工字型混凝土預制樁 水泥土連續墻的選用研究

陳宏剛

工字型混凝土預制樁水泥土連續墻作為新近出現的基坑圍護體系有其優勢。但近幾年使用以來出現一系列問題。通過對該圍護體系出現問題的列舉，對圍護設計單位在選用該體系時，提出有關建議。建議在發揮其優勢的同時趨利避害，做到物盡其用。

所謂工字型混凝土預制樁水泥土連續墻，即在連續套接的三軸水泥攪拌樁內豎向插入工字型混凝土預制樁形成的復合擋土及截水結構。是浙江省住房和城鄉建設廳2020 年第36 號公告，自2020 年12 月1 日起施行的地方性技術規程。該規程定名為《工字型混凝土預制樁水泥土連續墻技術規程》DB33/T 1208-2020。總體來說，工字型混凝土預制樁水泥土連續墻采用的預制工字樁與同等抗彎剛度的鉆孔灌注樁相比，其綜合節約鋼筋混凝土；相比鉆孔灌注樁結合外側的止水帷幕墻具有節地優勢；由于無泥漿外運且施工噪聲相對較小，因而具有環保優勢；相對SMW 工法樁具有無須拔樁的特點。以上這些顯而易見的優勢在此不再贅述。但根據實際使用效果的研究，在以下情況建議圍護設計慎重選擇并提出一些建議。

一、淤泥中應慎重選用

淤泥的孔隙比大于1.5，含水量極高，具有流變性、觸變性。經三軸水泥攪拌樁機摻入水泥漿攪拌后其性狀處于流動狀態。在插入工字樁時無法提供側向摩擦力和端承力。如果采用無需接樁的單根樁，則下放后的工字樁在其自重作用下不受控制地落入水泥土的深處，特別是攪拌后插入第一根工字樁時，由于側向阻力很小，極易發生該問題。如果基坑較深，需要的工字樁較長，需采用焊接接樁工藝，由于接樁需要水泥土對下樁提供支承，而下樁實施后在水泥土頂部無法自承，下樁會下沉，即無法提供下樁和上樁對接的可控施工狀態。故淤泥中，甚至淤泥質土中使用工字型混凝土預制樁水泥土連續墻難以保證工字樁的樁頂標高。且后續施壓的工字樁對前面施工的工字樁形成的擠壓干擾導致工字樁無法保證樁位，甚至無法保證工字樁的垂直度（圖1 為淤泥中擠壓導致樁偏位和垂直度超出允許偏差）。故淤泥中應慎重選用。

圖1 工字樁在淤泥土中樁位和垂直度差示例圖

二、當地沒有可靠的施工設備應慎重選用

目前工字型混凝土預制樁水泥土連續墻還沒有配套的專用設備。主要采用三軸或四軸水泥攪拌樁機另加改裝的端承靜壓和振沖錘。該裝置無法控制樁位，在施工時需挖掘機輔助抵住樁側，樁位完全由外部的挖掘機控制。且振沖錘開啟時極易導致鋼絲繩脫落。一旦脫落需花費半天左右時間維修。所以相關配套設備還不成熟。如果僅僅有三軸或四軸攪拌樁機，就不可采用如同SMW 工法樁外配吊裝式振沖錘的方法實施。因為工字型混凝土預制樁和H 型鋼在重量和材料特性上有著本質的區別。畢竟H 型鋼比工字型混凝土預制樁質量輕，抗彎和抗折性能高，起吊方便，抗振動和錘擊能力強。

三、在砂土等其他堅硬土層中應慎重選用

工字型混凝土預制樁水泥土連續墻，是在連續套接的水泥攪拌樁內插入工字型混凝土預制樁，水泥攪拌樁主要承擔止水帷幕的作用，其無須與工字樁同等深度，只要根據地質勘探報告計算止水帷幕的深度及設置降水井的措施解決止水和降水問題。在水泥攪拌樁中插入工字樁時幾乎沒有阻力，關鍵是下部未攪拌的土層。如果土層密實、土體側向摩擦力大、土層堅硬就難以進入。此時的頂端錘擊難以奏效且極易破壞端部混凝土，一旦破壞只能廢樁并補樁。如果補樁太多，土體的擠壓使下壓工字樁愈困難。所以設計人員在選用時要研讀地質勘探報告，避免工字樁無法達到有效的設計深度或圍護樁根本無法實施導致需要更改圍護方案。

四、場地狹窄及交通不便的應慎重選用

工字型混凝土預制樁水泥土連續墻需要大型設備。通常需要三軸水泥攪拌樁機、挖掘機、汽車吊、水泥罐和水泥攪拌工作臺、至少保證1～2 天用量預制樁堆場、置換土堆場等，以上一整套設施場地需要至少3000 ㎡。為了減少接樁，預制工字樁一般較長（一層地下室單樁通常達15～17 米）、三軸水泥攪拌樁機巨大，要考慮運輸車輛出入是否具備條件。如果場地狹窄、運輸不便，不應采用該圍護體系。

五、進度緊迫應慎重選用

工字型混凝土預制樁水泥土連續墻的施工在理論上比較快，實際施工需考慮很多因素。考慮吊裝的安全性通常杜絕夜間施工。經過統計，一層地下室的15-17米單根樁，在無機械故障等不利條件下的最理想狀態，每天可以施工12-14 根工字樁；22-26 米需要一個焊接接頭的兩層地下室圍護工字樁，沒有任何故障情況下每天最多可以施工6-7 根。對于場地較大且用電允許的，可以布多套設備實施。但大多數情況無法滿足多套設備同時進場施工。工期要求緊迫的情況下，工字型混凝土預制樁水泥土連續墻在進度上不占優勢。通過對比，1 臺400KVA 的變壓器只能帶動一套工字型混凝土預制樁的施工設備。而1 臺400KVA 的變壓器可以帶動6-7 臺鉆孔灌注樁機。通常1 臺鉆孔灌注樁機每天可以施工25 米左右的圍護樁2-3 根。所以6 臺鉆孔灌注樁機綜合效率是一套工字型混凝土預制樁的2-3 倍。故對于進度緊迫的項目應慎重選用。

六、10 米以上的深基坑應慎重選用

雖然《工字型混凝土預制樁水泥土連續墻技術規程》條文說明列舉了一個三層地下室的項目。該項目采用了Φ1000@750 三軸水泥攪拌樁隔一插一PC 工1000×400 預制樁，或建議采用圖2 所示的四軸水泥攪拌樁機插入預制工字樁形式。

如果水泥含量百分比相同，對比采用鉆孔灌注樁外加同樣深度的Φ750@600 三軸水泥攪拌樁止水帷幕。以上Φ1000@750 三軸攪拌水泥土多用80%的水泥，Φ850@600 的四軸攪拌水泥土多70%的水泥，且四軸水泥攪拌樁在目前市場上很少，有些地區沒有該設備。并且隨著圍護深度增加，水泥土承受的側向壓力越大，對水泥土的強度要求更高，往往需要水泥攪拌樁二次復打以提高水泥用量進而提高強度。即水泥用量高出約200-250%。所以工字型混凝土預制樁水泥土連續墻雖然在鋼筋混凝土用量上有所節約，但綜合效益不高，且工字型預制混凝土樁的脆性破壞特質使該圍護體系存在較大安全風險。故10 米以上的深基坑應謹慎使用。

圖2《工字型混凝土預制樁水泥土連續墻技術規程》DB33/T 1208-2020中示例圖（mm）

七、沒有足夠的機械安全操作面的項目應慎重選用

對于基坑臨近建筑物和高壓線等設施，導致施工設備沒有足夠有效的工作面的應慎選。三軸水泥攪拌樁機屬于大型設備，通常距離建筑物或構筑物需4 米以上的工作面，要充分考慮導溝開挖后機腳安放的安全和工字型樁吊裝安全。此外充分考慮高壓線和變壓器與施工設備最小安全距離。還要考慮相鄰建筑等設施安全使用等一系列安全問題，防止施工對既有建筑的不利影響。

八、部分節點改進建議

1.接樁接頭改進建議

接樁接頭是工字型混凝土預制樁最關鍵工序也是受力薄弱部位。《工字型混凝土預制樁水泥土連續墻技術規程》中提供了3 種接樁方式，實際操作存在難度或難以保證質量，進而難以保證基坑安全。主要問題在于市場不健全，難以提供偏差合格的產品，造成上樁和下樁樁端預埋的槽鋼無法對接焊。并且規程中提供的對接方式工序均較繁瑣，按規程施工所需的時間較長。通過改進成圖3 的形式后，某工程未出現接頭缺陷導致的隱患。為了保證對接質量和加快施工進度，建議采用調整后的對接形式。該形式施工方便，質量容易保證。

圖3 工字樁大、小翼緣接樁采用增加貼焊鋼板圖（mm）

2.支撐梁與冠梁交叉部位的工字樁布樁建議

支撐梁受力較復雜，要確保支撐梁與冠梁的有效連接錨固。由于該交叉節點部位工字型混凝土預制樁的存在導致支撐梁鋼筋無法錨入冠梁內。考慮支撐體系的整體受力，在避開支撐梁和冠梁節點且臨近節點位置開始布樁，并以雙樁開始向外布置。該布樁方式有效解決了以上所述的支撐梁與冠梁錨固的問題。某工程樁位調整如圖4 所示的形式后，有效解決該問題，且圍護效果正常發揮。

圖4 樁位調整前后節點對比圖

九、結語

工字型混凝土預制樁水泥土連續墻體系有其使用優勢。建議設計單位在選用時慎重考慮，在發揮其優勢的同時趨利避害，做到物盡其用。