深基坑支護(hù)及樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)實(shí)例分析

一、工程概況

某工程地上部分為15層，地下室部分為2層，總建筑面積約30000m2，為現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架-剪力墻結(jié)構(gòu)。本工程基坑占地面積約6360m2，基坑挖深為9.0m，有承臺部分基坑挖深為9.5m。屬二級基坑工程。

二、工程地質(zhì)

根據(jù)工程地質(zhì)勘察報(bào)告，場地土層及工程地質(zhì)主要性能指標(biāo)見表1。

三、基坑圍護(hù)方案的選擇

基坑工程大多屬于臨時性結(jié)構(gòu)，在建筑出地面后，即廢棄。因而設(shè)計(jì)的出發(fā)點(diǎn)是本著安全第一的原則，結(jié)合造價(jià)、施工、工期等因素綜合考慮。本基坑周邊環(huán)境比較復(fù)雜，尤其是南側(cè)存在大量需要保的陳舊民宅，東側(cè)虹漕路上還有需要保護(hù)的市政管線。按以往經(jīng)驗(yàn)本設(shè)計(jì)決定采用鉆孔灌注樁的圍護(hù)形式。鉆孔灌注樁的施工工藝較成熟，作為圍護(hù)樁，其適用的開挖深度也比較廣，其圍護(hù)剛度略低于地下連續(xù)墻，強(qiáng)于SMW工法，但其造價(jià)要比地下連續(xù)墻低很多針對本基坑的實(shí)際情況，工期較長，其造價(jià)可能較SMW工法也有一定的優(yōu)勢。由于場地比較大，在鉆孔灌注樁施工過程中的泥漿，可以充分利用場地優(yōu)勢，循環(huán)利用，以減少污染。由于基坑周邊環(huán)境比較復(fù)雜，市政管線保護(hù)要求高，基坑面積比較大，因而該基坑支撐考慮采用二道混凝土支撐的形式，一方面混凝土支撐整體剛度較大，能較好的控制基坑的變形，另一方面，混凝土支撐比鋼支撐布置靈活，也比較符合本基坑的體形特點(diǎn)?？紤]到本基坑的面積很大，為方便挖土，支撐設(shè)計(jì)考慮采用“十字對撐、角撐結(jié)合邊桁架”的形式，這樣會在很大程度上提高挖土效率。另外，場地第③層為灰色淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土，砂性較重，而基坑的開挖深度剛好穿越此范圍，需要采用較好的止水帷幕和降水措施。若處理不好，基坑開挖時極可能產(chǎn)生坍方、流砂等不良地質(zhì)現(xiàn)象。設(shè)計(jì)考慮在鉆孔灌注樁外側(cè)用φ850@600的三軸水泥攪拌樁作為止水帷幕。與雙軸水泥土攪拌樁相比，三軸水泥土攪拌樁搭接比較飽滿，質(zhì)量容易保證，尤其在基坑比較深、砂性土較重的地方，這個優(yōu)點(diǎn)就更加突出。

四、樁基礎(chǔ)及立柱樁的選擇

根據(jù)勘察單位提供的本工程地質(zhì)勘察報(bào)告，結(jié)合場地工程地質(zhì)條件、周邊環(huán)境以及工期等因素，并根據(jù)目前某地區(qū)樁基的施工手段，本工程的優(yōu)先方案一般采用無擠土、低噪音的鉆孔灌注樁，形成樁-筏板基礎(chǔ)，樁基的安全等級為二級。

表1 場地土層及工程地質(zhì)主要性能指標(biāo)

圖1 基坑剖面示意圖

圖2 支撐平面布置圖

鉆孔灌注樁的主要特點(diǎn)是不會產(chǎn)生明顯的擠土效應(yīng)，對周圍的建筑影響比較小，適合在市中心等建筑密集地區(qū)施工，缺點(diǎn)是施工現(xiàn)場會產(chǎn)生大量的泥漿、施工速度慢，成本比較高。預(yù)應(yīng)力管樁比鉆孔灌注樁經(jīng)濟(jì)性較好，在廣東地區(qū)也得到了廣泛的應(yīng)用，它不但施工速度快、而且施工過程不會產(chǎn)生泥漿，但預(yù)應(yīng)力管樁也有一個比較大的缺點(diǎn)，就是在施工過程中擠土效應(yīng)明顯，會對周邊建筑及環(huán)境產(chǎn)生一定的影響，對密集、陳舊民房有一定風(fēng)險(xiǎn)。

本著既安全又經(jīng)濟(jì)的設(shè)計(jì)原則，通過對目前某市先進(jìn)的樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)及施工方法的反復(fù)論證，并且經(jīng)過大量的計(jì)算，我們認(rèn)為如果采取必要的措施，本工程采用預(yù)應(yīng)力管樁還是可行的。經(jīng)與勘察單位共同商定，在設(shè)計(jì)階段對樁基承載力、施工順序等進(jìn)行了調(diào)整和規(guī)定。

基坑圍護(hù)的支撐立柱傳統(tǒng)做法一般是采用鉆孔灌注樁作為立柱樁，將延性較好的格構(gòu)式鋼柱插入其中，但由于本項(xiàng)目是采用預(yù)應(yīng)力管樁作為工程樁，為了加快施工進(jìn)度，并從節(jié)約工程造價(jià)的角度考慮，本工程也決定采用 600的預(yù)應(yīng)力管樁填芯來作為圍護(hù)結(jié)構(gòu)的支撐立柱，這種做法在某地區(qū)極其少見，屬于創(chuàng)新做法。為了使管樁做立柱時具有足夠的完整度和較好的剛度和延性，需保證填芯混凝土有一定的入土深度，本工程填芯混凝土入土深度為8.0m，填芯總高度為18.0m，同時，為了避免管樁接頭處產(chǎn)生薄弱環(huán)節(jié)，第一節(jié)樁也應(yīng)保證一定的入土深度，本工程用于支撐立柱的管樁第一節(jié)為15m，開挖后的入土深度約為6.0m。同時由于采用二道支撐，其第二道支撐與立柱管樁的連接尚無參考工程可以借鑒，設(shè)計(jì)中經(jīng)反復(fù)討論，采用了吊支撐的方法，傳力明確、施工方便，取得了較好效果。采用預(yù)應(yīng)力管樁作為工程樁及支撐立柱，對于本工程在設(shè)計(jì)及施工中遇到的問題主要有：

(1)本工程位于市中心，離周圍的建筑及主要道路比較近，預(yù)應(yīng)力管樁在沉樁過程中產(chǎn)生的擠土效應(yīng)，可能會使周圍的建筑、道路及附近的市政管道開裂；

(2)預(yù)應(yīng)力管樁作為抗拔樁的強(qiáng)度保障問題；

(3)立柱管樁與混凝土第二道支撐的連接問題；

(4)立柱管樁與底板連接的防水問題。

針對上述問題，設(shè)計(jì)采取了相應(yīng)的應(yīng)對措施：

(1)本項(xiàng)目工程樁采用 500的預(yù)應(yīng)力管樁,當(dāng)樁身穿過②、③、④、⑤1層土?xí)r，沉樁一般無較大困難，當(dāng)進(jìn)入第⑤2-1層砂質(zhì)粉土層時，沉樁動阻力會逐漸增加，尤其是樁端進(jìn)入持力層后，沉樁阻力會明顯增大。施工應(yīng)制定出合理的沉樁流程并適當(dāng)?shù)目刂瞥翗端俣?，而且沉樁順序?yīng)背離被保護(hù)對象方向進(jìn)行，壓樁初期的速度應(yīng)控制在6-8根/天，同時在沉樁過程中應(yīng)根據(jù)監(jiān)測結(jié)果適當(dāng)調(diào)整沉樁速度，原則上每天沉樁數(shù)量不得超過10根。當(dāng)被保護(hù)對象位移累計(jì)超過10mm或每天增量超過2mm時，采用跳壓（間隔距離應(yīng)大于20m）或停壓等辦法調(diào)節(jié)和控制土體的位移量。同時設(shè)計(jì)中要求采用先施工圍護(hù)樁，再施工工程樁的順序，雖然對工程樁沉樁有一定難度，但對本工程而言，將減小擠土效應(yīng)、對周邊建筑、管線的影響，同時也容易保證圍護(hù)樁質(zhì)量。

(2)預(yù)應(yīng)力管樁的抗拔樁承載力主要取決于抗拔樁的極限承載力、樁身抗拔強(qiáng)度、填芯混凝土與管樁的粘結(jié)強(qiáng)度及接樁處的焊縫強(qiáng)度等。抗拔樁的極限承載力與樁身抗拔強(qiáng)度按有關(guān)資料均比較容易計(jì)算出來，而填芯混凝土與管樁的粘結(jié)強(qiáng)度目前還沒有明確規(guī)定，一般取0.4ft。按此經(jīng)計(jì)算得混凝土的灌芯高度至少為2.0m，為了有足夠的安全儲備，本工程抗拔樁的填芯高度設(shè)計(jì)為4.0m。另外管樁的焊接接頭在沉樁過程中容易開裂，所以除了對焊縫的強(qiáng)度需要驗(yàn)算外，還應(yīng)保證焊縫的質(zhì)量，以及沉樁時間的控制。

(3)對于立柱管樁與混凝土第二道支撐的連接問題，因無參考工程借鑒，設(shè)計(jì)中通過大量的研究及計(jì)算，很好的解決了這方面的問題，以下是立柱管樁與支撐的連接節(jié)點(diǎn)。

圖3 管樁與支撐的連接

從圖3可以看出，第二道支撐是靠四根角鋼吊在第一道支撐與管樁連接節(jié)點(diǎn)上的，管樁與一、二道支撐之間均有四根槽鋼伸入到支撐混凝土中，從而保證了管樁與立柱連接的可靠性。

(4)立柱管樁拆除后，下截管樁兼做工程樁時，還要解決管樁與底板的連接問題，在止水的處理方面，以下是立柱與底板的連接節(jié)點(diǎn)。

圖4 管樁與底板的止水處理

從圖4可以看出，為保證止水效果，工程采用兩道止水措施，首先在底板下側(cè)采用圓形止水措施，其與管樁之間的空隙采用環(huán)氧樹脂填充。然后在其上又增

加一道方形止水裝置，待立柱管樁截除后采用鋼板將其內(nèi)部滿焊封閉。

四、經(jīng)濟(jì)性比較

經(jīng)綜合分析，本工程采用預(yù)應(yīng)力管樁作為承壓樁、抗拔樁和立柱樁，比鉆孔灌注樁約約50%工程造價(jià)。

五、工程施工情況

本工程現(xiàn)已交付使用，在圍護(hù)樁與工程樁施工的過程中，周邊地表沉降速率較小，垂直位移變化不大，在基坑開挖施工期間，周邊地表隆沉變化逐漸發(fā)展，隨著開挖深度的增加，垂直位移速率也逐漸增加；至土方開挖到設(shè)計(jì)坑底標(biāo)高后，隨著基坑大底板澆筑完成，垂直位移速率逐漸趨于穩(wěn)定狀態(tài)。

六、結(jié)論

(1)在某中心區(qū)域，帶兩層地下室的高層建筑采用預(yù)應(yīng)力管樁還不常見，經(jīng)大量研究及計(jì)算，通過合理的施工順序，并采取相應(yīng)的措施，預(yù)應(yīng)力管樁完全可以作為工程樁使用；

(2)本工程采用預(yù)應(yīng)力管樁作為工程樁，比采用鉆孔灌注樁約節(jié)約50%工程造價(jià)。

(3)目前采用預(yù)應(yīng)力管樁作為支撐立柱的情況還比較少見，尤其是應(yīng)用在有兩道混凝土支撐的圍護(hù)結(jié)構(gòu)上，從現(xiàn)場的施工實(shí)踐看，我們的這種做法已經(jīng)得到實(shí)際工程的考驗(yàn)。