基坑支護(hù)樁兼作抗浮工程樁的應(yīng)用技術(shù)

華昆+華錦耀

摘 要：為避免基坑支護(hù)樁在完成使命后閑置浪費(fèi)，本文敘述基坑支護(hù)樁兼作抗浮工程樁的計(jì)算原理、支護(hù)樁和地下結(jié)構(gòu)底板及外墻的連接措施、當(dāng)抗震設(shè)防要求較高時(shí)的離縫式連接構(gòu)造，并說明其施工工藝流程和操作要點(diǎn)及質(zhì)量安全控制措施，最后綜合分析其經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

關(guān)鍵詞：基坑支護(hù)樁；抗浮工程樁；應(yīng)用技術(shù)

PILE FOUNDATION PIT DOUBLES AS ANTI-FLOATING PILE OF APPLIED TECHNOLOGY

HUA Kun， HUA Jin-yao

（Huafeng Construction Co.， Ltd.， Ningbo，315040，China）

Abstract： To avoid pile foundation pit in the waste after the completion of the mission，this article describes the calculation principle of the pile foundation pit doubles as anti-floating pile，pile foundation pit and basement floor and the wall of the connection arrangements，requirements for seismic resistance is high when the off-seam connection structure。And explain the construction process and operation points and the quality control measures。At last，this article comprehensive analysis of its economic and social benefits。

Key words：pile foundation pit；anti-floating pile；applied technology

1.前 言

隨著城市基本建設(shè)的快速發(fā)展以及地下空間的開發(fā)，基坑支護(hù)技術(shù)得到了空前進(jìn)步，其中深基坑的樁墻支撐式支護(hù)和樁墻錨桿式支護(hù)也得到了廣泛的應(yīng)用。常見的鉆孔灌注樁和沉管灌注樁及型鋼水泥土攪拌樁與長(zhǎng)螺旋鉆孔壓灌樁作為基坑支護(hù)排樁均屬于臨時(shí)性結(jié)構(gòu)，在地下結(jié)構(gòu)施工完成并在土方回填后即完成其使命，導(dǎo)致基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)在房屋建筑使用期間長(zhǎng)期閑置浪費(fèi)掉。而樁墻支撐式或樁墻錨桿式支護(hù)結(jié)構(gòu)中的支護(hù)排樁造價(jià)一般占總支護(hù)結(jié)構(gòu)造價(jià)的60%以上，故探索如何永久性地利用基坑支護(hù)排樁（例如基坑支護(hù)樁兼作抗浮工程樁）課題，已成為建筑業(yè)技術(shù)界所面臨的一大任務(wù)。

2.技術(shù)難點(diǎn)

基坑支護(hù)樁（以下簡(jiǎn)稱排樁）兼作抗浮工程樁應(yīng)用技術(shù)的主要難點(diǎn)如下：

2.1 排樁除應(yīng)滿足基坑支護(hù)的要求（抗傾覆、抗隆起、整體穩(wěn)定及抗彎、抗剪承載力）外，還應(yīng)解決如何滿足抗浮承載力的要求，包括插入坑底的深度和配筋。

2.2 排樁和地下結(jié)構(gòu)的底板、外墻如何連接為整體，以便在地下水浮力作用下，排樁和地下結(jié)構(gòu)及其樁基共同工作，并且不產(chǎn)生相互的位移變形。

2.3 當(dāng)?shù)叵陆Y(jié)構(gòu)及其地上建筑結(jié)構(gòu)的抗震要求較高時(shí)，采用何種構(gòu)造將地下結(jié)構(gòu)底板、外墻與排樁分離開，既允許地震力作用下水平方向可以變形位移，又使排樁仍起到抗浮承載作用。

3.應(yīng)用技術(shù)原理

3.1 支護(hù)樁兼作抗浮工程樁的承載力計(jì)算原理

由于基坑支護(hù)樁的布置屬于密排形成墻式，故基樁抗浮承載力計(jì)算時(shí)，應(yīng)按群樁呈整體破壞的模式計(jì)算，即按排樁墻式計(jì)算側(cè)表面的摩阻力，而非按πdL計(jì)算側(cè)表面積（d為支護(hù)樁直徑，L為底板下的支護(hù)樁長(zhǎng)度）。抗浮計(jì)算中，排樁在地下水位下的自重應(yīng)取浮重度，排樁在底板以上的側(cè)表面摩阻力不宜計(jì)入抗浮承載力，可作為安全儲(chǔ)備。支護(hù)樁的縱筋應(yīng)配置到底，配筋設(shè)計(jì)應(yīng)同時(shí)滿足基坑開挖階段抗彎抗剪和地下室工程完工后抗浮工作狀態(tài)的承載力要求。

當(dāng)支護(hù)樁間距小于現(xiàn)行行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》JGJ94（文獻(xiàn)[1]）的規(guī)定時(shí)，排樁抗拔承載力計(jì)算，應(yīng)根據(jù)JGJ94的群樁呈整體性破壞模式計(jì)算，由于群樁的抗拔極限承載力難以通過試驗(yàn)確定，故支護(hù)樁的單樁抗拔承載力特征值按下式計(jì)算：

式中 Ra'—支護(hù)樁單樁抗拔承載力特征值；

Ul—樁身抗拔周長(zhǎng)，取Ul=0.5πd，如圖1所示；

λi—抗拔系數(shù)（抗拔承載力/抗壓承載力），按現(xiàn)行行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JGJ94的表5.4.6-2取值；

qsia—樁側(cè)面第i層土的抗壓側(cè)阻力特征值；

li—地下結(jié)構(gòu)底板以下樁側(cè)面第i層土的厚度；

Gp—單樁自重，地下水位以下取浮重度。

支護(hù)排樁還應(yīng)驗(yàn)算樁身抗拉的承載力，即樁身的配筋和裂縫控制。

考慮支護(hù)樁通常比抗浮工程樁短，合理地增大其抗浮承載安全度，有利于二者的變形協(xié)調(diào)工作，故上述排樁按整體性破壞模式計(jì)算單樁的抗拔承載力特征值公式中，未計(jì)入樁間土的自重，也未計(jì)入底板以上樁周土的阻力。

3.2 支護(hù)排樁和地下室結(jié)構(gòu)整體抗浮原理

3.2.1 由于基坑支護(hù)樁先行施工，故在地下結(jié)構(gòu)正作施工時(shí)，應(yīng)將排樁和地下結(jié)構(gòu)的底板、外墻等結(jié)構(gòu)連接為整體，方能參與抗浮工作。一般的連接構(gòu)造是通過在排樁迎坑側(cè)面植筋（或再通過連接角鋼）和底板及地梁主筋焊接、植筋和外墻對(duì)拉螺栓通過連接角鋼焊接，并將底板或地梁及外墻混凝土緊密地貼緊支護(hù)樁，且水平連接筋應(yīng)滿足承受浮力作用下產(chǎn)生的剪力，從而將地下室結(jié)構(gòu)和排樁聯(lián)結(jié)為一體共同抗浮工作，如圖2所示，浮力較大時(shí)，宜設(shè)置抗剪槽。

3.2.2 當(dāng)支護(hù)排樁與地下結(jié)構(gòu)外墻必須脫開（抗震要求）或需要施工卷材防水層時(shí)，即排樁無法通過植筋及連接角鋼與地下結(jié)構(gòu)底板鋼筋及外墻體的對(duì)拉螺栓焊接時(shí)，應(yīng)采用在排樁頂?shù)膲喉敼诹荷显O(shè)置后作式壓梁，此壓梁與地下結(jié)構(gòu)外墻后作的牛腿板梁澆搗為整體結(jié)構(gòu)，使排樁承受抗浮荷載。壓頂冠梁預(yù)留插筋或預(yù)留接駁器以便連接后作式壓梁的鋼筋，地下結(jié)構(gòu)外墻也預(yù)留接駁器以便連接后作的牛腿板梁鋼筋。整澆式后作壓梁如圖3所示。

3.2.3 壓頂冠梁上的后作式壓梁和地下結(jié)構(gòu)外墻的后作式牛腿板梁均需滿足地下結(jié)構(gòu)在浮力作用下的抗彎和抗剪承載力，故其截面及配筋、接駁器的埋置、施工縫處理等均需滿足設(shè)計(jì)圖紙和相關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的要求。

3.3 滿足地下結(jié)構(gòu)抗震設(shè)防較高要求的原理

當(dāng)?shù)叵陆Y(jié)構(gòu)的抗震設(shè)防有較高要求時(shí)，即地下結(jié)構(gòu)底板、外墻不能通過鋼筋混凝土與排樁連接為整體時(shí)，可采用在排樁的壓頂冠梁上后作壓梁與地下室外墻牛腿板梁之間分離式（墊油氈）構(gòu)造，如圖4所示。在地震力作用下形成類似抗震縫的構(gòu)造，但排樁仍起到抗浮承載的作用。冠梁上后作式壓梁與外墻后作式牛腿板梁之間的油毛氈起到只傳遞豎向荷載而允許地震力作用下水平位移的作用。后作式壓梁和后作式牛腿宜在主體結(jié)構(gòu)封頂后施工，以考慮主體地下結(jié)構(gòu)及其樁基的沉降變形。

3.4 地下結(jié)構(gòu)底板下抗浮工程樁布置原理

地下結(jié)構(gòu)底板下的抗浮工程樁一般兼作抗壓工程樁，由于基坑支護(hù)樁相對(duì)比較短，通常不深入至深部硬土層中，故不宜計(jì)入樁基總的抗壓承載力中。在布置抗浮工程樁時(shí)，底板四周可以少布置基樁，使部分抗浮承載力分配給排樁工作，由于地下結(jié)構(gòu)的剛度和支護(hù)排樁抗浮安全度較大，故符合地下結(jié)構(gòu)抗浮工作的變形協(xié)調(diào)原則。

4.施工工藝流程

測(cè)量放線→支護(hù)排樁施工→支撐或錨桿施工→分層開挖土方→基底墊層施工→砌樁間磚胎模→鑿毛排樁內(nèi)側(cè)、植筋→植筋與連接角鋼焊接或栓接、底板鋼筋綁扎→澆搗底板混凝土→排樁側(cè)植筋，掛鋼絲網(wǎng)→排樁側(cè)噴細(xì)石砼抹平→焊接植筋與對(duì)拉螺栓、墻體鋼筋綁扎→搭設(shè)墻體內(nèi)模→澆搗墻體混凝土→施工外墻后作式牛腿→施工冠梁頂后作式壓梁

5.施工要點(diǎn)

5.1 測(cè)量放線、灌注樁、支撐或錨桿施工及基坑土方開挖

測(cè)量放線、灌注樁、支撐或錨桿施工及基坑土方開挖均按常規(guī)施工方法施工，此處不再贅述。支護(hù)排樁兼作抗浮工程樁，故其施工檢驗(yàn)和施工后的承載力及樁身質(zhì)量檢驗(yàn)均應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求和相關(guān)的國(guó)家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)即文獻(xiàn)[1]、[2]的規(guī)定。樁位在軸線和垂直軸線方向偏差、垂直度偏差應(yīng)按文獻(xiàn)[3]的規(guī)定控制，即更嚴(yán)格。

5.2 坑底墊層施工和檢查排樁

基坑土方開挖到坑底設(shè)計(jì)標(biāo)高后，立即澆搗混凝土墊層且靠緊排樁。檢查排樁的外形（直徑、是否有蜂窩、孔洞及露筋）、偏位、垂直度和樁的間距及混凝土強(qiáng)度。排樁如有質(zhì)量缺陷，應(yīng)及時(shí)修補(bǔ)處理。如排樁凈間距較大，可采用樁間隙中砌磚墻解決，或采用支設(shè)內(nèi)模并增設(shè)樁之間植筋并綁扎后澆搗樁間混凝土解決。

5.3 砌樁間磚胎模

在排樁間隙處用小鏟刨去土層，一般按樁間凈距在300mm內(nèi)采用半磚厚的磚胎模、大于300mm采用一磚厚的磚胎模留出位置。磚胎模底腳采用C15混凝土墊層，其標(biāo)高和厚度同底板下的混凝土墊層，并同時(shí)施工。胎膜采用M7.5水泥砂漿砌筑MU10混凝土多孔磚，且沿豎向@500設(shè)置2φ6拉結(jié)筋。

5.4 鑿毛支護(hù)樁內(nèi)側(cè)面和植筋

在排樁的內(nèi)側(cè)面鑿除泥皮、浮漿、凸出的混凝土，為植入鋼筋及設(shè)置水平向連接件—角鋼提供基本平整的條件。在支護(hù)樁內(nèi)側(cè)植筋應(yīng)根據(jù)相關(guān)國(guó)家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，鉆孔的孔徑應(yīng)比所植鋼筋的直徑大4mm，植筋進(jìn)入支護(hù)樁的長(zhǎng)度為20d。先注填環(huán)氧樹脂膠粘劑，隨之插入鋼筋，使植入的鋼筋品種和直徑、雙向間距符合與底板或地梁主筋焊接傳力的要求。然后在水平方向增置連接角鋼，角鋼鉆孔后就位套入植筋用墊片螺帽擰緊或焊接，最后將底板或地梁的主筋焊于角鋼，如圖5所示。所用角鋼的品種、型號(hào)規(guī)格應(yīng)滿足連接的強(qiáng)度要求。

5.5 底板、地梁、承臺(tái)施工

底板、地梁、承臺(tái)按常規(guī)方法施工；鋼筋綁扎后應(yīng)進(jìn)行隱檢驗(yàn)收，然后搭設(shè)上翻的外墻段內(nèi)模板。泵送澆搗底板、地梁、承臺(tái)的混凝土?xí)r，以后澆帶為界，先施工靠支護(hù)樁區(qū)段，以利盡早穩(wěn)定基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)。底板及換撐帶混凝土養(yǎng)護(hù)達(dá)到一定強(qiáng)度后，即可按常規(guī)方法拆除基坑的支撐。

5.6 支護(hù)樁內(nèi)側(cè)繼續(xù)植筋、砌樁間磚墻、掛鋼絲網(wǎng)、噴細(xì)石砼、安裝連接角鋼。

底板施工后，繼續(xù)在排樁內(nèi)側(cè)植筋。繼續(xù)在支護(hù)樁之間砌磚墻，此磚墻沿豎向@500設(shè)置2φ6拉結(jié)筋和支護(hù)樁通過鐵膨脹連接。頭遍細(xì)石混凝土噴射后掛鋼絲網(wǎng)，再噴第二遍細(xì)石混凝土，并隨之用灰刀抹平。按照設(shè)計(jì)要求涂刷防水涂料，作為地下室外墻的外側(cè)胎模。安裝連接角鋼并焊接對(duì)拉螺栓，角鋼截面應(yīng)滿足對(duì)拉螺栓雙面焊縫長(zhǎng)度的要求，角鋼的肢寬即為地下室外墻鋼筋保護(hù)層的厚度。

5.7 混凝土墻體施工

墻體鋼筋依據(jù)設(shè)計(jì)圖紙綁扎，綁扎前應(yīng)通過連接角鋼連接好排樁上的植筋和對(duì)拉螺栓，以便支護(hù)樁和墻體連為整體參與抗浮工作。澆搗墻體混凝土前，應(yīng)處理好與底板上翻墻體段連接的水平施工縫，然后分層泵送澆搗混凝土，用插入式振搗器振搗密實(shí)，澆水保濕養(yǎng)護(hù)14d。

5.8 后作壓梁與墻體牛腿施工

當(dāng)支護(hù)樁與地下結(jié)構(gòu)外墻必須脫開或外墻外側(cè)面需要粘貼防水卷材時(shí)，應(yīng)在支護(hù)樁壓頂冠梁施工時(shí)預(yù)埋接駁器（直螺紋套筒）和錨筋，或預(yù)埋豎向插筋；同時(shí)在地下結(jié)構(gòu)外墻施工時(shí)預(yù)埋側(cè)向接駁器和錨筋，如圖3和圖6所示。當(dāng)?shù)叵陆Y(jié)構(gòu)無抗震設(shè)防特殊要求時(shí)，在地下結(jié)構(gòu)外墻施工后設(shè)計(jì)要求的時(shí)間，將壓頂冠梁上預(yù)埋鋼筋與地下室外墻牛腿鋼筋綁扎后，搭設(shè)模板并隱檢驗(yàn)收合格，再整體泵送澆搗混凝土。

當(dāng)?shù)叵陆Y(jié)構(gòu)有抗震設(shè)防較高要求時(shí)，地下結(jié)構(gòu)底板和外墻應(yīng)離開排樁，空隙部分可墊泡沫塑料板；然后在地下結(jié)構(gòu)外墻施工后施工牛腿板梁，再施工排樁壓頂冠梁上的壓梁，同時(shí)在后作壓梁與牛腿板梁之間墊以油毛氈，如圖4和圖6所示。

6.質(zhì)量安全控制

6.1 灌注樁鉆孔達(dá)到設(shè)計(jì)深度，應(yīng)控制孔底沉渣厚度不大于100mm。排樁所用的鋼筋籠和混凝土應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求和文獻(xiàn)[1]的規(guī)定。灌注混凝土?xí)r，應(yīng)控制提拔導(dǎo)管的速度，嚴(yán)禁將導(dǎo)管提出混凝土灌注面。

6.2 植筋的鉆孔成形后，應(yīng)用吹風(fēng)機(jī)吹凈孔內(nèi)粉塵，然后注填環(huán)氧樹脂膠粘劑，隨之插入鋼筋到位，并刮除多余溢出的膠粘劑。

6.3 地下結(jié)構(gòu)底板鋼筋綁扎后，應(yīng)隱檢驗(yàn)收合格，包括和支護(hù)樁的連接角鋼及鋼筋，以及工程樁的錨固鋼筋，然后泵送混凝土分層澆搗密實(shí)，并覆蓋保濕養(yǎng)護(hù)14d。

6.4 噴射細(xì)石混凝土分二遍作業(yè)。噴射機(jī)的工作風(fēng)壓應(yīng)在噴頭處保持0.1MPa左右，噴頭應(yīng)垂直于支護(hù)樁側(cè)面，并保持0.6～1.0m的距離。終凝后應(yīng)噴水養(yǎng)護(hù)至少7d。

6.5 地下室外墻的模板采用對(duì)拉螺栓將內(nèi)側(cè)模板與外側(cè)胎模中角鋼焊接固定。墻體采用分層泵送澆搗混凝土，用插入式振搗棒振搗密實(shí)。

6.6 施工冠梁和地下結(jié)構(gòu)外墻時(shí)，預(yù)埋鋼筋或接駁器的位置應(yīng)準(zhǔn)確且固定牢靠，分離式后作壓梁與后作牛腿之間的油毛氈應(yīng)襯墊到位，排樁與外墻之間的空隙尺寸應(yīng)留置到位，防止泥土砂石及建筑垃圾掉落嵌縫。

6.7 基坑開挖期安全措施：基坑四周應(yīng)作好臨邊防護(hù)欄桿；規(guī)范基坑挖土，作好基坑監(jiān)測(cè)和各項(xiàng)應(yīng)急措施，指導(dǎo)信息化挖土施工，并限制坑邊堆放材料和作業(yè)機(jī)具的荷載。

6.8 地下結(jié)構(gòu)施工期安全措施：禁止作業(yè)人員在支撐頂行走，確需支撐作為人行通道時(shí)，應(yīng)設(shè)置安全護(hù)欄。基坑內(nèi)各工種需要進(jìn)行立體交叉作業(yè)時(shí)，不得在同一垂直方向上操作。

6.9 排樁和基坑挖土及地下結(jié)構(gòu)的施工作業(yè)人員應(yīng)經(jīng)安全培訓(xùn)，并在作業(yè)前進(jìn)行安全交底，特種作業(yè)人員（電工、電焊工、塔吊司機(jī)和指揮、腳手架工）應(yīng)持證上崗。

6.10 作好防火工作。設(shè)置足夠的防火設(shè)施，包括滅火器、水泵和管道。木工棚和油漆間等防火重點(diǎn)部位，應(yīng)配備專用的消防器材，并采取必要的消防安全措施。

7.結(jié)束語

基坑支護(hù)樁兼作抗浮工程樁應(yīng)用技術(shù)，經(jīng)過工程實(shí)踐的檢驗(yàn)獲得成功，從而使基坑支護(hù)樁在完成基坑支護(hù)的臨時(shí)性使命后，繼續(xù)發(fā)揮抗浮工程樁的作用。其經(jīng)濟(jì)效益是明顯的，以一般軟土地基地下室二層挖深10m的深基坑為例，采用φ800@1000鉆孔灌注樁支護(hù)，插入坑底18m，坑底以下土層為淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土（流塑）厚8m，粘土（軟塑）厚6m，粉土（稍密）厚4m，樁周土側(cè)阻力特征值qsia分別為9kPa、12kPa、20kPa，按本文公式計(jì)算單樁的抗拔承載力特征值：Ra'=Ul·Σλiqsiali+Gp=463kN。以基坑周長(zhǎng)360m計(jì)，可提供排樁式總抗拔承載力特征值為84000kN。工程樁為φ800鉆孔灌注樁長(zhǎng)36m，單樁抗拔承載力特征值為950kN，即利用支護(hù)樁兼作抗浮樁約可節(jié)省88根抗浮工程樁。考慮布樁的合理性，按0.8折利用支護(hù)樁抗浮承載力，單價(jià)以1400元/m3計(jì)，則可節(jié)省抗浮樁基造價(jià)為179萬元。除去后作式壓梁和地下室外墻牛腿的費(fèi)用26萬元，凈節(jié)約樁基造價(jià)153萬元。

基坑支護(hù)樁兼作抗浮工程樁的成功應(yīng)用，為節(jié)約基坑支護(hù)工程造價(jià)提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。一樁二用，即節(jié)約了工程造價(jià)，又節(jié)約了資源產(chǎn)生節(jié)能效果。本技術(shù)在深基坑工程中需要設(shè)置抗浮工程樁的地區(qū)進(jìn)一步擴(kuò)大應(yīng)用，將產(chǎn)生較顯著的社會(huì)效益。

參考文獻(xiàn)

[1] JGJ94—2008.建筑樁基技術(shù)規(guī)范[S]

[2] GB50202—2002.建筑地基基礎(chǔ)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范[S]

[3] JGJ120—99.建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程[S]