建筑基礎工程采用壁樁及其工法成效分析研究

王 鋒

(山西一建集團有限公司北京建筑分公司，北京 102208)

?

建筑基礎工程采用壁樁及其工法成效分析研究

王 鋒

(山西一建集團有限公司北京建筑分公司，北京 102208)

介紹了壁樁的定義，結合某高層建筑工程實例，分析了壁樁的設計要點，并闡述了壁樁施工與質量控制措施，指出壁式基礎斷面較傳統基樁更具彈性，可有效節省工程經費。

高層建筑，壁樁，液化評估，沉陷量

0 引言

工法的選擇與工程成本具有密切關系，除了材料本身具有市場價格外，技術、機具、人員、工期等變動形成直接或間接的影響，對于連續工程完成后，直接使用原有機器、設備、技術人員及工法施作壁樁與目前普遍化的反循環樁及全套管基樁做法比較，以及各式基樁運用于超高層建筑與深開挖逆打工法選擇為本研究動機。本研究是針對壁樁工程運用于超高層建筑載重前與載重后成本效益分析，透過本研究成本模式，對壁樁有更深切的認識，并經過驗證確實可以執行，可消除不必要成本支出的管理技術，找出能夠在最低成本下達成最佳執行效果的工法，讓后續采用本工法的業主，在工程效益上能做更深一層的分析，在不降低質量及安全下讓成本、技術、工期達到最高效益為本研究目的。

1 高層建筑基礎工程可行性分析

為了有效利用土地空間，增加生活質量，提升建物機能，都無可避免的必須對土地規劃、產品設計、施工嚴謹、管理維護做一系列管控，對于施工過程中要求低噪聲、低污染、低震動，如采用全套管基樁、反循環樁、壁樁等，而這些施工方案通常應就施工可行性、工期、經濟性與風險等因素加以評估選擇。但是仔細評估每一個方案所適用施工條件費事耗時，除非該方案情況特殊，否則可參考過去經驗迅速的評選較佳方案，其中高層建筑配合基樁工程決定應視機能需求與所采用工法而定，建筑空間需求與施工法選擇應彼此互相配合調整，才能得到安全、方便與經濟的方案。

一般國內高層建筑地下室開挖超過15 m，若采用傳統明挖工法則在安全、風險評估、工期上考慮均不具經濟性，通常設計者應依工程方案設計條件、地形與地層條件、環境條件等因素，就施工可行方案中選擇安全、對環境沖擊小、工期短與經濟的施工法。例如以高層建筑且基礎開挖較深并配合壁樁工程，若以逆打工法施工，均可吻合以上因素。

2 壁樁基礎設計

2.1 基礎型式選用(以某一工程為例)

1)該建筑物最大載重約50 t/m2，如采用筏基，目前開挖計算將為5 m～7 m粉土質黏土層或砂質粉土層，其基礎短期容許承載力約36 t/m2，承載力不足。2)本工程在超控區有極高水浮力，無法以結構配重壓制。3)本工程施工面積大，為減少工期及增加開挖安全性，決議以逆打工法施工。

小結:綜合以上考慮設計采用一柱一樁，基礎規劃，本工程柱位間距大部分為10 m左右大跨度，且建筑高度較高，荷重大(壓力約 3 500 t、拉力約1 500 t)， 經評估基礎采用壁樁方式施工。

2.2 基礎深開挖分析

近年來隨著建筑業的迅速發展，無論政府各項重大公共工程還是超高層建筑物的興建正方興未艾，這些工程開挖規模極大，基礎開挖深度也越來越深。所以應該采用深開挖方式，其擋土壁、支撐、安全觀測等設計攸關工程成敗。 目前大城市高層建筑其地下室深開挖方式基于成本、安全、工期考慮及因地形和施工機械改由順打趨向逆打工法，而且技術已然成熟，但如何經由系統化來決定開挖的方式目前并無一套標準，在學術界，研究有關深開挖施工方式的相關文獻寥寥無幾，而如何搜集施工上所需數據，將需要工程界努力。

3 壁樁設計與分析

3.1 壁樁定義

建筑物基礎構造設計規范對基礎型式壁樁說明如下:一般深基礎型式，如樁基礎與沉箱基礎等，是利用基礎構造將建筑物各種載重間接傳達至較深堅硬地基中，此類基礎較適用于上部結構載物重大且淺層土壤軟弱情況。近年來，有采用片狀連續壁作為基樁使用者，稱為壁式基礎。

由于壁式基礎斷面較傳統基樁更具彈性，配合上部載重特性，基礎斷面可做最有效配置，因此可提供更經濟設計，有效節省工程經費。當以柱狀壁基礎支承上部結構載重時，垂直載重是由壁面摩擦阻抗及底面支承力所支承，拉拔載重由壁面摩擦阻抗與壁體有效重量共同承擔，側向載重與傾覆力矩則由壁體正前方地層水平反力支承。而箱狀壁式基礎由于其特殊箱狀構造，加以基礎尺寸及表面積均較柱狀壁式基礎大，因此其承載行為較為復雜。

3.2 筏式基礎沉陷量評估

本基礎由于建筑物施作完成時，在地下水壓未回升且地梁未經加強狀況下(柔性筏基)，則由筏基底板壓力作用下于高樓區中央及基地角隅處所產生彈性沉陷分別約為 4.3 cm～6.2 cm和0.7 cm～0.9 cm，而此彈性沉陷量是因建筑物載重而立即發生，在隨結構物構筑完成時，此彈性沉陷量大都已完全發生。

壓密沉陷方面:由于本工程高樓區建筑物荷重低于挖除總覆土重，且在地下水浮力作用下，基礎板所受凈壓力亦小于未施工前土層有效覆土壓力，故本工程建筑物完成后，應僅有再壓密沉陷量。

高樓區荷重較大柱位區設置地四周連續壁、扶壁、基樁，直接承載部分柱位荷重，減少總沉陷量與差異沉陷;而對連續壁、扶壁、壁樁及基礎所連結剛性，在有效分攤與承載部分柱位荷載情況下，實際沉陷量應遠小于上述估計值。

3.3 液化評估

本基礎地表下 0.5 m～15.5 m深地下氷分布存在砂性土壤層，且本地基地下水位較高，因此須進行 審批液化評估。當最大地表加速度為ZIg/3.5(即0.07g)時，其抗液化安全系數皆大于1，顯示中度地震來襲時地基內此砂性土層液化機率甚低；當最大地表加速度為ZIg(即0.23g)時，此砂性土層抗液化安全系數介于0.6～1.2間，液化傾向較高。而本地基開挖深度24.5m，液化潛能高砂性土層大部分在預定開挖深度內，于施工時皆被挖除，故大地震來襲時本地基應具備足夠的基礎安全穩定性。

3.4 壁樁施工質量與管制

壁樁支承力大小與施工程序及質量息息相關，壁樁施工主要是溝壁施工及質量管理，若地基應力失去平衡，會造成壁面滑落與坍塌。故無論在溝壁掘削階段，鋼筋籠吊放階段，混凝土澆筑階段，必須保持溝壁穩定。土塊滑落與坍塌若發生在掘削階段，尚可用掘削機將掉落土塊取出，若發生在鋼筋籠吊放階段或混凝土澆筑階段，將導致連續壁出現泡泥或斷層隱憂，甚者造成壁樁無法挽救的地步。因此，除各階段施工均需考慮溝壁穩定外，亦需配合適當的補助工法，以確保壁樁施工質量。

4 結論與建議

4.1 研究

該工程試樁載重試驗成效收益共可節省金額26 134 648元，約占基樁工程費的11.73%，工期約可省15 d。樁尖點承載力均尚未激發，分別僅有19.65 t/m2及32.64 t/m2，遠低于卵礫石層的承載力。壁樁施工乃采用連續壁施工機具以抓掘方式施作矩形樁，與一般傳統以鉆掘方式施作圓形樁相比較，除施作方式不同外，其形狀亦不同；而依試樁結果亦顯示壁樁承載行為與一般傳統圓形樁具相當大差異。對于大口徑長樁，基樁愈長、愈粗，則施工困難度愈高，機械選擇性愈小，施工質量反而下降。對于逆打柱吊裝，能控制于白天施作，其精度往往比夜間施工要高，而且較安全。

4.2 建議

1)對試樁后數據，應建立全國試樁數據庫，有系統回饋分析各類地層與基樁行為，作為更合理與精準的設計依據。2)基樁實際承載行為，將視其施工質量而定，本工程壁樁試樁施工程序與方法，應可作為遵循，但其中混凝土澆灌方式仍應改善，如采用冰塊代替攪拌用水是很好的方式，且兩支相同長度特密管應同時澆灌混凝土。 3)重要結構應要在實施完工后進行后續監測，若基樁儀器能長期保留最為理想，否則最少要能做到監測基礎沉陷量。

[1] 秦惠民,葉政青.深基礎施工實例[M].北京：中國建筑工業出版社,1992.

[2] 陸震鈴，祝國榮.地下連續墻的理論與實踐[M].北京：中國鐵道出版社,1987.

[3] 史佩棟.21世紀高層建筑基礎工程[M].北京：中國建筑工業出版社,2000.

On wall piles of architectural base projects and analysis of construction methods’ effectiveness

Wang Feng

(Beijing Architectural Branch, Shanxi No.1 Construction Group, Beijing 102208, China)

The paper introduces the definition of the wall piles, analyzes the design points of the wall piles by combining with some high-rise architectural projects, illustrates the wall piles’ construction and quality control measures, and points out the wall basement is more elastic than the traditional foundation piles, so it saves the construction cost.

high-rise building, wall pile, liquefaction evaluation, settlement volume

1009-6825(2016)30-0083-02

2016-08-17

王 鋒(1980- )，男，工程師

TU753

A