深厚軟土地區連鎖樁的設計探討

文／姚煌 浙江華展工程研究設計院有限公司 浙江 寧波 315012

引言：

隨著城市用地面積日趨緊張，兩層及以上地下室如雨后春筍般日益增多，地下室面積也日漸增大。寧波地區常規兩層地下室支護樁多采用鉆孔灌注樁，但由于泥漿排放問題一直得不到很好解決，亟需一種無泥漿排放且適用于兩層以上地下室基坑支護的替代樁型，這對設計人員提出了更高的要求。基坑支護主設計需不斷探索，提出滿足需求的支護樁型。

連鎖樁外輪廓為方形，左右兩側各帶兩半橢圓形凹槽的預應力混凝土離心樁，是采用離心工藝成型的先張法預應力混凝土空心預制構件，成品見圖1。本文通過對某軟土地區某兩層地下室深基坑的支護結構設計，為大家介紹連鎖樁在寧波地區的首次應用。

圖1 連鎖樁成品

1、工程概況

擬建場地位于寧波東部新城科技園區，匯海路與光華交叉口西南側，場地衛星圖見圖2。

圖2 本工程衛星圖

地下室基坑面積為7000m2；正負零標高為絕對標高3.700。基坑深度為8.8～9.5m。

基坑支護結構形式的選取必須綜合考慮地下室特點、周邊環境和地質條件等因素，才能得到既安全可靠、經濟合理，又施工方便的基坑支護方案[1][2]。

1.1 周邊環境特點

東、南、西、北四側的環境情況如下：

地下室東側到用地紅線約5.0m，紅線外為匯海路，目前正在施工，在地下室開挖期間已經修建完成，完成后的路寬約16m，路面標高約為黃海高程3.300。

地下室南側到用地紅線約5.0m，紅線外為空場地。目前空地范圍內存在一定的堆土，經與業主溝通，堆土將在地下室開挖之前卸至黃海高程3.000。

地下室西側到用地紅線約2.0m，紅線外為空場地

地下室北側到用地紅線約3.8m，紅線外側為同期施工的東升二期工程，東升二期工程下設兩層地下室，與本工程地下室相距10.5m，開挖深度與本工程相仿，工程樁為鉆孔樁，基坑支護采用鉆孔樁+一道支撐。目前東升二期場地范圍內已卸土至黃海高程1.500，見圖1-5。經與業主溝通，按照東升地塊與本工程同步施工考慮，兩個地塊的相互關系見圖3。

圖3 本工程與北側東升地塊相互關系

1.2 工程地質特點

土層分布詳見圖4，參數表見表1，主要特點如下：

圖4 地質剖面

表1 工程地質參數表

（1）軟土總厚度為20m 左右，土性差，坑底在軟土中。

（2）3 層粉土土性好，層頂埋深21m，層厚3m，圍護樁設計進入該層土。

（3）場地內第①-1 層雜填土分布較厚地區有老河道，老河道最深處達3.3 米，回填的雜填土主要以碎石、塊石及建筑垃圾組成，局部為鉆孔灌注樁施工產生的泥漿，回填時未對河底進行清淤工作。基坑開挖前采取坑外設置止水措施、坑內抽水等措施以切斷基坑內外的水力聯系，確保基坑開挖期間的安全。

2、支護結構選型

本工程地下室基坑周圈開挖深度為8.8～9.5m，開挖深度較深。我院對本工程可能的多種方案進行了充分的分析與比較，具體詳見下表。

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基于以上多種支護結構的充分對比，本方案采用排樁+一道鋼筋砼內支撐。

2.1 豎向支護結構設計

豎向支護考慮采用下掛體系，支護剖面見圖5。

圖5 基坑周邊支護剖面示意

2.2 平面支護結構設計

根據本工程特點，平面支護體系采用圓環撐，具體見圖6。

圖6 基坑平面支護示意

2.3 支護樁設計

經于業主單位的充分溝通，本工程支護樁采用無泥漿排放的連鎖樁形式，也是連鎖樁在寧波地區的首次使用。

（1）樁型簡介

連鎖混凝土預制樁（簡稱連鎖樁）為外輪廓為方形，左右兩側各帶兩半橢圓形凹槽的預應力混凝土離心樁，是采用離心工藝成型的先張法預應力混凝土空心預制構件。構件采用高強度抗拉鋼材（強度設計值為HRB400 的2.8 倍）和高標號混凝土（C60 及以上），在同樣材料用量下可以獲得更大的慣性矩、抗彎承載力和抗彎剛度。

將連鎖樁進行連鎖排列，通過在連鎖樁側壁的注漿孔注漿，用水泥漿堵塞連鎖樁之間可能漏水的縫隙，形成連鎖混凝土預制樁墻（簡稱連鎖墻），示意圖見圖7。

圖7 連鎖墻示意圖

（2）連鎖樁的施工工藝

連鎖樁施工中，首先在施工段中部壓入第一個樁作為基準，然后在第一根樁兩側對稱施工，由此保證連鎖墻垂直度，防止單側連續壓樁擠土效應過大而導致樁位偏移。此外，還可采用鐵件焊接之前已施工的連鎖樁樁頂端板面，防止因壓樁時擠土或摩擦擠壓造成已施工連鎖樁的樁位或標高變動。為保證樁身垂直度和相鄰樁的緊貼，連鎖樁采用了特制的樁尖，樁尖具有兩個導向機構，呈不對稱結構。

（3）連鎖樁施工的注意事項

1）施工機械為專業連鎖樁打樁機。

2）為減小樁基施工對周邊環境的擠土影響，要求進行引孔沉樁。引孔宜采用螺旋鉆干作業法施工，引孔的垂直度偏差不宜大于0.5%。

3）引孔作業和壓樁作業應連續進行，間隔時間不宜大于3h。

4）注意對樁頂標高的控制，樁頂標高誤差不得大于50。建議采用復壓的方法，確保沉樁到位。

5）連鎖止水孔宜采用水泥砂漿進行填充，漿液的配比、主要性能指標及注漿壓力應通過試驗確定。水泥砂漿強度等級不應小于M15。

6）注漿管頂端應高出地表不少于200mm，鉆孔封口深度不得小于0.5m，四周用干性水泥或水泥-水玻璃漿液封閉。

7）連鎖樁嚴格按照《連鎖混凝土預制樁墻支護技術規范》(CECS 436:2016)及《建筑基坑工程技術規程》(DB33/T1096-2014)施工。

3、連鎖樁對比鉆孔灌注樁的優勢

（1）施工速度：1 臺連鎖樁沉樁機每天可以施工約500m長度的連鎖樁，而1 臺灌注樁機每天可以施工約40～50m 長度的鉆孔灌注樁，即連鎖樁施工效率為灌注樁的10 倍以上。

（2）樁身混凝土養護：連鎖樁為工程預制，現場無需養護，而鉆孔灌注樁再混凝土灌注后需養護28 天才能達到標準強度。

（3）止水施工：連鎖樁只需在兩相鄰樁對接后形成的橢圓形（長軸12mm，短軸8mm）止水孔內注漿止水。4 個人工每天可完成600m 長的孔內注漿，無需大型設備；而傳統水泥土攪拌樁和高壓旋噴樁需形成大直徑樁體，一臺大型設備每天可完成200～300m 攪拌樁或旋噴樁。

（4）地下結構施工：連鎖樁可緊貼地下室側壁，兼做地下側墻的外膜，減少了地下側墻外的挖填和基坑換撐施工時間與費用。

另外，連鎖樁施工主要用到吊樁設備與沉樁設備，設備配置較為簡潔；而鉆孔灌注樁施工中需要的設備較多，包括鉆孔設備，泥漿循環設備，鋼筋籠制作設備和商品混凝土運送車輛等，施工較為不便。

考慮到打樁、混凝土養護、止水施工及養護及挖填和換撐的情況下，連鎖樁方案比鉆孔灌注樁方案節省工期至少1個月左右。

（5）經濟性分析：經測算，采用連鎖樁支護方案比常規鉆孔灌注樁方案節省造價達70 萬元。從以上分析可知，連鎖樁方案比鉆孔灌注樁方案節省工期1 個月以上，以一個項目10 億元資金成本測算，每個月的財務成本高達1 千萬，相比而言，連鎖樁方案節約的成本相當可觀。

結語：

目前本工程已順利施工完畢，證明連鎖樁可以適用于寧波軟土地區。雖然相對于鉆孔灌注樁優點突出，但項目實施過程中還是遇到了一些問題，下面談下自己的思考。

1）進好土層能力較弱

本工程圍護樁持力層為3 層粉土，樁基施工過程中進入該層土困難，部分樁基沉樁不到位，后截樁處理，后續需對工藝做適當改良，增強進入相對硬土層的能力。

2）定位不準確

連鎖樁需要定位準確，才能形成一面平整的墻體，實際施工時由于機械較重，而地基多為軟土，打樁過程中定位架容易發生傾斜導致樁身定位及垂直度難以保證，后續改樁型推廣過程中需同步改進施工機械。

3）轉角處連接不可靠

由于構造原因，轉角位置連鎖樁不能很好的相互咬合，實際施工中采用轉角位置補打高噴的方法處理，后續可以開發專門的轉角異型樁，使轉角位置也能很好咬合。

4）接樁工藝較為復雜

目前工藝下的單節樁長不能滿足支護樁樁長要求，現場需進行接樁。由于接樁部位往往是支護樁的薄弱部位，要求接頭處應設置加強措施。現場在接頭位置加焊了鋼板，實際受力效果較好，但是現場焊接一方面質量不可控，而且影響施工效率，后續可以深入研究效率高、質量易保證的接樁措施。