某逆作法施工中大直徑擴底灌注樁問題分析

何占坤 張建新 藍燕強

0 引言

大直徑擴底灌注樁具有變形小、承載力高和施工質(zhì)量易于控制等優(yōu)點，在高層建筑、城市交通、鐵路橋梁和港口等荷載較大工程中常作為基礎(chǔ)工程方案的首選[1，2]，在采用逆作法施工的高層建筑工程中，大直徑擴底灌注樁可適應(yīng)高層建筑一柱一樁的要求。本文主要結(jié)合某逆作法施工工程，對大直徑擴底灌注樁設(shè)計中遇到的幾個問題進行分析。

1 工程概況

某工程位于國家某部委機關(guān)院內(nèi)西側(cè)，基坑深度達 19.25m?；颖编彸鞘兄鞲傻缆罚鞲傻老聻榈罔F區(qū)間線路，基坑距地鐵線區(qū)間結(jié)構(gòu)邊緣水平距離約26.8m;基坑?xùn)|側(cè)距 7層機關(guān)大樓約5.85m，機關(guān)大樓基礎(chǔ)為條形基礎(chǔ)，基底埋深約4m;基坑南側(cè)距最近4層居民樓約 14.38 m，磚混結(jié)構(gòu);基坑西側(cè)臨距最近的10層居民樓約 22.36m。本工程周邊環(huán)境復(fù)雜，地下管網(wǎng)多，施工難度很大。根據(jù)周邊環(huán)境及工程的特殊要求，本工程采用地下一層明挖、地下二層蓋挖逆作法施工。

本工程為地上兩層、地下兩層，地上部分主體高度 28.60m，采用鋼管混凝土柱+鋼筋混凝土剪力墻 +鋼筋混凝土梁(或鋼桁架)組成的框架剪力墻結(jié)構(gòu)體系。地下一層結(jié)構(gòu)層高 10.51m，地下二層結(jié)構(gòu)層高6.45m，跨度主要為10.9m×11.5m的混凝土梁板。本工程基礎(chǔ)采用一柱一樁的樁筏基礎(chǔ)，筏板基礎(chǔ)厚度為2.0m，樁為大直徑擴底灌注樁，樁徑2000mm，擴大頭直徑3 000mm。為解決樁端存有虛土的問題，采用后注漿工藝，以改善樁端和局部樁側(cè)土體承載性能，提高樁基承載力，降低樁基沉降。

2 地質(zhì)概況

2.1 工程地質(zhì)

根據(jù)野外勘探結(jié)果和土工試驗成果，勘探最大孔深 65.00 m深度范圍內(nèi)所揭露地層，按成因年代分為人工堆積層、新近沉積層()、一般第四系沉積層()和第三系沉積層。按地層巖性進一步分為4個大層，人工堆積層:擬建場地表層為人工堆積層，主要地層情況為:雜填土①層、素填土①1層，層底高程為45.76m～47.96m。新近沉積層:該層位于人工堆積層以下，主要地層情況為:粉土②層、粉質(zhì)粘土②1層、細砂③層、圓礫③1層、卵石③3層，本大層普遍分布，層底高程為36.03m～40.55m。一般第四系沉積層:該層位于新近沉積層以下，主要地層情況為:粉質(zhì)粘土④層、中砂④2層、粉土④3層，本大層呈透鏡體狀分布，層底高程為 35.03m～39.30m。第三系沉積層該層位于第四系沉積層以下，場區(qū)普遍分布，主要地層情況為:礫巖⑤層、⑥層、泥巖⑤2層、⑥2層，勘察最大勘探孔深未穿透該層?？碧狡陂g鉆孔孔口處地面高程約為 48.52m～50.11m之間。

2.2 水文地質(zhì)

最大勘探深度 65.0m范圍內(nèi)，第四系地層中測得一層潛水，含水層主要為細砂、中砂、圓礫、卵石，水量較大;在第三系礫巖中測得一層基巖裂隙水，含水層為礫巖，水量較小。根據(jù)分層水位觀測結(jié)果，兩層水的穩(wěn)定水位高程相同。結(jié)合場區(qū)地層特征分析，兩個含水層在多處直接相連，沒有完整的隔水層，因此應(yīng)為同一層潛水。本工程基礎(chǔ)抗浮設(shè)計水位建議采用 43.00m。

3 逆作法施工工程中鋼管柱安裝技術(shù)

逆作法施工利用地下各層鋼筋混凝土梁板對四周圍護結(jié)構(gòu)形成水平支撐。由于結(jié)構(gòu)本身的側(cè)向剛度極大，且壓縮變形值相對圍護樁的變形要求來講幾乎等于零。因此，可以從根本上解決支護樁的側(cè)向變形，從而使周圍環(huán)境不致出現(xiàn)因變形值過大而導(dǎo)致路面沉陷、基礎(chǔ)下沉等問題，保證了周圍建筑物的安全[3]。

逆作法施工，一般是先沿建筑物地下室軸線或周圍施工地下連續(xù)墻或其他支護結(jié)構(gòu)，同時建筑物內(nèi)部的有關(guān)位置澆筑或打下中間基礎(chǔ)樁和柱，作為施工期間于底板封底之前承受上部結(jié)構(gòu)自重和施工荷載的支撐。支承樁一般采用灌注樁。灌注樁澆筑至基坑底標高后，在支承樁頂安裝一根逆作施工的支承上部施工荷載的永久性鋼管柱。

常規(guī)的鋼管柱安裝是在支承樁混凝土灌注前安裝一個與支承樁直徑相同的鋼套管，等澆筑的支承樁混凝土達到 70%強度后，抽除鋼套管內(nèi)泥漿，采用人工下孔破除樁頂混凝土至永久性鋼管柱底標高，定位器安裝完畢再安裝鋼管柱。該施工方法施工周期長、工序復(fù)雜，且施工過程中工人要下到孔底進行混凝土的鑿除及定位器安裝，存在諸多不安全因素，單根鋼管柱施工周期長達10 d～20 d，施工成本也較高，存在一定的局限性。

而采用HPE液壓垂直插入設(shè)備，在灌注樁混凝土澆筑后、混凝土初凝前將底端封閉的永久性鋼管柱垂直插入支承樁混凝土中，完成插入定位工作。且施工過程完全機械化作業(yè)，減少了人為因素的影響，保證插入鋼管柱的垂直度符合要求，垂直度可達1/1 100～1/500，保證了施工質(zhì)量[4]。

本工程采用HPE垂直插入鋼管柱工法，鋼管柱插入大直徑擴底灌注樁樁頂以下4.0m。

4 樁基設(shè)計要點

4.1 樁基設(shè)計計算工況

本工程主坑地下一層明挖，地下二層逆作，計算中應(yīng)考慮使用階段和施工階段最不利工況進行樁基計算。施工階段:結(jié)構(gòu)向下施作至負二層，底板未封閉，上部結(jié)構(gòu)施作至頂層。使用階段:結(jié)構(gòu)完成;抗拔工況上覆荷載僅考慮結(jié)構(gòu)自重及建筑裝修層自重，不考慮隔墻自重，地下水位按抗浮水位絕對標高 43.000選取。

對上述使用階段和施工階段分別建立模型進行計算，計算結(jié)果表明:在施工階段樁基均承受壓力，最大樁頂豎向荷載為19 095.6 kN，而在使用階段部分樁基承受上拔力，最大上拔力為2 966.4 kN。

本工程樁基分為20m樁長和32m樁長兩種，樁徑2 000mm，擴大頭直徑3 000mm。以 32m樁長為例，樁端持力層為⑥層礫巖，考慮樁端后注漿對端阻及側(cè)阻的提高作用，樁端阻增強系數(shù)βp=2.0，側(cè)阻增強系數(shù)βs=1.4[5]，豎向增強段取樁端以上 12m，經(jīng)計算32m樁長豎向承載力特征值為20 399 kN。

4.2 灌注樁主筋混凝土保護層厚度的確定

本工程采用特種鋼護筒作為樁基鉆孔時的護壁，該護筒也為逆作法施工時插入鋼管柱提供操作空間，鋼護筒外徑 2 000mm，壁厚 65mm，采用特種鋼制作。本工程灌注樁主筋的混凝土保護層厚度除了滿足規(guī)范要求外，還應(yīng)結(jié)合具體工法綜合確定。

本工程中樁基主筋混凝土保護層厚度的確定應(yīng)考慮以下因素:鋼護筒厚度、樁箍筋直徑、樁身混凝土中最大石子粒徑，見圖 1，且應(yīng)滿足式(1):

混凝土保護層厚度≥鋼護筒厚度 +樁箍筋直徑+最大石子粒徑的1.5倍～2倍 (1)

本工程鋼護筒厚度為 65mm，樁箍筋直徑為12 m，樁身混凝土中最大石子粒徑的 1.5倍～2倍取為 50mm，綜合取定本工程灌注樁主筋混凝土保護層厚度為 137mm。

5 樁基沉降監(jiān)測

在主體結(jié)構(gòu)施工期間，對本工程鋼管柱沉降進行監(jiān)測，監(jiān)測結(jié)果顯示從主體結(jié)構(gòu)開始施工到主體結(jié)構(gòu)封頂、基礎(chǔ)底板混凝土施工完畢，鋼管柱累計沉降最大值為8.70mm，表明本工程采用大直徑擴底灌注樁，結(jié)合樁端后注漿，能夠很好地提高樁基承載力，降低樁基沉降，滿足逆作法施工要求。

6 結(jié)語

1)采用HPE垂直插入鋼管柱工法，須結(jié)合工法實際情況，綜合確定樁基混凝土保護層厚度，并應(yīng)充分考慮施工誤差，確保鋼管柱能夠順利插入。

2)采用大直徑擴底灌注樁，結(jié)合樁端后注漿，可以減少樁底沉渣厚度，改善樁端和局部樁側(cè)土體承載性能，提高樁基承載力，降低樁基沉降。

[1] 楊鴻貴，白德容.黃土地區(qū)大直徑灌注樁的受力性能分析[J].巖土工程師，1992，4(4):16-25.

[2] 高廣運，蔣建平，顧寶和.兩種靜載試驗確定大直徑擴底樁豎向承載力[J].地下空間，2003，23(3):272-276.

[3] 劉 露，王貴珍，劉志永，等.逆作法在南平交通樞紐工程基坑支護中的應(yīng)用[J].重慶建筑，2010，9(9):45-48.

[4] 浙江鼎業(yè)基礎(chǔ)工程有限公司.HPE液壓垂直插入鋼管柱工程施工技術(shù)方案介紹[R].2010.

[5] JGJ 94-2008，建筑樁基技術(shù)規(guī)范[S].