基坑支護樁兼作抗浮工程樁的應用技術

華昆+華錦耀

摘 要：為避免基坑支護樁在完成使命后閑置浪費，本文敘述基坑支護樁兼作抗浮工程樁的計算原理、支護樁和地下結構底板及外墻的連接措施、當抗震設防要求較高時的離縫式連接構造，并說明其施工工藝流程和操作要點及質量安全控制措施，最后綜合分析其經濟效益和社會效益。

關鍵詞：基坑支護樁；抗浮工程樁；應用技術

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

隨著城市基本建設的快速發展以及地下空間的開發，基坑支護技術得到了空前進步，其中深基坑的樁墻支撐式支護和樁墻錨桿式支護也得到了廣泛的應用。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螺旋鉆孔壓灌樁作為基坑支護排樁均屬于臨時性結構，在地下結構施工完成并在土方回填后即完成其使命，導致基坑支護結構在房屋建筑使用期間長期閑置浪費掉。而樁墻支撐式或樁墻錨桿式支護結構中的支護排樁造價一般占總支護結構造價的60%以上，故探索如何永久性地利用基坑支護排樁（例如基坑支護樁兼作抗浮工程樁）課題，已成為建筑業技術界所面臨的一大任務。

2.技術難點

基坑支護樁（以下簡稱排樁）兼作抗浮工程樁應用技術的主要難點如下：

2.1 排樁除應滿足基坑支護的要求（抗傾覆、抗隆起、整體穩定及抗彎、抗剪承載力）外，還應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 排樁和地下結構的底板、外墻如何連接為整體，以便在地下水浮力作用下，排樁和地下結構及其樁基共同工作，并且不產生相互的位移變形。

2.3 當地下結構及其地上建筑結構的抗震要求較高時，采用何種構造將地下結構底板、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.應用技術原理

3.1 支護樁兼作抗浮工程樁的承載力計算原理

由于基坑支護樁的布置屬于密排形成墻式，故基樁抗浮承載力計算時，應按群樁呈整體破壞的模式計算，即按排樁墻式計算側表面的摩阻力，而非按πdL計算側表面積（d為支護樁直徑，L為底板下的支護樁長度）。抗浮計算中，排樁在地下水位下的自重應取浮重度，排樁在底板以上的側表面摩阻力不宜計入抗浮承載力，可作為安全儲備。支護樁的縱筋應配置到底，配筋設計應同時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的承載力要求。

當支護樁間距小于現行行業標準《建筑樁基技術規范》JGJ94（文獻[1]）的規定時，排樁抗拔承載力計算，應根據JGJ94的群樁呈整體性破壞模式計算，由于群樁的抗拔極限承載力難以通過試驗確定，故支護樁的單樁抗拔承載力特征值按下式計算：

式中 Ra'—支護樁單樁抗拔承載力特征值；

Ul—樁身抗拔周長，取Ul=0.5πd，如圖1所示；

λi—抗拔系數（抗拔承載力/抗壓承載力），按現行行業標準JGJ94的表5.4.6-2取值；

qsia—樁側面第i層土的抗壓側阻力特征值；

li—地下結構底板以下樁側面第i層土的厚度；

Gp—單樁自重，地下水位以下取浮重度。

支護排樁還應驗算樁身抗拉的承載力，即樁身的配筋和裂縫控制。

考慮支護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調工作，故上述排樁按整體性破壞模式計算單樁的抗拔承載力特征值公式中，未計入樁間土的自重，也未計入底板以上樁周土的阻力。

3.2 支護排樁和地下室結構整體抗浮原理

3.2.1 由于基坑支護樁先行施工，故在地下結構正作施工時，應將排樁和地下結構的底板、外墻等結構連接為整體，方能參與抗浮工作。一般的連接構造是通過在排樁迎坑側面植筋（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樁，且水平連接筋應滿足承受浮力作用下產生的剪力，從而將地下室結構和排樁聯結為一體共同抗浮工作，如圖2所示，浮力較大時，宜設置抗剪槽。

3.2.2 當支護排樁與地下結構外墻必須脫開（抗震要求）或需要施工卷材防水層時，即排樁無法通過植筋及連接角鋼與地下結構底板鋼筋及外墻體的對拉螺栓焊接時，應采用在排樁頂的壓頂冠梁上設置后作式壓梁，此壓梁與地下結構外墻后作的牛腿板梁澆搗為整體結構，使排樁承受抗浮荷載。壓頂冠梁預留插筋或預留接駁器以便連接后作式壓梁的鋼筋，地下結構外墻也預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構外墻的后作式牛腿板梁均需滿足地下結構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計圖紙和相關國家標準的要求。

3.3 滿足地下結構抗震設防較高要求的原理

當地下結構的抗震設防有較高要求時，即地下結構底板、外墻不能通過鋼筋混凝土與排樁連接為整體時，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）構造，如圖4所示。在地震力作用下形成類似抗震縫的構造，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構封頂后施工，以考慮主體地下結構及其樁基的沉降變形。

3.4 地下結構底板下抗浮工程樁布置原理

地下結構底板下的抗浮工程樁一般兼作抗壓工程樁，由于基坑支護樁相對比較短，通常不深入至深部硬土層中，故不宜計入樁基總的抗壓承載力中。在布置抗浮工程樁時，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，由于地下結構的剛度和支護排樁抗浮安全度較大，故符合地下結構抗浮工作的變形協調原則。

4.施工工藝流程

測量放線→支護排樁施工→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→鑿毛排樁內側、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→排樁側植筋，掛鋼絲網→排樁側噴細石砼抹平→焊接植筋與對拉螺栓、墻體鋼筋綁扎→搭設墻體內模→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

5.1 測量放線、灌注樁、支撐或錨桿施工及基坑土方開挖

測量放線、灌注樁、支撐或錨桿施工及基坑土方開挖均按常規施工方法施工，此處不再贅述。支護排樁兼作抗浮工程樁，故其施工檢驗和施工后的承載力及樁身質量檢驗均應符合設計要求和相關的國家行業標準即文獻[1]、[2]的規定。樁位在軸線和垂直軸線方向偏差、垂直度偏差應按文獻[3]的規定控制，即更嚴格。

5.2 坑底墊層施工和檢查排樁

基坑土方開挖到坑底設計標高后，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度。排樁如有質量缺陷，應及時修補處理。如排樁凈間距較大，可采用樁間隙中砌磚墻解決，或采用支設內模并增設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，其標高和厚度同底板下的混凝土墊層，并同時施工。胎膜采用M7.5水泥砂漿砌筑MU10混凝土多孔磚，且沿豎向@500設置2φ6拉結筋。

5.4 鑿毛支護樁內側面和植筋

在排樁的內側面鑿除泥皮、浮漿、凸出的混凝土，為植入鋼筋及設置水平向連接件—角鋼提供基本平整的條件。在支護樁內側植筋應根據相關國家行業標準的規定，鉆孔的孔徑應比所植鋼筋的直徑大4mm，植筋進入支護樁的長度為20d。先注填環氧樹脂膠粘劑，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、型號規格應滿足連接的強度要求。

5.5 底板、地梁、承臺施工

底板、地梁、承臺按常規方法施工；鋼筋綁扎后應進行隱檢驗收，然后搭設上翻的外墻段內模板。泵送澆搗底板、地梁、承臺的混凝土時，以后澆帶為界，先施工靠支護樁區段，以利盡早穩定基坑支護結構。底板及換撐帶混凝土養護達到一定強度后，即可按常規方法拆除基坑的支撐。

5.6 支護樁內側繼續植筋、砌樁間磚墻、掛鋼絲網、噴細石砼、安裝連接角鋼。

底板施工后，繼續在排樁內側植筋。繼續在支護樁之間砌磚墻，此磚墻沿豎向@500設置2φ6拉結筋和支護樁通過鐵膨脹連接。頭遍細石混凝土噴射后掛鋼絲網，再噴第二遍細石混凝土，并隨之用灰刀抹平。按照設計要求涂刷防水涂料，作為地下室外墻的外側胎模。安裝連接角鋼并焊接對拉螺栓，角鋼截面應滿足對拉螺栓雙面焊縫長度的要求，角鋼的肢寬即為地下室外墻鋼筋保護層的厚度。

5.7 混凝土墻體施工

墻體鋼筋依據設計圖紙綁扎，綁扎前應通過連接角鋼連接好排樁上的植筋和對拉螺栓，以便支護樁和墻體連為整體參與抗浮工作。澆搗墻體混凝土前，應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，澆水保濕養護14d。

5.8 后作壓梁與墻體牛腿施工

當支護樁與地下結構外墻必須脫開或外墻外側面需要粘貼防水卷材時，應在支護樁壓頂冠梁施工時預埋接駁器（直螺紋套筒）和錨筋，或預埋豎向插筋；同時在地下結構外墻施工時預埋側向接駁器和錨筋，如圖3和圖6所示。當地下結構無抗震設防特殊要求時，在地下結構外墻施工后設計要求的時間，將壓頂冠梁上預埋鋼筋與地下室外墻牛腿鋼筋綁扎后，搭設模板并隱檢驗收合格，再整體泵送澆搗混凝土。

當地下結構有抗震設防較高要求時，地下結構底板和外墻應離開排樁，空隙部分可墊泡沫塑料板；然后在地下結構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.質量安全控制

6.1 灌注樁鉆孔達到設計深度，應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符合設計要求和文獻[1]的規定。灌注混凝土時，應控制提拔導管的速度，嚴禁將導管提出混凝土灌注面。

6.2 植筋的鉆孔成形后，應用吹風機吹凈孔內粉塵，然后注填環氧樹脂膠粘劑，隨之插入鋼筋到位，并刮除多余溢出的膠粘劑。

6.3 地下結構底板鋼筋綁扎后，應隱檢驗收合格，包括和支護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，并覆蓋保濕養護14d。

6.4 噴射細石混凝土分二遍作業。噴射機的工作風壓應在噴頭處保持0.1MPa左右，噴頭應垂直于支護樁側面，并保持0.6～1.0m的距離。終凝后應噴水養護至少7d。

6.5 地下室外墻的模板采用對拉螺栓將內側模板與外側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。

6.6 施工冠梁和地下結構外墻時，預埋鋼筋或接駁器的位置應準確且固定牢靠，分離式后作壓梁與后作牛腿之間的油毛氈應襯墊到位，排樁與外墻之間的空隙尺寸應留置到位，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：基坑四周應作好臨邊防護欄桿；規范基坑挖土，作好基坑監測和各項應急措施，指導信息化挖土施工，并限制坑邊堆放材料和作業機具的荷載。

6.8 地下結構施工期安全措施：禁止作業人員在支撐頂行走，確需支撐作為人行通道時，應設置安全護欄。基坑內各工種需要進行立體交叉作業時，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構的施工作業人員應經安全培訓，并在作業前進行安全交底，特種作業人員（電工、電焊工、塔吊司機和指揮、腳手架工）應持證上崗。

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

7.結束語

基坑支護樁兼作抗浮工程樁應用技術，經過工程實踐的檢驗獲得成功，從而使基坑支護樁在完成基坑支護的臨時性使命后，繼續發揮抗浮工程樁的作用。其經濟效益是明顯的，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，插入坑底18m，坑底以下土層為淤泥質粉質粘土（流塑）厚8m，粘土（軟塑）厚6m，粉土（稍密）厚4m，樁周土側阻力特征值qsia分別為9kPa、12kPa、20kPa，按本文公式計算單樁的抗拔承載力特征值：Ra'=Ul·Σλiqsiali+Gp=463kN。以基坑周長360m計，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36m，單樁抗拔承載力特征值為950kN，即利用支護樁兼作抗浮樁約可節省88根抗浮工程樁。考慮布樁的合理性，按0.8折利用支護樁抗浮承載力，單價以1400元/m3計，則可節省抗浮樁基造價為179萬元。除去后作式壓梁和地下室外墻牛腿的費用26萬元，凈節約樁基造價153萬元。

基坑支護樁兼作抗浮工程樁的成功應用，為節約基坑支護工程造價提供了寶貴的經驗。一樁二用，即節約了工程造價，又節約了資源產生節能效果。本技術在深基坑工程中需要設置抗浮工程樁的地區進一步擴大應用，將產生較顯著的社會效益。

參考文獻

[1] JGJ94—2008.建筑樁基技術規范[S]

[2] GB50202—2002.建筑地基基礎工程施工質量驗收規范[S]

[3] JGJ120—99.建筑基坑支護技術規程[S]