軟土區(qū)傾斜預(yù)制樁基坑支護施工技術(shù)研究與應(yīng)用*

余地華，田 野,2，賴國梁，宮立茂，宋 志，柳 瑤，侯和強

(1.中建三局集團有限公司工程總承包公司，湖北 武漢 430070；2.湖北中建三局建筑工程技術(shù)有限責任公司，湖北 武漢 430070)

0 引言

隨著城市地下空間開發(fā)強度越來越大，基坑工程的規(guī)模和面積也不斷增加，傳統(tǒng)灌注排樁、地下連續(xù)墻、內(nèi)支撐等支護方式造價高、工期長、環(huán)境不友好的特點更加突出，為此發(fā)展高效節(jié)能、對環(huán)境低影響和綠色可持續(xù)發(fā)展的新型支護技術(shù)成為行業(yè)發(fā)展的趨勢和要求。

為減少支撐的使用，實現(xiàn)更大基坑開挖深度的無支撐支護，鄭剛等提出了新型的傾斜樁支護方法，用適當角度的傾斜單排樁代替豎直單排樁支護結(jié)構(gòu)，從而能夠在相同條件下減少排樁的變形和內(nèi)力[1-2]。傾斜樁支護技術(shù)已經(jīng)在一些地區(qū)特別是軟土地區(qū)取得了很好的應(yīng)用效果[3-4]，如范鵬程等[5]開展了單排斜-直交替樁在軟土基坑支護中的模擬研究；劉永超等[6]進行了斜-直交替支護樁工程應(yīng)用及監(jiān)測數(shù)據(jù)實測分析。雖然傾斜樁施工在一些工程中得到成功應(yīng)用[2]，但總體上施工存在一定困難，導(dǎo)致傾斜樁基坑支護的應(yīng)用還不是特別多。

本文以具有漢江一級階地典型地層的基坑工程實例為基礎(chǔ)，開展軟土區(qū)斜-直交替、前斜后直傾斜預(yù)制圓形管樁基坑支護施工技術(shù)應(yīng)用研究，探討新型預(yù)制傾斜樁支護體系施工方法，推動基坑預(yù)制化支護和無支撐支護施工技術(shù)發(fā)展。

1 工程概況

因基坑側(cè)壁存在淤泥質(zhì)地層，為控制基坑變形、減少支護占地，采用斜-直交替預(yù)制管樁支護和前斜后直雙排預(yù)制管樁支護(見圖1，2)，為避免傾斜樁交叉影響，基坑角部設(shè)置支撐板。支護樁采用PRC-I-600-AB(110)管樁，斜-直交替樁有效樁長14.0～18.0m，前斜后直雙排樁中前斜樁長17.0～18.0m，后直樁長16.0～17.0m，支護樁間距均為0.9m，所有傾斜樁傾角為13°，基坑外圍設(shè)置單軸攪拌樁止水圍幕φ500mm@350mm，傾斜樁與直樁或傾斜樁與傾斜樁之間設(shè)置雙管高壓旋噴樁φ700mm@900mm，前斜后直雙排樁排間設(shè)置雙管高壓旋噴樁φ700mm@500mm進行加固，樁間和坡面均掛網(wǎng)噴混凝土。因傾斜樁占用部分地下室位置，支護樁平面布置中對工程樁進行了避讓，同時對避讓的斜樁進行了加密(見圖3)。

圖1 前斜后直樁支護典型剖面

圖2 斜-直交替支護典型剖面

圖3 基坑支護平面

2 斜樁施工設(shè)備選擇

2.1 傾斜靜力壓樁機

目前國內(nèi)已推出專門用于傾斜預(yù)制樁施工的靜力壓樁機，即YZY800X斜樁靜力壓樁機(見圖4)。該設(shè)備噸位大、可施工傾角大，是斜樁支護技術(shù)在淺基坑工程領(lǐng)域應(yīng)用的關(guān)鍵設(shè)備。YZY800X斜樁靜力壓樁機配備大角度變幅系統(tǒng)及角度自動監(jiān)控系統(tǒng)，可實時監(jiān)測當前樁的施工角度，同時配備拉樁、吊樁一體化吊機及可調(diào)節(jié)夾樁器，可滿足φ600mm圓樁、500mm×500mm方樁及500mm×450mm矩形樁等多種預(yù)制樁的施工需求，具體施工技術(shù)參數(shù)如表1所示。

圖4 斜樁靜力壓樁機結(jié)構(gòu)示意

表1 斜樁靜力壓樁機技術(shù)參數(shù)

相對于傳統(tǒng)的靜力壓樁機，斜樁靜力壓樁機的作業(yè)步驟包括：上樁→夾樁→左傾或右傾→壓樁→歸中(見圖5)。

圖5 斜樁靜力壓樁機作業(yè)步驟

2.2 傳統(tǒng)靜力壓樁機改制

斜樁靜力壓樁機作為專門的預(yù)制斜樁施工機械，具有下壓力大、角度變幅大、施工便捷高效等優(yōu)點，但該設(shè)備數(shù)量較少，很多存在施工需求的地區(qū)引進設(shè)備需要昂貴的進出場費用，為此將傳統(tǒng)靜力壓樁機進行改制或采取一定施工措施完成傾斜預(yù)制樁施工成為另外一種施工途徑，主要改制方法為將靜壓設(shè)備龍門架進行傾斜改制，壓樁前根據(jù)基坑設(shè)計調(diào)整夾樁角度，龍門架與夾樁器傾斜后通過插銷固定在樁機平臺，上樁后，夾樁器將樁體傾斜下壓。從而完成傾向靜壓預(yù)制傾斜樁的施工，最大成樁角度25°，最大樁長20m，最大樁徑800mm，斜向下壓力約350t，其主要作業(yè)步驟為：夾樁器傾斜改制→上樁→壓樁→送樁(見圖6)。

圖6 靜壓樁改制傾斜壓樁作業(yè)步驟

3 施工過程控制要點

根據(jù)現(xiàn)場施工條件，該工程采用改制靜力壓樁機進行施工。

3.1 工藝流程

1)斜直交替支護結(jié)構(gòu)施工順序 傾斜預(yù)制樁施工→交叉垂直預(yù)制樁施工→傾斜預(yù)制樁樁間高壓旋噴樁施工→樁后攪拌樁施工→冠梁施工→土方分層開挖、樁間噴混凝土掛網(wǎng)→開挖至基底。

2)前斜后直支護結(jié)構(gòu)施工順序 前排傾斜預(yù)制樁施工→后排垂直預(yù)制樁施工→前排斜樁樁間高壓旋噴樁施工→前后排樁間高壓旋噴樁施工→冠梁施工→土方分層開挖、樁間噴混凝土掛網(wǎng)→開挖至基底。

傾斜預(yù)制樁施工工藝流程如圖7所示。

圖7 傾斜預(yù)制樁施工流程

3.2 操作要點

3.2.1施工準備

傾斜樁施工前應(yīng)編制專項施工方案，完成場平、設(shè)備安裝、安全防護、技術(shù)交底等現(xiàn)場準備和技術(shù)準備工作。正式施工前，應(yīng)依據(jù)定位控制點引測定位軸線，經(jīng)驗收后進行傾斜樁樁位放線，放出的樁位經(jīng)檢查無誤后方能進行壓樁施工。

3.2.2沉樁

傾斜樁沉樁應(yīng)合理安排沉樁的先后次序，以控制擠土效應(yīng)；沉樁過程中應(yīng)校核樁身傾斜角度符合設(shè)計要求；送樁應(yīng)采用專用鋼質(zhì)送樁器，對正樁位，夾持器抱緊，設(shè)備調(diào)平后，調(diào)整樁身垂直度及傾斜角度滿足，設(shè)計要求后壓入。

沉樁宜連續(xù)一次性將樁沉到設(shè)計標高，盡量縮短中間停頓時間。沉樁過程中出現(xiàn)樁身漂移、傾斜或樁身及樁頂破損等情況時，應(yīng)立即停止施工，待查明原因，進行必要處理后，方可繼續(xù)施工。

3.2.3接樁

傾斜預(yù)制樁設(shè)計中應(yīng)盡量避免接樁，確需接長時，其入土部分樁段的樁頭宜高出地面0.5～1.0m，樁的連接可采用端板焊接或機械連接，相鄰支護樁接樁位置不得在同一標高，應(yīng)錯開高差1m以上。

3.2.4工程樁避讓

為避免傾斜樁向基坑內(nèi)傾斜對地下室結(jié)構(gòu)造成影響，應(yīng)結(jié)合基礎(chǔ)形式采取必要的規(guī)避措施(見圖8)。對采用天然地基，無工程樁情況，需保證內(nèi)傾斜支護樁在基坑底標高以上位于地下結(jié)構(gòu)輪廓以外，在確保地下室結(jié)構(gòu)施工空間足夠情況下，基坑底標高以下可侵入地下結(jié)構(gòu)最外輪廓范圍內(nèi)；對于樁基礎(chǔ)，應(yīng)避讓工程樁位置，可斜樁改直樁，并就近補設(shè)向坑內(nèi)傾斜支護樁，或可將向坑內(nèi)傾斜支護樁改為向坑外傾斜支護樁，支護結(jié)構(gòu)斜撐效應(yīng)變?yōu)殄^拉效應(yīng)；在基坑陰角處，為避免傾斜樁交叉影響，可將斜樁改為直樁，并增設(shè)支撐梁或板。

圖8 傾斜樁基礎(chǔ)避讓

3.2.5冠梁施工

為保證樁體與冠梁的有效連接，管樁中空部分1 500～3 000mm長度范圍內(nèi)采用混凝土灌芯。冠梁施工應(yīng)滿足下列要求。

1)灌芯混凝土采用強度等級為C40的微膨脹混凝土，混凝土用粗骨料粒徑≤20mm，內(nèi)摻10%AEA微膨脹劑(見圖9)。

圖9 預(yù)制樁灌芯大樣

2)管樁嵌入冠梁內(nèi)長度為500mm，灌芯混凝土部分應(yīng)設(shè)置鋼筋籠。

3)當管樁頂部無水平構(gòu)件與冠梁連接時，管樁灌芯部分的縱向鋼筋深入冠梁內(nèi)的長度宜取冠梁厚度；當管樁頂部有水平構(gòu)件與冠梁連接時，管樁灌芯部分的縱向受力鋼筋深入冠梁內(nèi)的錨固長度應(yīng)符合現(xiàn)行國家標準GB50010—2010《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》對鋼筋錨固的有關(guān)規(guī)定；當不能滿足錨固長度的要求時，其鋼筋末端可采用機械錨固措施(見圖10)。

圖10 支護冠梁大樣

4)當管樁頂部無水平構(gòu)件與冠梁連接時，管樁灌芯部分的縱向鋼筋深入冠梁內(nèi)的長度宜取冠梁厚度；當管樁頂部有水平構(gòu)件與冠梁連接時，管樁灌芯部分的縱向受力鋼筋深入冠梁內(nèi)的錨固長度應(yīng)符合現(xiàn)行國家標準《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》對鋼筋錨固的有關(guān)規(guī)定；當不能滿足錨固長度的要求時，鋼筋末端可采用機械錨固措施。

3.2.6樁間加固與止水

傾斜樁基坑支護止水方法根據(jù)工程地質(zhì)條件、水文地質(zhì)條件及施工條件等，選用水泥土攪拌樁帷幕、高壓旋噴或擺噴注漿帷幕、攪拌-噴射注漿帷幕、地下連續(xù)墻或咬合式排樁等。傾斜樁樁間可采用傾斜攪拌樁或其他與傾斜樁進行整體咬合的注漿體加固，也可采用垂直樁體進行注漿加固，如圖11所示。因該工程開挖深度不大，止水采用垂直攪拌樁與樁間高壓旋噴樁進行加固，樁間噴混凝土掛網(wǎng)，其施工方法與傳統(tǒng)支護做法相同。

圖11 傾斜樁樁間加固

4 實施效果與監(jiān)測分析

通過對樁長17m、角度10°～15°管樁施工過程進行記錄，得到施工工效如表2所示，由表2可知傾斜樁沉樁時間總體上多于直樁。

表2 斜樁與直樁施工工效對比

基坑施工過程中對樁身深層水平變形、樁頂水平變形進行監(jiān)測。基坑每邊按一定間距同時根據(jù)不同支護結(jié)構(gòu)選擇代表性部位設(shè)置深層水平位移測斜管，共布置10個深層位移監(jiān)測點，冠梁上共布置8個變形監(jiān)測點，監(jiān)測結(jié)果表明，基坑整體最大位移為36.65mm，支護結(jié)構(gòu)達到了良好的效果。

5 結(jié)語

該文以具有漢江一級階地典型地層的基坑工程實例為基礎(chǔ)，開展軟土區(qū)斜-直交替樁、前斜后直傾斜預(yù)制圓形管樁基坑支護施工技術(shù)應(yīng)用研究，探索傾斜預(yù)制樁新型支護施工設(shè)備、工藝原理、工藝流程、施工要點等施工技術(shù)方法，開展基坑工程實施效果監(jiān)測分析，得到以下結(jié)論。

1)本基坑工程采用了斜-直交替樁與前斜后直雙排預(yù)制管樁的支護形式，既利用了預(yù)制樁環(huán)境影響小、施工便捷高效的特點，又發(fā)揮了傾斜樁支護位移小、彎矩低的結(jié)構(gòu)優(yōu)勢，特別是在軟土區(qū)，避免了大截面支護樁及支撐的使用。

2)傾斜預(yù)制樁施工既可采用專用的斜樁靜力壓樁機進行施工，也可將普通靜力壓樁機進行夾樁改造，通過設(shè)置斜面平臺或?qū)堥T架和夾樁器按設(shè)計角度傾斜后固定在樁機平臺完成傾斜靜力壓樁施工。

3)監(jiān)測結(jié)果表明，支護結(jié)構(gòu)達到了良好的效果，施工方法滿足應(yīng)用要求，具有較強的推廣價值。