形成[2]。利用理正深基坑软件对基坑2-2 剖面进行计算，计算结果如图3、图4 所示。

根据基坑支护等级二级可知，地面允许沉降量不超过1%H，基坑水平位移不超过30mm，如图3、图4 所示，该工程的最大沉降量为34mm，基坑水平位移在22mm 左右，均在允许范围之内[1]。

3.2 数值模拟计算

3.2.1 模型建立

利用ABAQUS 软件，选取2-2 剖面进行计算分析，计算模型二维尺寸定为20m×20m，开挖深度为4.5m，开挖宽度6m。模型的边界条件为模型两边设置X 向约束，模型底边设置X 向、Y 向约束，模型上表面不作约束。图5 为模型的二维有限元网格图，共1600 个单元。土体采用单元CPE4 模拟，模型中的各土层参数如表2 所示，土体本构模型采用M-C 模型[3]。

图3 2-2 剖面力学分析结果

图4 地表沉降

图5 二维有限元网格

表2 土体的模型计算参数

3.2.2 结果分析

利用ABAQUS 软件对基坑开挖过程进行模拟，基坑开挖后的水平位移计算结果云图如图6 所示。

从图6 中可以看出，基坑开挖后桩顶的水平位移为20mm 左右，在允许范围之内。

图6 水平位移

4 结论

本文以济阳县某基坑支护为研究对象，借助理正深基坑软件，采用等刚度代换法计算基坑的变形。将理论计算结果与数值模拟结果进行对比，结果发现，基坑开挖后桩顶水平位移的计算结果一致，这说明等刚代换法计算PRC 管桩基坑支护是可行的。