深圳某深基坑咬合樁新工法及變形分析

胡龍飛 李糧綱 鐘杰

(中國地質大學(武漢)工程學院，湖北武漢430074)

0 引言

咬合樁因其樁身相互咬合的結構，有效地解決了傳統樁基施工中由于樁身相切所引起的防水性能差的弊病。咬合樁主要區別于傳統樁基施工的地方是：咬合樁分為鋼筋混凝土樁和素混凝土樁，施工時先完成素混凝土樁的成樁，在素混凝土樁還未達到初凝前，對兩素混凝土樁間的鋼筋混凝土樁進行成孔、吊放鋼筋籠、澆灌等工序[1]。咬合樁施工時其成樁順序為:1→3→5→2→4→7→9→6→8→11→13…，(見圖1)。

深圳市紫元元大廈項目和皇庭國際公館項目深基坑工程都采用咬合樁作為基坑支護及止水結構。結合這兩項具體工程，對咬合樁的成樁工藝進行改進，并對新工藝的優勢作了詳細的評述；對咬合樁的受力變形進行分析和研究，總結出咬合樁成樁后圍護結構的變形規律；其次，對咬合樁成樁過程中所遇到的問題提出了解決方案，以期為類似工程提供參考和借鑒。

1 工程概況

建筑高度為199.80 m，基坑深約16.85 m～23.80 m，底周長約279.7 m，面積約4 421.7 m2。基坑開挖深度約16.85 m～23.80 m，支護采用咬合樁+內支撐體系，咬合樁采用素混凝土樁與鋼筋混凝土樁間隔并搭接布置，相鄰樁搭接不少于250 mm。素混凝土樁直徑1 000 mm,鋼筋混凝土樁直徑1 000 mm,1 500 mm。支護樁樁頂設置1 000 mm×800 mm,1 500 mm×1 000 mm的冠梁，冠梁頂標高+5.500 m(絕對標高)。采用四道鋼筋混凝土支撐的形式，第一、二、三、四道支撐與支護樁之間通過圍檁連接。

2 咬合樁新工法

傳統施工過程中，鋼筋混凝土樁必須在素混凝土樁初凝前切割兩相鄰素混凝土樁的部分樁身來達到咬合的目的，為了減少因切割損失的混凝土量，在保證樁身咬合緊密不影響樁體防水及工程性質的條件下，結合實際工程案例，對傳統工藝流程進行改進，以達到節約工程成本的目的。

2.1 新工藝施工流程

在地質條件良好的地層中，利用穩定的成孔優勢，在成孔后下入異形套管，使素混凝土樁澆筑后成被鋼筋混凝土樁切割后的體形，依靠超緩凝混凝土的流動性，使素混凝土樁在鋼筋混凝土樁后續澆筑后形成緊密咬合。異形套管圖示及施工順序見圖2。

由圖2可見，異形套管的橫截面為被圓切割部分的形狀。施工前，根據素混凝土樁、鋼筋混凝土樁直徑和咬合量制作異形套管。施工過程中，第一根素混凝土樁成孔后，不下入套管，直接進行澆灌成樁。從第二根素混凝土樁開始，素混凝土樁成孔后下入異形套管，以維持孔壁穩定。施工鋼筋混凝土樁時，若采用搓管機施工，則須在左側素混凝土樁初凝前施工；若采用旋挖等方法施工，則須待左側素混凝土樁初凝后終凝前進行施工。鋼筋混凝土樁成孔后，清除右側素混凝土樁及鋼筋混凝土樁孔內沉渣，下放鋼筋籠，進行二次清孔后，先澆筑素混凝土樁，素混凝土樁澆筑完成后澆筑鋼筋混凝土樁，并逐漸提升素混凝土樁孔內異形套管。施工過程中，為避免澆灌等過程對套管的擾動，應嚴格控制成孔過程中鉆桿的垂直度。

2.2 混凝土節省量計算

為確保施工過程中成孔的穩定性及施工的連續性，異形套管的使用只能為每根素混凝土樁節省1/2的被切割量。混凝土節省量計算如下。

設圖3中素混凝土樁咬合面的扇形面積為S1，三角形面積為S3，鋼筋混凝土樁咬合面的扇形面積為S2，三角形面積為S4。則單側的咬合體積計算如下：

V咬=(S1+S2-S3-S4)×H

(1)

設素混凝土樁切割部分切割距離為X1，則：

(2)

S1,S2,S3+S4分別為：

(3)

(4)

設三角形三邊a,b,c之和的1/2為P，則：

(5)

其中，素混凝土樁與鋼筋混凝土樁的直徑分別為D素=1.0 m，D鋼筋=1.5 m。樁心距L=0.95 m(咬合量d=30 cm)，場地平均樁長為20 m。求得：

S1=0.225 1 m2；S2=0.309 1 m2；

S3+S4=0.372 3 m2。

故經計算得每根鋼筋混凝土樁切掉的混凝土量(即每根素混凝土樁損失的混凝土量)為3.23 m3，每根素混凝土樁省下混凝土的切割量，按照每立方米混凝土的價格計算，平均每根素混凝土樁可節省千元左右的成本。

3 咬合樁圍護結構實測變形分析

為了總結出咬合樁成樁后樁體的變形規律，對不同方位的咬合樁樁體變形大小以及同一樁體不同深度的樁身水平位移進行對比分析，同時對圍護結構施工過程中地表的沉降量進行監測分析，以檢驗咬合樁施工效果，確保工程安全、降低工程負面影響[2]。

3.1 圍護樁水平位移監測結果分析

為確保選取樁體的變形特征具有代表性，同時在基坑的坑角段與坑邊中段選取多組樁身變形數據，取具有代表性的樁體CX8與CX14，繪制樁體水平變形隨深度的變化曲線，如圖4，圖5所示。

由圖4，圖5可知：樁頂和樁底的水平位移量一直很小，由此可見開挖前的首道支撐對樁頂的水平位移起到了很好的約束作用，保障了開挖過程的安全可靠；樁體的水平位移量隨深度的增大而增大到基坑中部深度處達到最大值，隨后又隨深度的增加而逐漸減小；樁體呈現出兩端變形小、中間變形大，增長速率基本保持一致的特點，符合常見采用多道支撐圍護結構的變形規律[3]。

3.2 地表沉降監測結果分析

基坑西面緊臨愛地大廈(150多米高層)，南側緊臨蘭亭居小區，因此需對地面沉降進行監測，以保證周邊建構筑物安全。選擇多組具有代表性的測點，比較分析沉降量的變化規律，繪制表沉降隨距離變化曲線，如圖6，圖7所示[4]。

從圖6可以看出：隨開挖深度的增加，沉降量顯著增大，架設支撐后可使沉降量有效的控制在較小的范圍內小幅度增大，且沉降量隨距離基坑的距離增大而增大到一定距離后又隨著距離的繼續增大而減小，在距離基坑10 m～20 m的地方沉降量最大，呈現出拋物線的變形特征；如圖7所示南側沉降規律與基坑西側不同，南側的地表沉降量隨著與基坑距離的增大而減小，但相同距離的地方總體隨著開挖深度的增大而增大，沉降曲線近似呈三角形的特點。其沉降規律與Clough[5]認為的沉降量的大小決定沉降曲線的表現形式相同：沉降量小的時候為拋物線形，沉降量大的時候為三角形是一致。

4 咬合樁施工過程中出現的問題

施工過程中所遇到的主要問題為“浮籠”。浮籠是指在澆灌過程中，鋼筋籠隨混凝土面的抬升一起升高的現象。

第一種情況分析：因混凝土具有黏性，當混凝土與鋼筋的黏阻力大于鋼筋籠的自重時，鋼筋籠就會隨混凝土面的升高而上升，也就是我們說的浮籠。混凝土的黏阻力大，也就是黏性大，坍落度必然小。從現象上看，因坍落度造成的浮籠，鋼筋籠是隨澆灌過程慢慢上升。

第二種情況分析：護管是灌注樁外面的保護管，如果鋼筋籠直徑過大，或混凝土石子直徑大于鋼筋籠與護管間隙，護管提升時，石子卡在鋼筋籠與護管間，鋼筋籠會隨護管一起上升。當鋼筋籠在吊裝過程中，如果變形較大，被卡住的幾率也會變大。護管有毛刺，破損，掛住鋼筋籠的幾率也會大。導管接頭有直角或銳刺，在提升導管時，也可能把鋼筋籠掛起。

5 結論

通過以上敘述分析，可得出如下結論：

1)咬合樁防水的薄弱環節是咬合面，改進后的咬合樁施工工藝，不僅能節約混凝土量，還能使鋼筋混凝土樁與右側素混凝土樁的咬合更加緊密，加強咬合面的強度，增大了防水性能。

2)咬合樁圍護樁體的變形規律為：同一樁體表現為兩端變形小、中間變形大，水平位移量在基坑深度中段達到最大，位移增長速率在支撐處急劇減小。

3)澆筑素混凝土樁時應選擇坍落度盡量小的混凝土，以避免在鋼筋混凝土樁成孔時由于過大的流動性導致管涌；澆筑鋼筋混凝土樁時應選擇盡可能大的混凝土坍落度，以確保混凝土的流動性，降低黏阻力，防止鋼筋籠浮籠的發生。