高水位既有地下室結(jié)構(gòu)補(bǔ)樁關(guān)鍵技術(shù)

龔俊杰 趙 昊 汪 剛 李 志 劉 航 王 強(qiáng)

中建三局集團(tuán)有限公司（滬） 上海 200129

目前，在深基坑、高水位的復(fù)雜條件下，國內(nèi)還沒有較為成熟的補(bǔ)樁施工方法。本文依托工程實(shí)例，基于深基坑、高水位的復(fù)雜工況，對補(bǔ)充樁基施工過程中產(chǎn)生的承壓水水位控制、泥漿控制、既有結(jié)構(gòu)保護(hù)等一系列問題進(jìn)行研究探討，為后續(xù)的施工及研究提供工程經(jīng)驗(yàn)及理論參考[1-3]。

1 工程概況

長征鎮(zhèn)214、210街坊商辦樓項(xiàng)目位于上海市普陀區(qū)，工程總建筑面積約387 000 m2，其中地下建筑面積148 000 m2。根據(jù)勘察報(bào)告，基坑開挖深度14.7～17.2 m，基坑開挖影響范圍內(nèi)主要分布的含水層為第⑦1層、第⑦2層。第⑦1層層頂最淺埋深為27.9 m，第⑦2層層頂最淺埋深為32.7 m。工程勘察期間，⑦層承壓水頭的最高水位標(biāo)高為－2.15 m，埋深為5.85 m。

其中T3—T6塔樓區(qū)域?yàn)榻Y(jié)構(gòu)拆改區(qū)域，相關(guān)建筑功能及結(jié)構(gòu)均發(fā)生改變，導(dǎo)致已完成地下室結(jié)構(gòu)及部分底板需拆除改造。相對于原設(shè)計(jì)T5、T6塔樓，新設(shè)計(jì)塔樓范圍有所調(diào)整，且原設(shè)計(jì)的承壓樁與抗拔樁進(jìn)行了一定的轉(zhuǎn)換，經(jīng)設(shè)計(jì)單位驗(yàn)算，原有樁基不能滿足結(jié)構(gòu)要求，需局部補(bǔ)樁。

2 高水位既有地下室結(jié)構(gòu)補(bǔ)樁施工

2.1 工藝原理

通過前期樁位復(fù)核定位及對原結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固，減少補(bǔ)樁施工過程中對既有結(jié)構(gòu)的影響。

樁基深度超過承壓水層，在補(bǔ)樁施工中會穿透承壓水層而發(fā)生承壓水上涌的情況。參考連通器的原理，通過設(shè)置鋼套筒使承壓水自上涌至該區(qū)域土層的水頭標(biāo)高，在鋼套筒內(nèi)達(dá)到水位自平衡，避免了傳統(tǒng)類似施工中的持續(xù)降水。同時(shí)利用鋼套筒提供的工作條件，將補(bǔ)樁施工轉(zhuǎn)移至地下室頂板進(jìn)行，避免了因地下室凈高不足而導(dǎo)致的樁機(jī)無法施工、平面組織困難等難題，減小了施工難度，保證了施工的質(zhì)量和安全。

通過相關(guān)壓力容器壁厚的計(jì)算公式及套筒內(nèi)工作壓力的選定，計(jì)算出補(bǔ)樁施工所需鋼套筒的壁厚。通過分析施工過程中底板與鋼套筒交界處的受力情況，以鋼套筒底部泥漿壓力、土體壓力、反坎自重相平衡的計(jì)算模型得出鋼套筒與底板密封混凝土反坎體積，指導(dǎo)現(xiàn)場施工，確保補(bǔ)樁施工安全可靠。施工流程為：施工準(zhǔn)備→樓板加固→樓板及底板開孔→放置鋼套筒→成樁及后續(xù)施工→鋼套筒拔除。

2.2 工序要點(diǎn)

2.2.1 施工準(zhǔn)備

1）樁位復(fù)核。在接收設(shè)計(jì)單位的補(bǔ)樁定位圖紙后，對樁的定位圖與原結(jié)構(gòu)圖紙進(jìn)行疊圖復(fù)核，查看樁基定位與原結(jié)構(gòu)的主要受力構(gòu)件發(fā)生碰撞的情況。針對碰撞情況與設(shè)計(jì)協(xié)商溝通，在允許范圍內(nèi)對樁定位進(jìn)行微調(diào)，減小因開孔導(dǎo)致的對既有結(jié)構(gòu)的損傷破壞，降低后期修補(bǔ)成本。

2）樁位定位。補(bǔ)樁前需對原結(jié)構(gòu)樓板和底板開孔，因此根據(jù)測量平面控制網(wǎng)和高程控制網(wǎng)，構(gòu)建立體模型，根據(jù)樁位復(fù)核圖紙，使用全站儀及鋼尺測定樁位，在樁位處采用“十字栓樁位”作好標(biāo)記，并用鋼筋三腳架加以保護(hù)。

3）鋼套筒選型。在施工前需要對鋼套筒的長度進(jìn)行計(jì)算，施工中鋼套筒所需的最短長度不小于插入土壤深度、墊層厚度、底板厚度、地下室深度之和，要求鋼套筒插入土體深度不得小于1.0 m。在鋼套筒頂部需預(yù)留法蘭盤，鋼套筒長度若不能滿足使用要求，需通過焊接接縫的方式接長，鋼套筒使用Q235鋼材，壁厚根據(jù)實(shí)際使用情況計(jì)算得出。

2.2.2 樓板加固

對樁機(jī)施工荷載及結(jié)構(gòu)頂板設(shè)計(jì)承載力進(jìn)行復(fù)核，對需要加固的區(qū)域進(jìn)行加固處理。采用滿堂支撐盤扣式鋼管腳手架、型鋼回頂、鋼板加固等方式對鉆機(jī)施工范圍內(nèi)的樓板進(jìn)行加固。

2.2.3 樓板及底板開孔

樓板及底板開孔采用水鉆施工，以樁位點(diǎn)為圓心，進(jìn)行小水鉆孔的布置。經(jīng)查詢規(guī)范，開孔半徑取值為樁半徑＋水鉆半徑＋50 mm。開孔施工要點(diǎn)如下：

1）開孔施工務(wù)必確保同一根樁位上、中、下開孔的同心同徑。

2）若在水鉆孔鉆進(jìn)過程中出現(xiàn)較大的垂直度偏差，則應(yīng)停止鉆孔，用較大孔徑的套筒重新套鉆，確保垂直度滿足施工要求。

3）每層板開孔完成后，采用長1 m且與準(zhǔn)備安裝的長套筒同徑的模型鋼套筒進(jìn)行試安裝，觀察筒壁與板邊界是否有卡蹭現(xiàn)象，若有問題重新修孔，以確保后續(xù)長套筒的順利安裝。

4）上、中、下3層板均開孔完成后，利用“十字栓樁位”的樁位控制點(diǎn)，采用線墜和鋼尺進(jìn)行同心度的檢查。

2.2.4 放置鋼套筒

使用50 t汽車吊進(jìn)行“兩點(diǎn)起吊”，將鋼套筒豎起之后再變?yōu)椤皢晤^吊裝”。吊耳采用厚度為25 mm的Q235鋼板，連接板尺寸為豎向20 cm×環(huán)向15 cm，耳板尺寸為徑向20 cm，環(huán)向10 cm（耳寬），孔徑為5 cm。套筒回直安裝前割除吊耳，避免影響套筒下放。

套筒進(jìn)入底板下原狀土深度不得小于1 m，采用液壓振動錘完成鋼套筒下沉施工。下沉前用油漆在套筒上標(biāo)記好預(yù)定位置，到位即停，后續(xù)完成加固措施。套筒安裝完成后，采用鋼筋以“井”字形焊接固定在每一層混凝土板面上，防止成孔過程中護(hù)筒滑落、平移。

2.2.5 成樁及后續(xù)施工

由于樁機(jī)在地下室頂板進(jìn)行補(bǔ)樁施工，故成樁垂直度是此類施工的控制要點(diǎn)，要重點(diǎn)關(guān)注施工時(shí)鉆頭及鉆桿的垂直度。在樁機(jī)鉆進(jìn)過程中，每前進(jìn)5 m測一次成樁垂直度，完成后復(fù)核成樁垂直度，確保樁基垂直度滿足使用要求。

成樁后7～8 h內(nèi)應(yīng)用清水劈通注漿管，使注漿管保持暢通。注漿應(yīng)在成樁2 d后進(jìn)行。注漿應(yīng)保持低壓慢速，采用P.O 42.5水泥漿液，水灰比控制在0.55～0.60。工程樁注漿量應(yīng)根據(jù)靜載試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整，以注漿量為主控，以注漿壓力為輔控。終止注漿應(yīng)符合下列條件：注漿量達(dá)到設(shè)計(jì)要求；注漿量不低于設(shè)計(jì)要求的80%，且壓力不小于2 MPa。在混凝土澆筑完成28 d之后進(jìn)行樁身超聲波檢測。

2.2.6 套筒拔除

在補(bǔ)樁施工完成混凝土灌注后4～5 h（混凝土初凝后），拆除各層板位置對套筒的加固鋼筋，鑿除鋼套筒與底板密封的混凝土墩，并割除止水環(huán)。采用液壓振動錘對鋼套筒進(jìn)行拔除，拔除的鋼套筒直接吊往下一孔位進(jìn)行安裝。

3 結(jié)語

根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際施工過程中發(fā)現(xiàn)的問題進(jìn)行討論分析與經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，對承壓水水位進(jìn)行監(jiān)測，及時(shí)根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)及實(shí)際工況采取降水措施，并在補(bǔ)樁施工過程中，通過一系列的計(jì)算制定地下室水位控制的相關(guān)措施，避免在補(bǔ)樁打開底板的過程中承壓水通過鋼護(hù)筒縫隙上涌至底板，損壞地下室既有結(jié)構(gòu)及對基坑安全產(chǎn)生威脅。此外，補(bǔ)樁施工操作面與普通樁基作業(yè)存在較大的差異，故在現(xiàn)場實(shí)際作業(yè)過程中需要按照定位、加固、開孔、鉆孔等一系列工序進(jìn)行操作，以保證補(bǔ)樁施工的作業(yè)安全。綜上可見，本文對于目前國內(nèi)的地下室拆改建補(bǔ)樁工程具有一定的借鑒意義和指導(dǎo)價(jià)值，對于高水位補(bǔ)樁的相關(guān)理論研究存在一定的參考意義。