​PC工法组合钢管桩基坑围护体系过程控制及应用场景分析

摘要：本研究以某办公用房项目为案例，旨在深入探讨PC工法组合钢管桩在施工过程中的控制策略。在考虑该工程的地质条件和周边环境下，对PC工法桩的特点进行了详细分析，并提炼关键施工环节的控制要点。结合此项目的实际应用总结，分析场景该技术的应用场景。通过对这些内容的研究，将为现场管理人员提供实际操作思路和有用参考，以确保施工过程的高效性和可靠性。

关键词：PC工法桩；基坑工程；优缺点比选；围护结构

▍前 言

PC工法组合钢管桩是近些年在长三角地区出现的一种新型围护型式。该方案经济环保，可实现支护结构全回收，具有无泥浆排放、无大噪声、施工速度快、抗渗性好、可全回收并重复利用等优点。某办公用房项目定位为绿色建筑，结合环境特点、经济效益，并契合绿色建筑理念、绿色建造理念，故采取PC工法组合钢管桩的基坑支护体系形式。

▍1 工程概况

1.1工程概况

某办公用房项目（以下简称本项目）位于上海市普陀区，定位为绿色节能办公建筑。本项目包含地下2层钢筋混凝土地下室，作为车库及设备用房；上部为5层钢管混凝土-钢框架结构，分为南区4层、北区5层，含报告厅、办公、会议、员工餐厅等设施。基坑平面尺寸约为55m*54m的正方形，基坑普遍开挖深度约10m，最大挖深达11.65m。基坑安全等级为二级，基坑周边环境保护等级为三级。土方开挖总量共计约36000m³。

1.2地勘情况

（1）在场区45m深度范围内的地基土均属第四系滨海相、河口相，浅海相、沼泽相沉积物，主要由黏性土、淤泥质土、砂性土组成。根据土的成因、结构及其物理力学性质的差异可划分为八个主要层次，详见附表1：地层特性表。

（2）根据勘察揭示，在勘探深度范围内地下水类型属第四纪松散层中孔隙潜水及承压水。潜水：勘察期间实测得地下水埋深在地表以下1.20～1.40m，相应绝对标高为+3.27～+3.50m，本场地地下室抗浮设计水位可取室外地坪下0.5m。承压水：经勘察，场地第⑦层和⑧2层为承压含水层。承压水水位埋深的变化幅度在3.0～12.0m。

（3）根据勘察成果，揭示本场地普遍分布有约25cm厚混凝土地坪，其下分布有厚度不等杂填土，杂填土夹杂碎砖、混凝土块等大量建筑垃圾，部分地段埋深达到6m以上。局部区域底下可能埋有游泳池等设施，对施工带来一定影响。

1.3 PC工法组合钢管桩基坑围护体系概况

（1）本项目基坑平面尺寸约为55m*54m。项目定位作为绿色建筑的探索和研究，故本次基坑工程实施采取具备全回收特点的基坑支护体系形式——PC工法组合钢管桩加拉森钢板桩围护体系。PC工法组合钢管桩组合形式为：钢管桩-拉森钢板桩，钢管桩采用直径915mm、壁厚为14mm的钢管,配套采用IV型拉森钢板桩。钢管桩与拉森板桩现场不进行后拼接处理，均为整根出厂。钢管桩与拉森钢板桩之间连接采用U型止水锁扣连接，形成整体连续钢质墙体，同时兼做止水帷幕。本项目采用钢管桩915×14@1385*长24m GGZ1共计125根，约965.09吨（包含试桩）；钢管桩∅915×14@1385*长26m GGZ2共计39根，约374.64吨；拉森钢板桩Ⅳ长18m GBZ共计160根，约212.32吨（包含试桩）。竖向设置两道预应力型钢水平支撑体系。上述基坑支护围护典型剖面详见图1：基坑支护典型剖面。

（2）施工流程为：

①施打PC工法桩，立柱施工，并进行坑内加固

②迁移首道土，开挖至1.80M标高，施工第一道预应力钢支撑

③第二次开挖至-2.65M,施工第二道预应力钢支撑

④开挖至坑底，进行地下室底板施工

⑤底板混凝土强度达到设计强度的80％以上，拆除第二道钢支撑

⑥施工地下室结构至中楼板，并设置换撑板带

⑦待混凝土达到设计强度的80％以上，拆除第一道钢支撑

⑧拔除PC工法桩，对土体空隙实施注浆填充。

▍2 施工过程控制重点

2.1原材料控制

本项目钢管采用Q355B材质915*14螺旋管，锁扣企口材料采用Q355B轧制企口与钢管双面焊接。由于采用的钢管桩径厚比接近临界值，在明确桩身加工精度要求后，施工前对进场桩身材料质量落实检查，防止钢管桩屈曲。同时为确保钢管桩与拉森钢板桩之间u型止水锁扣企口连接（图2）。本项目在实施过程中为确保顺畅形成整体连续墙体并保证止水效果，针对锁扣企口的焊接质量、通过性试验作为原材料控制的要点，同时钢管桩上的锁扣要对称位于钢管的同一直径上确保成桩后的位移控制。检查要求详见附表2：钢管桩进场验收内容表。

在本项目的实施过程中，同时需考虑材料堆放的管理。本项目使用的最大桩型∅915×14*长26m，自重达9t，堆放场地需平整、坚实、排水通畅。并考虑搬运时应防止桩体撞击而造成桩端、桩体损坏或弯曲，留有一定的车辆转弯半径。考虑其自重影响，钢管桩堆放层数设定为2层，两侧应采用木楔塞住防止滚动。现场常规备料可供1台施工机械进行2～3天的施打作业。

2.2成桩试验

本项目采用2根24m钢管桩、1根18m拉森IV钢板桩作为试验桩；施工设备选用履带起重机起吊ICE高频免共振液压锤进行施打。试验过程中对桩体及周边土体进行监测。在离PC工法组合钢管桩试验桩14m内区域位置处布设土体测斜管、分层隆沉点。通过试验了解PC工法组合钢管桩在现场工况、地质条件下插入及拔除时对邻近土体的影响。试验桩拔出后对土体拔桩空隙进行注浆。

2.3沉桩控制

考虑到本项目东侧临近市政道路，环境相对复杂，现场围护桩施工顺序定为自东向西打设，并跟进基坑加固双轴搅拌桩施工。东南角施工首根转角桩后，按顺序往北及往西分两头沿基坑边线依次交替插入拉森桩和钢管桩，最后至基坑西北角合拢。

本项目沉桩计划工期20天，分解计划为每日施打8～9根钢管桩。每日第一根用于定位的钢管桩在打入时的垂直度作为重点控制项，每打入6m深度时候暂停并检查桩身的垂直度，达到规定要求后继续施工。在确保第一根定位桩垂直度满足设计要求的前提下，其他位置的桩每插打5根做一次检查，确保桩身垂直度满足设计及规范要求。同时落实信息化措施，针对后台数据进行统计分析，控制下沉速率，结合监测数据调整施工参数，避免对周边环境产生不可控的影响。沉桩过程中出现桩身倾斜、位移、桩身破损或沉桩困难等异常情况时，应立即停止沉桩施工，分析查明原因后进行必要的拔除返工或继续施工。

2.4止水防渗漏控制

PC工法桩在宁波西洪大桥项目中桥墩基坑支护工程中也有水上深基坑的应用，也体现了其止水性能强的特点。钢管桩施工前在锁扣内嵌填黄油（或沥青）作为止水材料。为避免U型锁扣的损坏、损量及疲劳变形等造成锁扣咬合不严而产生渗漏水现象。沉桩施工时，在施工过程中，双向测量垂直度并及时进行纠偏，直至打至设计高程。本项目实施过程中渗漏控制总体情况较好，仅出现两处轻微渗漏，在锁扣接缝处塞填油质麻丝物进行堵漏。针对较严重渗漏的情况，可安插导向引流管，或在基坑外侧沿水流方向进行局部分层注浆堵漏。

2.5拔除回收

拔桩前应制定拔桩专项施工方案，拔桩采用与施打时相同规格机械，重点对下部结构进行成品保护，为防止地下室外墙遭受超限度侧向压力，重点规划机械行进路线并铺设钢板分担土压力。拔除过程中应联系监测单位持续报送监测数据，以便于及时发现周边土体塌陷等环境影响。本项目西侧实施拔除作业过程中，由于工序衔接不畅，针对拔除后土体缝隙未按照设计要求采用水灰比为0.5的水泥浆进行压密注浆，临近的塔吊垂直度观测点日偏移量增加6mm，经采取措施后控制在允许范围内。因此在钢管桩拔除过程中，对地面周边塔吊基础、电线杆等土体基础的构筑物也应保持监测频次，必要时应采取相应的保护措施。

▍3 应用场景分析

本次围护体系为本项目如期完成地下工程起到了重要的成效。结合监测数据，坑底范围的最大位移为38.58MM,与开挖深度的比值为0.38％。围护结构顶部变形、深层水平位移等监测项目以及止水情况均在可控范围内。根据本次实践应用情况，在设计策划和施工组织筹划中，可结合考虑以下应用场景分析对本项技术的实际应用考量：

3.1场地条件及周边环境

钢管桩普遍单根尺寸较大，同时考虑材料堆放安全、搬运防撞引起变形等因素，堆放层数一般控制在2～3层，对平面布置的场地留置有一定要求。例如本项目因占地面积较小，考虑到场内交通流线环境较困难，并充分考虑钢管桩运输车辆的回车场地，经建设单位在施工前积极协调借用南侧规划用地约750㎡，在施工组织上进行2～3天的备料（约24根钢管桩、24根拉森钢板桩）。同时在拔除阶段，现场加工区、建材堆放区已形成，在施工组织措施上，进行白天拔桩拔桩作业，18:00后进行吊运装车，22：00后运输车出场，做到每日随拔随运。由于运输PC钢管桩材料的卡车长度过长，在工地现场部分位置无法正常行驶与装运材料，在现场的东南角围墙拆除及开通路口，使PC钢管桩南面的一半材料从此门出场。北面一半材料从工地大门出场，才得以顺利实施。如项目体量大，采取多台机械施工的，更应当考虑到钢管桩堆场、进出场计划和作业面的控制。

此外PC工法组合钢管桩需采用到履带吊等大型设备，对地基承载力具有一定的条件限制。本项目钢管桩施打采用50t履带吊，拔除前经验算需采用100t履带吊。拔除过程中由于机械自身重量，以及钢管桩拔除形成的反力作用，应严格验算地基承载，并考虑地下管线情况，必要时需进行移位保护。同时履带吊作业，以及钢管桩的吊运、放平，都需要周边立体环境的支持，需全方位考虑高压线缆、树木、路灯、构筑物等带来的局限性影响。

3.2工期需求

本项目围护工程计划工期20天，地下结构计划工期60天，在桩基工程实施过程中穿插开展围护工程施工，可在3个月达到地下室出零的进度需求。由于PC工法桩实施对现场临时用电无额外需求，不同于钻孔灌注桩排桩等围护形式，需要提供额外用电方可增加机械实施赶工。因此在其余桩工机械安排上可结合进度排布，采取增加机械班组的方法来增加工程桩或其余围护桩的工效。此外，对比混凝土支撑，本次全钢围护体系采用的预应力钢支撑，免去了钢筋混凝土作业的各道工序时间及养护时间，能尽早满足土方开挖的危大工程条件验收要求，在支撑拆除时亦能有效把控必要时间。因此在地下情况较不复杂，土方开挖、地下结构等具备稳定推进条件的项目，应用PC工法桩可科学合理地压缩工期。

3.3经济成本

由于实施了全钢体系维护体系使得主要构件全回收，无需损耗常规围护体系大量使用的水泥、混凝土、钢筋等建材，大大减少了材料、费用、泥浆处理、废弃混凝土外运等费用。同时PC工法组合钢管桩的兼做为止水帷幕，对比钻孔灌注桩排桩方案无需再另行加设止水帐幕止水。相对于上海地区同类工程大量应用的型钢水泥土搅拌桩、钻孔灌注桩排桩等围护体系费用可节省15%～30%。在目前绝大部分工程限额设计的情况下，采取PC工法组合钢管桩基坑围护体系方案，可在确保围护工程可靠性的同时，将节省的工程投资使用在装修工程、机电安装工程，最大限度实现建筑的美观性、功能性。

根据本项目实践总结，本技术在经济成本考量上需关注的方面主要包括：

①工期延误成本：钢管桩、拉森钢板桩的租赁期制约于地下结构的施工工期，因此租赁费用与结构工期成正比关系，施工受阻将大大增加本围护体系的成本，其造价优势将会被动地转为劣势。

②机械成本：因本次使用的高频免共振液压锤的市场供应较为紧张，对供应商的选择面、议价主动权仍存在一定局限，在钢管桩拔除的施工准备过程中，因无法按期租赁到机械配件，也联动引发了工期延误的成本。随着技术日臻成熟、市场占有率提高后，将会降低相关成本，进一步实现本技术应用的经济效益。

③钢管桩选型：钢管桩为定尺材料，根据设计要求可能存在定制加工的情况，根据原材料波动、厂家生产情况，定制加工材料可能产生较高昂的费用。

3.4绿色低碳需求

随着“碳达峰，碳中和”成为国家计划，建筑业也需要从绿色施工向零能耗，零碳的目标前进。我国钢筋混凝土使用量位居全球第一，占比全球50%以上，PC工法桩施工无泥浆污染、主材可回收的特性，大大免去了水泥、钢筋等主材生产、运输过程中的碳排放。例如本项目所有钢板桩、钢管桩均能拔除，钢支撑拆除后全部回收，回收后进行一定程度的维修清理即可重复利用。其回收效率远高于型钢水泥土搅拌桩等工艺。

在丧失使用功能后，可利用作炼制粗钢。国际回收局统计数据显示，近50年来全球生产的粗钢40%是由废钢铁炼成的，同时用废钢铁炼1t，可减少1.6t碳排放节约350kg标准煤。部分研究表明钢结构支护对比钢筋混凝土支护，碳排放可减少越85.7%，能耗约为其16.2%，是低碳发展、绿色施工的一条新路径。

▍4 结 语

本次PC工法组合钢管桩基坑围护体系，系首次完整应用在上海地区地下二层基坑工程。该项技术具备较好的施工便捷性和可靠性，同时在工期、成本、绿色低碳方面具有较好的优势。本文根据已实施的项目取得的经验，梳理部分管理要求和关注事项，为后续的技术推广和类似工程实践应用提供参考和借鉴。

内容资料来源：《工程技术》

作者：‍‍‍‍‍‍黄致远

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