鉆孔灌注樁支護方案應用質量管控探析

楊聿智

（國家能源集團國能榆林能源有限責任公司，陜西 榆林 719408）

0 引言

在三維世界里水平方向沒有支護空間情況下，尋求豎向支護方式是必經之路。要解決支護方式問題就要搞清既有建筑物的結構設計、結構形式及結構所用材料等，還要考慮新建筑物結構設計與原建筑設計是否連續或沖突，才能在選擇支護方式和材料時既滿足既有建筑的安全性又兼顧新建筑物的適用性，此外，支護的質量管控也是支護成敗的重要因素。在綜合考慮既有建筑和新建筑設計的同時考慮選擇什么樣的支護方式和支護材料對既有建筑安全起到保障作用，還對新建筑物沒有不利影響就成為關鍵因素。在水平方向沒有支護空間，新建筑物基礎又低于既有建筑基礎 1.2 m 的狹窄空間里為滿足了上述功能和要求，從而引出對結構設計的分析、對基坑支護方案設計質量控制、沉降觀察對灌注樁施工的質量控制方法以及灌注樁整體質量管理與控制方法應用的研究。

1 工程概況

郭家灣煤礦職工食堂由于就餐人員增加需新增加結構空間，為了既有建筑安全擴建工程采用增加水平面方向結構空間。由于增加電梯功能，新的改擴建工程基礎深度比既有建筑物基礎深度增加了 1.2 m，且新建基礎外邊沿與既有建筑物基礎外邊沿相距僅 0.55 m，因此不具備放坡條件，施工狹窄和基礎不在同一標高處成為本工程施工難點，為此選擇施工方案成為關鍵。施工過程中通過分析大開挖和斜壁支撐是不可行的，因為大開挖勢必對既有建筑地基造成擾動，斜壁支撐影響新建建筑無法施工。如果選擇鋼板樁直臂打入支撐，由于鋼板樁抗壓能力較低的特性，也不符合有效支撐條件。通過比較選擇鋼筋混凝土灌注樁，既利用鋼筋的強抗拉、抗彎等特性，又利用混凝土強抗壓特性，且垂直施工節約空間，起到直臂支護效果。同時考慮到鋼筋混凝土灌注樁既對既有建筑物結構安全進行了保護，又利用基層掛鋼筋網片抹灰作為新建剪力墻模板，解決了兩建筑物相距甚近的施工難題，最終選擇了混凝土灌注樁支護方案。鉆孔灌注樁按其作用可分一是地基加固的一種方式，通過打樁加大地基的承載能力；二是邊坡支護的一種方式，用于邊坡維護抵抗土方側壓力，防止土方位移。本工程正是用支護的方式對既有建筑的防護。

為了形象的理解既有建筑和新建筑的關系以及灌注樁布置，下面提供基坑斷面圖和基坑支護施工圖，如圖 1～圖 3 所示。

圖1 基坑斷面示意圖（單位：mm）

圖2 灌注樁支護平面圖

圖3 基坑支護剖面圖［1］（單位：mm）

2 兩建筑物結構設計分析

本工程既有建筑為郭家灣煤礦職工食堂，結構形式為混凝土獨立柱基礎，混凝土框架結構工程。擴建工程為郭家灣職工食堂改擴建工程，結構形式是混凝土框架剪力墻結構。結構安全等級均為一級，結構使用年限均為 50 年。對建筑工程進行合理設計，可提升工程安全性和功能性，減少質量問題發生的風險，進一步提升建筑工程施工質量，有利于延長土木工程建筑的使用年限。土木工程使用年限是評估建筑施工質量的關鍵性指標，結構設計是使用年限的重要因素。鋼筋混凝土材料在國內外廣泛應用已有上百年的歷史，實踐證明鋼筋混凝土材料兼具鋼筋抗拉、抗彎等優點和混凝土抗壓、耐久等優點，且二者線膨脹系數基本一致，具有耐久性、高強性、高流動性、耐火性、可模性、整體性等特性，雖然有著自重大、抗裂性差等缺點，但通過高強混凝土配合比技術處理和鋼筋強度技術的提高可以克服以上缺點，是延長結構使用年限很好的材料。混凝土結構設計一方面通過正截面、斜截面、彎剪受力數據提供設計依據，另一方面混凝土結構裂縫采用相應控制措施，提升鋼筋混凝土耐久性和抗震性能。按照既有建筑結構設計原則［2］，擴建工程采用鋼筋混凝土結構形式，延續了既有建筑的安全等級和使用壽命。從設計八大控制指標（剛度比、剛重比、抗剪承載力之比、周期比、剪重比、位移比、位移角、軸壓比）來看，相同結構形式在保證結構延性、結構安全、結構變形等方面具有更簡單、更有效的控制方法。相同結構形式在空間使用上也更具有延續性，使得新建物與既有建筑物使用功能沒有視覺落差。

3 基坑支護方案設計是質量管控的總閥門

3.1 基坑支護方案設計的理論分析

地基加固技術是土木工程建筑施工當中十分重要的一項技術，能有效地對建筑物質量進行保護，還能避免很多安全事故的發生［3］。基坑支護是對既有建筑結構可靠性的保證措施，結構體系模型和結構材料對結構安全起著至關重要的作用。結構失效模式和鋼筋混凝土框架結構變形特征并不是結構可靠度的充分條件，從試驗結果看小震、中震大都是獨立的，大震相關性較高［4］，所以基坑支護結構形式、選用材料對既有建筑物可靠性非常重要，按照現行極限概率設計規范是可行的。考慮到既有建筑已使用了 10 年，地基已處于穩定狀態，新的改擴建工程地基層在原有建筑地基層下 1.2 m 處，且基礎外邊沿相距僅 0.55 m 的實際情況，JGJ 120－2012《建筑基坑支護技術規程》總則 1.0.3 條規定：基坑支護設計、施工與基坑開挖，應綜合考慮地質條件、基坑周邊環境要求、主體地下結構要求、施工季節變化及支護結構使用期等因素，因地制宜、合理選型、優化設計、精心施工、嚴格監控［5］，基坑開挖勢必影響到原有建筑地基的受力狀態，選擇什么樣的基坑支護方案對既有建筑地基受力狀態影響最小就顯得非常重要。在組織榆林市巖土專家、結構專家、有經驗的施工專家反復比較論證基礎上，排除了大開挖對既有建筑地基擾動、排除了斜壁支撐無法滿足現有建筑施工、排除了鋼板樁抗壓能力較低的缺點，最終采用鉆孔灌注樁加固方案。鉆孔灌注樁加固方案既起到基坑支護作用，又對既有建筑地基擾動影響最小。JGJ 120－2012《建筑基坑支護技術規程》設計原則 3.1.2 基坑支護應滿足下列功能要求：①保證基坑周邊建（構）筑物、地下管線、道路的安全和正常使用；②保證主體地下結構的施工空間。

3.2 采用鋼筋混凝土灌注樁主要理由和措施

灌注樁在原地面開始施工，并沒有直接擾動原地基，最不利的是施工鉆孔振動引起的動載荷對原地基影響，但是考慮原地基已處于穩定狀態，根據鉆孔機振動頻率和既有地基失穩應力，經相關人員推算施工動載荷不會對原地基形成破壞狀態，在理論上給了信心。為了避免因振動對原地基沉降變形，施工中采取既有建筑設沉降觀測點措施，動態監視既有建筑地基狀態。

鋼筋混凝土灌注樁由于充分發揮抗拉、抗彎、抗剪、抗壓、耐久等基本性能［6］，基坑開挖后起到保護既有建筑和保證基坑開挖不放坡的有利狀態，同時為了發揮混凝土灌注樁的整體保護作用，所有灌注樁用冠梁連接，使樁頂錨入形成固定端，從而控制基坑開挖過程中樁頂變形，保證基坑的穩定和安全。支護樁的樁頂冠梁冠梁將作為結構受力構件進行設計，此時，JGJ 120－2012《建筑基坑支護技術規程》要求，樁身縱向受力鋼筋深入冠梁的錨固長度需要按照 GB 50010－2010《混凝土結構設計規范》對鋼筋錨固的規定執行［7］。

灌注樁支護方案設計已經陜西中宏巖土工程有限公司驗算，在整體穩定性、抗傾覆穩定性、嵌固深度構造驗算、嵌固段基坑內側土反力驗算均滿足規范要求。

4 沉降觀察使用對灌注樁施工的質量控制方法

本工程建筑物沉降觀察是灌注樁施工振動對既有建筑地基影響的有力佐證，以便在施工時適時調整施工方案和提出確保安全的預案措施。雖然本工程沉降觀測記錄結果從沉降觀察曲線表上看基本沒什么變化，但是在施工前還是做了充分準備，施工中按照 JGJ 8－2016《建筑變形測量規范》已編制詳細的沉降觀測方案［8］，這里不作詳細贅述，僅就思路方式介紹幾點。

4.1 沉降觀測點布置

在原建筑物選擇臨靠新建筑兩個不同柱子上布置和原建筑物中部兩個不同柱子布置共 4 個觀測點。這樣布置目的就是觀察臨近振動點建筑物沉降有無變化，中部觀察點觀察建筑物沉降有無變化，進而判斷對整個建筑物有無影響。

4.2 沉降觀測周期

施工開始前記錄觀測結果，施工開始后 1 d 記錄觀測沉降結果，目的就是看振動對既有建筑物有無影響；然后 3 d 再記錄一次，以后每隔 5 d 記錄一次，目的就是較長時間內看振動對既有建筑物有無影響。

4.3 沉降觀測數據

建筑物沉降豎向位移記錄數值，建筑物裂縫觀察記錄數值，繪制沉降曲線。

4.4 沉降結果處置

符合 GB 50007－2011《建筑物地基基礎設計規范》的地基變形允許值［9］。

5 灌注樁整體質量管理與控制方法

建筑物方案設計階段是質量控制的起點，我們從新建筑物方案設計審查開始對兩建筑物的相容性、延續性、結構安全性一直到施工圖審查以及設計交底和圖紙會審，嚴格按基本建設程序履行質量管理與控制方法。施工階段尤其對影響既有建筑的混凝土灌注樁更加大了控制力度。灌注樁成型質量對保護既有建筑起重要作用，灌注樁施工質量控制至關重要，實際施工中主要通過以下方法進行控制。

1）施工前先進行打試樁和試驗樁。試樁為設計人員提供設計參數，參考試樁特征值換算成工程樁的特征值；試驗樁為工程樁成孔的施工流程和工藝參數提供依據，確定和檢驗樁基成孔施工設備、流程和工藝，包括鉆機設備選擇、成孔工藝、樁位的控制、樁身垂直度的控制、護壁泥漿的濃度、鋼筋籠的放置、混凝土的澆注、后壓漿參數等。

2）編制灌注樁施工方案，方案對成孔質量控制、鋼筋籠制作質量控制、混凝土灌注質量控制都有具體的控制措施以及質量通病處理預案，質量通病見《土木工程施工與管理》中 2.2.6 灌注樁施工常遇問題及預防處理方法［10］。這里重點提一下方案審查程序，根據 GB/T 50502－2009《施工組織設計規范》［11］中 3.0.5 條 2 款規定：“施工方案應由項目技術負責人審批；重點、難點分部（分項）工程和專項工程施工方案由施工單位技術部門組織相關專家評審，施工單位技術負責人批準。”的規定，根據本工程灌注樁重要性提高管控檔次，按專項工程施工方案執行，方案經施工單位技術部門組織相關專家評審，施工單位技術負責人批準后再報監理、建設單位審查。

3）選擇有經驗的專業承包隊伍，不僅要有專業承包資質，更注重實地考察業績，打有準備之仗。

4）做好各項記錄，包括打樁記錄、放線記錄、軸線偏移記錄、測溫記錄、既有建筑沉降觀測記錄等各項施工記錄和監理旁站記錄。

5）加強現場工程質量檢查、驗收，按照 GB 50202－2018《建筑地基基礎施工質量驗收規范》驗收項目和質量檢驗標準［12］，嚴格組織驗收。驗收主要依據施工圖、樁基檢測報告（依據 JGJ 106－2014《建筑樁基檢測技術規范》出具的檢測報告［13］）、施工記錄、混凝土標養試塊試驗報告和鋼筋的復試報告、樁竣工圖和現場檢查標高、偏移尺寸等。尤其樁基竣工圖，在嚴格執行NB/T 51051－2016《煤炭建設工程資料管理標準》［14］基礎上，對規范上沒有特別指出樁基竣工圖的具體標注方法，要求以下具體的參數、信息必須如實地反映在竣工圖上。

6）實際施工的樁編號（與打樁記錄一致）。設計變更的樁，應用紅筆寫上變更的內容標出變更圖號；樁位實際測量偏差值；實際打樁樁頂標高偏差值，灌注樁截樁后的實際標高偏差值；樁基竣工圖章，其中審核人應為項目經理。

6 結語

鋼筋混凝土灌注樁支護方案選擇是本工程保護既有建筑物的關鍵因素，施工過程質量控制、嚴格質量驗收是控制灌注樁達到保護既有建筑物的有效手段。通過本案例介紹以期達到引發在狹窄地段選擇支護方法和控制施工質量的目的。經實踐證明選擇鉆孔灌注樁支護加固方案是經濟可行且安全有效。Q