軟土區傾斜預制樁基坑支護施工技術研究與應用*

余地華，田 野,2，賴國梁，宮立茂，宋 志，柳 瑤，侯和強

(1.中建三局集團有限公司工程總承包公司，湖北 武漢 430070；2.湖北中建三局建筑工程技術有限責任公司，湖北 武漢 430070)

0 引言

隨著城市地下空間開發強度越來越大，基坑工程的規模和面積也不斷增加，傳統灌注排樁、地下連續墻、內支撐等支護方式造價高、工期長、環境不友好的特點更加突出，為此發展高效節能、對環境低影響和綠色可持續發展的新型支護技術成為行業發展的趨勢和要求。

為減少支撐的使用，實現更大基坑開挖深度的無支撐支護，鄭剛等提出了新型的傾斜樁支護方法，用適當角度的傾斜單排樁代替豎直單排樁支護結構，從而能夠在相同條件下減少排樁的變形和內力[1-2]。傾斜樁支護技術已經在一些地區特別是軟土地區取得了很好的應用效果[3-4]，如范鵬程等[5]開展了單排斜-直交替樁在軟土基坑支護中的模擬研究；劉永超等[6]進行了斜-直交替支護樁工程應用及監測數據實測分析。雖然傾斜樁施工在一些工程中得到成功應用[2]，但總體上施工存在一定困難，導致傾斜樁基坑支護的應用還不是特別多。

本文以具有漢江一級階地典型地層的基坑工程實例為基礎，開展軟土區斜-直交替、前斜后直傾斜預制圓形管樁基坑支護施工技術應用研究，探討新型預制傾斜樁支護體系施工方法，推動基坑預制化支護和無支撐支護施工技術發展。

1 工程概況

因基坑側壁存在淤泥質地層，為控制基坑變形、減少支護占地，采用斜-直交替預制管樁支護和前斜后直雙排預制管樁支護(見圖1，2)，為避免傾斜樁交叉影響，基坑角部設置支撐板。支護樁采用PRC-I-600-AB(110)管樁，斜-直交替樁有效樁長14.0～18.0m，前斜后直雙排樁中前斜樁長17.0～18.0m，后直樁長16.0～17.0m，支護樁間距均為0.9m，所有傾斜樁傾角為13°，基坑外圍設置單軸攪拌樁止水圍幕φ500mm@350mm，傾斜樁與直樁或傾斜樁與傾斜樁之間設置雙管高壓旋噴樁φ700mm@900mm，前斜后直雙排樁排間設置雙管高壓旋噴樁φ700mm@500mm進行加固，樁間和坡面均掛網噴混凝土。因傾斜樁占用部分地下室位置，支護樁平面布置中對工程樁進行了避讓，同時對避讓的斜樁進行了加密(見圖3)。

圖1 前斜后直樁支護典型剖面

圖2 斜-直交替支護典型剖面

圖3 基坑支護平面

2 斜樁施工設備選擇

2.1 傾斜靜力壓樁機

目前國內已推出專門用于傾斜預制樁施工的靜力壓樁機，即YZY800X斜樁靜力壓樁機(見圖4)。該設備噸位大、可施工傾角大，是斜樁支護技術在淺基坑工程領域應用的關鍵設備。YZY800X斜樁靜力壓樁機配備大角度變幅系統及角度自動監控系統，可實時監測當前樁的施工角度，同時配備拉樁、吊樁一體化吊機及可調節夾樁器，可滿足φ600mm圓樁、500mm×500mm方樁及500mm×450mm矩形樁等多種預制樁的施工需求，具體施工技術參數如表1所示。

圖4 斜樁靜力壓樁機結構示意

表1 斜樁靜力壓樁機技術參數

相對于傳統的靜力壓樁機，斜樁靜力壓樁機的作業步驟包括：上樁→夾樁→左傾或右傾→壓樁→歸中(見圖5)。

圖5 斜樁靜力壓樁機作業步驟

2.2 傳統靜力壓樁機改制

斜樁靜力壓樁機作為專門的預制斜樁施工機械，具有下壓力大、角度變幅大、施工便捷高效等優點，但該設備數量較少，很多存在施工需求的地區引進設備需要昂貴的進出場費用，為此將傳統靜力壓樁機進行改制或采取一定施工措施完成傾斜預制樁施工成為另外一種施工途徑，主要改制方法為將靜壓設備龍門架進行傾斜改制，壓樁前根據基坑設計調整夾樁角度，龍門架與夾樁器傾斜后通過插銷固定在樁機平臺，上樁后，夾樁器將樁體傾斜下壓。從而完成傾向靜壓預制傾斜樁的施工，最大成樁角度25°，最大樁長20m，最大樁徑800mm，斜向下壓力約350t，其主要作業步驟為：夾樁器傾斜改制→上樁→壓樁→送樁(見圖6)。

圖6 靜壓樁改制傾斜壓樁作業步驟

3 施工過程控制要點

根據現場施工條件，該工程采用改制靜力壓樁機進行施工。

3.1 工藝流程

1)斜直交替支護結構施工順序 傾斜預制樁施工→交叉垂直預制樁施工→傾斜預制樁樁間高壓旋噴樁施工→樁后攪拌樁施工→冠梁施工→土方分層開挖、樁間噴混凝土掛網→開挖至基底。

2)前斜后直支護結構施工順序 前排傾斜預制樁施工→后排垂直預制樁施工→前排斜樁樁間高壓旋噴樁施工→前后排樁間高壓旋噴樁施工→冠梁施工→土方分層開挖、樁間噴混凝土掛網→開挖至基底。

傾斜預制樁施工工藝流程如圖7所示。

圖7 傾斜預制樁施工流程

3.2 操作要點

3.2.1施工準備

傾斜樁施工前應編制專項施工方案，完成場平、設備安裝、安全防護、技術交底等現場準備和技術準備工作。正式施工前，應依據定位控制點引測定位軸線，經驗收后進行傾斜樁樁位放線，放出的樁位經檢查無誤后方能進行壓樁施工。

3.2.2沉樁

傾斜樁沉樁應合理安排沉樁的先后次序，以控制擠土效應；沉樁過程中應校核樁身傾斜角度符合設計要求；送樁應采用專用鋼質送樁器，對正樁位，夾持器抱緊，設備調平后，調整樁身垂直度及傾斜角度滿足，設計要求后壓入。

沉樁宜連續一次性將樁沉到設計標高，盡量縮短中間停頓時間。沉樁過程中出現樁身漂移、傾斜或樁身及樁頂破損等情況時，應立即停止施工，待查明原因，進行必要處理后，方可繼續施工。

3.2.3接樁

傾斜預制樁設計中應盡量避免接樁，確需接長時，其入土部分樁段的樁頭宜高出地面0.5～1.0m，樁的連接可采用端板焊接或機械連接，相鄰支護樁接樁位置不得在同一標高，應錯開高差1m以上。

3.2.4工程樁避讓

為避免傾斜樁向基坑內傾斜對地下室結構造成影響，應結合基礎形式采取必要的規避措施(見圖8)。對采用天然地基，無工程樁情況，需保證內傾斜支護樁在基坑底標高以上位于地下結構輪廓以外，在確保地下室結構施工空間足夠情況下，基坑底標高以下可侵入地下結構最外輪廓范圍內；對于樁基礎，應避讓工程樁位置，可斜樁改直樁，并就近補設向坑內傾斜支護樁，或可將向坑內傾斜支護樁改為向坑外傾斜支護樁，支護結構斜撐效應變為錨拉效應；在基坑陰角處，為避免傾斜樁交叉影響，可將斜樁改為直樁，并增設支撐梁或板。

圖8 傾斜樁基礎避讓

3.2.5冠梁施工

為保證樁體與冠梁的有效連接，管樁中空部分1 500～3 000mm長度范圍內采用混凝土灌芯。冠梁施工應滿足下列要求。

1)灌芯混凝土采用強度等級為C40的微膨脹混凝土，混凝土用粗骨料粒徑≤20mm，內摻10%AEA微膨脹劑(見圖9)。

圖9 預制樁灌芯大樣

2)管樁嵌入冠梁內長度為500mm，灌芯混凝土部分應設置鋼筋籠。

3)當管樁頂部無水平構件與冠梁連接時，管樁灌芯部分的縱向鋼筋深入冠梁內的長度宜取冠梁厚度；當管樁頂部有水平構件與冠梁連接時，管樁灌芯部分的縱向受力鋼筋深入冠梁內的錨固長度應符合現行國家標準GB50010—2010《混凝土結構設計規范》對鋼筋錨固的有關規定；當不能滿足錨固長度的要求時，其鋼筋末端可采用機械錨固措施(見圖10)。

圖10 支護冠梁大樣

4)當管樁頂部無水平構件與冠梁連接時，管樁灌芯部分的縱向鋼筋深入冠梁內的長度宜取冠梁厚度；當管樁頂部有水平構件與冠梁連接時，管樁灌芯部分的縱向受力鋼筋深入冠梁內的錨固長度應符合現行國家標準《混凝土結構設計規范》對鋼筋錨固的有關規定；當不能滿足錨固長度的要求時，鋼筋末端可采用機械錨固措施。

3.2.6樁間加固與止水

傾斜樁基坑支護止水方法根據工程地質條件、水文地質條件及施工條件等，選用水泥土攪拌樁帷幕、高壓旋噴或擺噴注漿帷幕、攪拌-噴射注漿帷幕、地下連續墻或咬合式排樁等。傾斜樁樁間可采用傾斜攪拌樁或其他與傾斜樁進行整體咬合的注漿體加固，也可采用垂直樁體進行注漿加固，如圖11所示。因該工程開挖深度不大，止水采用垂直攪拌樁與樁間高壓旋噴樁進行加固，樁間噴混凝土掛網，其施工方法與傳統支護做法相同。

圖11 傾斜樁樁間加固

4 實施效果與監測分析

通過對樁長17m、角度10°～15°管樁施工過程進行記錄，得到施工工效如表2所示，由表2可知傾斜樁沉樁時間總體上多于直樁。

表2 斜樁與直樁施工工效對比

基坑施工過程中對樁身深層水平變形、樁頂水平變形進行監測?；用窟叞匆欢ㄩg距同時根據不同支護結構選擇代表性部位設置深層水平位移測斜管，共布置10個深層位移監測點，冠梁上共布置8個變形監測點，監測結果表明，基坑整體最大位移為36.65mm，支護結構達到了良好的效果。

5 結語

該文以具有漢江一級階地典型地層的基坑工程實例為基礎，開展軟土區斜-直交替樁、前斜后直傾斜預制圓形管樁基坑支護施工技術應用研究，探索傾斜預制樁新型支護施工設備、工藝原理、工藝流程、施工要點等施工技術方法，開展基坑工程實施效果監測分析，得到以下結論。

1)本基坑工程采用了斜-直交替樁與前斜后直雙排預制管樁的支護形式，既利用了預制樁環境影響小、施工便捷高效的特點，又發揮了傾斜樁支護位移小、彎矩低的結構優勢，特別是在軟土區，避免了大截面支護樁及支撐的使用。

2)傾斜預制樁施工既可采用專用的斜樁靜力壓樁機進行施工，也可將普通靜力壓樁機進行夾樁改造，通過設置斜面平臺或將龍門架和夾樁器按設計角度傾斜后固定在樁機平臺完成傾斜靜力壓樁施工。

3)監測結果表明，支護結構達到了良好的效果，施工方法滿足應用要求，具有較強的推廣價值。