工字型混凝土預(yù)制樁 水泥土連續(xù)墻的選用研究

陳宏剛

工字型混凝土預(yù)制樁水泥土連續(xù)墻作為新近出現(xiàn)的基坑圍護(hù)體系有其優(yōu)勢。但近幾年使用以來出現(xiàn)一系列問題。通過對該圍護(hù)體系出現(xiàn)問題的列舉，對圍護(hù)設(shè)計(jì)單位在選用該體系時，提出有關(guān)建議。建議在發(fā)揮其優(yōu)勢的同時趨利避害，做到物盡其用。

所謂工字型混凝土預(yù)制樁水泥土連續(xù)墻，即在連續(xù)套接的三軸水泥攪拌樁內(nèi)豎向插入工字型混凝土預(yù)制樁形成的復(fù)合擋土及截水結(jié)構(gòu)。是浙江省住房和城鄉(xiāng)建設(shè)廳2020 年第36 號公告，自2020 年12 月1 日起施行的地方性技術(shù)規(guī)程。該規(guī)程定名為《工字型混凝土預(yù)制樁水泥土連續(xù)墻技術(shù)規(guī)程》DB33/T 1208-2020。總體來說，工字型混凝土預(yù)制樁水泥土連續(xù)墻采用的預(yù)制工字樁與同等抗彎剛度的鉆孔灌注樁相比，其綜合節(jié)約鋼筋混凝土；相比鉆孔灌注樁結(jié)合外側(cè)的止水帷幕墻具有節(jié)地優(yōu)勢；由于無泥漿外運(yùn)且施工噪聲相對較小，因而具有環(huán)保優(yōu)勢；相對SMW 工法樁具有無須拔樁的特點(diǎn)。以上這些顯而易見的優(yōu)勢在此不再贅述。但根據(jù)實(shí)際使用效果的研究，在以下情況建議圍護(hù)設(shè)計(jì)慎重選擇并提出一些建議。

一、淤泥中應(yīng)慎重選用

淤泥的孔隙比大于1.5，含水量極高，具有流變性、觸變性。經(jīng)三軸水泥攪拌樁機(jī)摻入水泥漿攪拌后其性狀處于流動狀態(tài)。在插入工字樁時無法提供側(cè)向摩擦力和端承力。如果采用無需接樁的單根樁，則下放后的工字樁在其自重作用下不受控制地落入水泥土的深處，特別是攪拌后插入第一根工字樁時，由于側(cè)向阻力很小，極易發(fā)生該問題。如果基坑較深，需要的工字樁較長，需采用焊接接樁工藝，由于接樁需要水泥土對下樁提供支承，而下樁實(shí)施后在水泥土頂部無法自承，下樁會下沉，即無法提供下樁和上樁對接的可控施工狀態(tài)。故淤泥中，甚至淤泥質(zhì)土中使用工字型混凝土預(yù)制樁水泥土連續(xù)墻難以保證工字樁的樁頂標(biāo)高。且后續(xù)施壓的工字樁對前面施工的工字樁形成的擠壓干擾導(dǎo)致工字樁無法保證樁位，甚至無法保證工字樁的垂直度（圖1 為淤泥中擠壓導(dǎo)致樁偏位和垂直度超出允許偏差）。故淤泥中應(yīng)慎重選用。

圖1 工字樁在淤泥土中樁位和垂直度差示例圖

二、當(dāng)?shù)貨]有可靠的施工設(shè)備應(yīng)慎重選用

目前工字型混凝土預(yù)制樁水泥土連續(xù)墻還沒有配套的專用設(shè)備。主要采用三軸或四軸水泥攪拌樁機(jī)另加改裝的端承靜壓和振沖錘。該裝置無法控制樁位，在施工時需挖掘機(jī)輔助抵住樁側(cè)，樁位完全由外部的挖掘機(jī)控制。且振沖錘開啟時極易導(dǎo)致鋼絲繩脫落。一旦脫落需花費(fèi)半天左右時間維修。所以相關(guān)配套設(shè)備還不成熟。如果僅僅有三軸或四軸攪拌樁機(jī)，就不可采用如同SMW 工法樁外配吊裝式振沖錘的方法實(shí)施。因?yàn)楣ぷ中突炷令A(yù)制樁和H 型鋼在重量和材料特性上有著本質(zhì)的區(qū)別。畢竟H 型鋼比工字型混凝土預(yù)制樁質(zhì)量輕，抗彎和抗折性能高，起吊方便，抗振動和錘擊能力強(qiáng)。

三、在砂土等其他堅(jiān)硬土層中應(yīng)慎重選用

工字型混凝土預(yù)制樁水泥土連續(xù)墻，是在連續(xù)套接的水泥攪拌樁內(nèi)插入工字型混凝土預(yù)制樁，水泥攪拌樁主要承擔(dān)止水帷幕的作用，其無須與工字樁同等深度，只要根據(jù)地質(zhì)勘探報(bào)告計(jì)算止水帷幕的深度及設(shè)置降水井的措施解決止水和降水問題。在水泥攪拌樁中插入工字樁時幾乎沒有阻力，關(guān)鍵是下部未攪拌的土層。如果土層密實(shí)、土體側(cè)向摩擦力大、土層堅(jiān)硬就難以進(jìn)入。此時的頂端錘擊難以奏效且極易破壞端部混凝土，一旦破壞只能廢樁并補(bǔ)樁。如果補(bǔ)樁太多，土體的擠壓使下壓工字樁愈困難。所以設(shè)計(jì)人員在選用時要研讀地質(zhì)勘探報(bào)告，避免工字樁無法達(dá)到有效的設(shè)計(jì)深度或圍護(hù)樁根本無法實(shí)施導(dǎo)致需要更改圍護(hù)方案。

四、場地狹窄及交通不便的應(yīng)慎重選用

工字型混凝土預(yù)制樁水泥土連續(xù)墻需要大型設(shè)備。通常需要三軸水泥攪拌樁機(jī)、挖掘機(jī)、汽車吊、水泥罐和水泥攪拌工作臺、至少保證1～2 天用量預(yù)制樁堆場、置換土堆場等，以上一整套設(shè)施場地需要至少3000 ㎡。為了減少接樁，預(yù)制工字樁一般較長（一層地下室單樁通常達(dá)15～17 米）、三軸水泥攪拌樁機(jī)巨大，要考慮運(yùn)輸車輛出入是否具備條件。如果場地狹窄、運(yùn)輸不便，不應(yīng)采用該圍護(hù)體系。

五、進(jìn)度緊迫應(yīng)慎重選用

工字型混凝土預(yù)制樁水泥土連續(xù)墻的施工在理論上比較快，實(shí)際施工需考慮很多因素。考慮吊裝的安全性通常杜絕夜間施工。經(jīng)過統(tǒng)計(jì)，一層地下室的15-17米單根樁，在無機(jī)械故障等不利條件下的最理想狀態(tài)，每天可以施工12-14 根工字樁；22-26 米需要一個焊接接頭的兩層地下室圍護(hù)工字樁，沒有任何故障情況下每天最多可以施工6-7 根。對于場地較大且用電允許的，可以布多套設(shè)備實(shí)施。但大多數(shù)情況無法滿足多套設(shè)備同時進(jìn)場施工。工期要求緊迫的情況下，工字型混凝土預(yù)制樁水泥土連續(xù)墻在進(jìn)度上不占優(yōu)勢。通過對比，1 臺400KVA 的變壓器只能帶動一套工字型混凝土預(yù)制樁的施工設(shè)備。而1 臺400KVA 的變壓器可以帶動6-7 臺鉆孔灌注樁機(jī)。通常1 臺鉆孔灌注樁機(jī)每天可以施工25 米左右的圍護(hù)樁2-3 根。所以6 臺鉆孔灌注樁機(jī)綜合效率是一套工字型混凝土預(yù)制樁的2-3 倍。故對于進(jìn)度緊迫的項(xiàng)目應(yīng)慎重選用。

六、10 米以上的深基坑應(yīng)慎重選用

雖然《工字型混凝土預(yù)制樁水泥土連續(xù)墻技術(shù)規(guī)程》條文說明列舉了一個三層地下室的項(xiàng)目。該項(xiàng)目采用了Φ1000@750 三軸水泥攪拌樁隔一插一PC 工1000×400 預(yù)制樁，或建議采用圖2 所示的四軸水泥攪拌樁機(jī)插入預(yù)制工字樁形式。

如果水泥含量百分比相同，對比采用鉆孔灌注樁外加同樣深度的Φ750@600 三軸水泥攪拌樁止水帷幕。以上Φ1000@750 三軸攪拌水泥土多用80%的水泥，Φ850@600 的四軸攪拌水泥土多70%的水泥，且四軸水泥攪拌樁在目前市場上很少，有些地區(qū)沒有該設(shè)備。并且隨著圍護(hù)深度增加，水泥土承受的側(cè)向壓力越大，對水泥土的強(qiáng)度要求更高，往往需要水泥攪拌樁二次復(fù)打以提高水泥用量進(jìn)而提高強(qiáng)度。即水泥用量高出約200-250%。所以工字型混凝土預(yù)制樁水泥土連續(xù)墻雖然在鋼筋混凝土用量上有所節(jié)約，但綜合效益不高，且工字型預(yù)制混凝土樁的脆性破壞特質(zhì)使該圍護(hù)體系存在較大安全風(fēng)險(xiǎn)。故10 米以上的深基坑應(yīng)謹(jǐn)慎使用。

圖2《工字型混凝土預(yù)制樁水泥土連續(xù)墻技術(shù)規(guī)程》DB33/T 1208-2020中示例圖（mm）

七、沒有足夠的機(jī)械安全操作面的項(xiàng)目應(yīng)慎重選用

對于基坑臨近建筑物和高壓線等設(shè)施，導(dǎo)致施工設(shè)備沒有足夠有效的工作面的應(yīng)慎選。三軸水泥攪拌樁機(jī)屬于大型設(shè)備，通常距離建筑物或構(gòu)筑物需4 米以上的工作面，要充分考慮導(dǎo)溝開挖后機(jī)腳安放的安全和工字型樁吊裝安全。此外充分考慮高壓線和變壓器與施工設(shè)備最小安全距離。還要考慮相鄰建筑等設(shè)施安全使用等一系列安全問題，防止施工對既有建筑的不利影響。

八、部分節(jié)點(diǎn)改進(jìn)建議

1.接樁接頭改進(jìn)建議

接樁接頭是工字型混凝土預(yù)制樁最關(guān)鍵工序也是受力薄弱部位。《工字型混凝土預(yù)制樁水泥土連續(xù)墻技術(shù)規(guī)程》中提供了3 種接樁方式，實(shí)際操作存在難度或難以保證質(zhì)量，進(jìn)而難以保證基坑安全。主要問題在于市場不健全，難以提供偏差合格的產(chǎn)品，造成上樁和下樁樁端預(yù)埋的槽鋼無法對接焊。并且規(guī)程中提供的對接方式工序均較繁瑣，按規(guī)程施工所需的時間較長。通過改進(jìn)成圖3 的形式后，某工程未出現(xiàn)接頭缺陷導(dǎo)致的隱患。為了保證對接質(zhì)量和加快施工進(jìn)度，建議采用調(diào)整后的對接形式。該形式施工方便，質(zhì)量容易保證。

圖3 工字樁大、小翼緣接樁采用增加貼焊鋼板圖（mm）

2.支撐梁與冠梁交叉部位的工字樁布樁建議

支撐梁受力較復(fù)雜，要確保支撐梁與冠梁的有效連接錨固。由于該交叉節(jié)點(diǎn)部位工字型混凝土預(yù)制樁的存在導(dǎo)致支撐梁鋼筋無法錨入冠梁內(nèi)。考慮支撐體系的整體受力，在避開支撐梁和冠梁節(jié)點(diǎn)且臨近節(jié)點(diǎn)位置開始布樁，并以雙樁開始向外布置。該布樁方式有效解決了以上所述的支撐梁與冠梁錨固的問題。某工程樁位調(diào)整如圖4 所示的形式后，有效解決該問題，且圍護(hù)效果正常發(fā)揮。

圖4 樁位調(diào)整前后節(jié)點(diǎn)對比圖

九、結(jié)語

工字型混凝土預(yù)制樁水泥土連續(xù)墻體系有其使用優(yōu)勢。建議設(shè)計(jì)單位在選用時慎重考慮，在發(fā)揮其優(yōu)勢的同時趨利避害，做到物盡其用。