深圳某深基坑咬合樁新工法及變形分析

胡龍飛 李糧綱 鐘杰

(中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢)工程學(xué)院，湖北武漢430074)

0 引言

咬合樁因其樁身相互咬合的結(jié)構(gòu)，有效地解決了傳統(tǒng)樁基施工中由于樁身相切所引起的防水性能差的弊病。咬合樁主要區(qū)別于傳統(tǒng)樁基施工的地方是：咬合樁分為鋼筋混凝土樁和素混凝土樁，施工時(shí)先完成素混凝土樁的成樁，在素混凝土樁還未達(dá)到初凝前，對(duì)兩素混凝土樁間的鋼筋混凝土樁進(jìn)行成孔、吊放鋼筋籠、澆灌等工序[1]。咬合樁施工時(shí)其成樁順序?yàn)?1→3→5→2→4→7→9→6→8→11→13…，(見(jiàn)圖1)。

深圳市紫元元大廈項(xiàng)目和皇庭國(guó)際公館項(xiàng)目深基坑工程都采用咬合樁作為基坑支護(hù)及止水結(jié)構(gòu)。結(jié)合這兩項(xiàng)具體工程，對(duì)咬合樁的成樁工藝進(jìn)行改進(jìn)，并對(duì)新工藝的優(yōu)勢(shì)作了詳細(xì)的評(píng)述；對(duì)咬合樁的受力變形進(jìn)行分析和研究，總結(jié)出咬合樁成樁后圍護(hù)結(jié)構(gòu)的變形規(guī)律；其次，對(duì)咬合樁成樁過(guò)程中所遇到的問(wèn)題提出了解決方案，以期為類似工程提供參考和借鑒。

1 工程概況

建筑高度為199.80 m，基坑深約16.85 m～23.80 m，底周長(zhǎng)約279.7 m，面積約4 421.7 m2?；娱_(kāi)挖深度約16.85 m～23.80 m，支護(hù)采用咬合樁+內(nèi)支撐體系，咬合樁采用素混凝土樁與鋼筋混凝土樁間隔并搭接布置，相鄰樁搭接不少于250 mm。素混凝土樁直徑1 000 mm,鋼筋混凝土樁直徑1 000 mm,1 500 mm。支護(hù)樁樁頂設(shè)置1 000 mm×800 mm,1 500 mm×1 000 mm的冠梁，冠梁頂標(biāo)高+5.500 m(絕對(duì)標(biāo)高)。采用四道鋼筋混凝土支撐的形式，第一、二、三、四道支撐與支護(hù)樁之間通過(guò)圍檁連接。

2 咬合樁新工法

傳統(tǒng)施工過(guò)程中，鋼筋混凝土樁必須在素混凝土樁初凝前切割兩相鄰素混凝土樁的部分樁身來(lái)達(dá)到咬合的目的，為了減少因切割損失的混凝土量，在保證樁身咬合緊密不影響樁體防水及工程性質(zhì)的條件下，結(jié)合實(shí)際工程案例，對(duì)傳統(tǒng)工藝流程進(jìn)行改進(jìn)，以達(dá)到節(jié)約工程成本的目的。

2.1 新工藝施工流程

在地質(zhì)條件良好的地層中，利用穩(wěn)定的成孔優(yōu)勢(shì)，在成孔后下入異形套管，使素混凝土樁澆筑后成被鋼筋混凝土樁切割后的體形，依靠超緩凝混凝土的流動(dòng)性，使素混凝土樁在鋼筋混凝土樁后續(xù)澆筑后形成緊密咬合。異形套管圖示及施工順序見(jiàn)圖2。

由圖2可見(jiàn)，異形套管的橫截面為被圓切割部分的形狀。施工前，根據(jù)素混凝土樁、鋼筋混凝土樁直徑和咬合量制作異形套管。施工過(guò)程中，第一根素混凝土樁成孔后，不下入套管，直接進(jìn)行澆灌成樁。從第二根素混凝土樁開(kāi)始，素混凝土樁成孔后下入異形套管，以維持孔壁穩(wěn)定。施工鋼筋混凝土樁時(shí)，若采用搓管機(jī)施工，則須在左側(cè)素混凝土樁初凝前施工；若采用旋挖等方法施工，則須待左側(cè)素混凝土樁初凝后終凝前進(jìn)行施工。鋼筋混凝土樁成孔后，清除右側(cè)素混凝土樁及鋼筋混凝土樁孔內(nèi)沉渣，下放鋼筋籠，進(jìn)行二次清孔后，先澆筑素混凝土樁，素混凝土樁澆筑完成后澆筑鋼筋混凝土樁，并逐漸提升素混凝土樁孔內(nèi)異形套管。施工過(guò)程中，為避免澆灌等過(guò)程對(duì)套管的擾動(dòng)，應(yīng)嚴(yán)格控制成孔過(guò)程中鉆桿的垂直度。

2.2 混凝土節(jié)省量計(jì)算

為確保施工過(guò)程中成孔的穩(wěn)定性及施工的連續(xù)性，異形套管的使用只能為每根素混凝土樁節(jié)省1/2的被切割量?；炷凉?jié)省量計(jì)算如下。

設(shè)圖3中素混凝土樁咬合面的扇形面積為S1，三角形面積為S3，鋼筋混凝土樁咬合面的扇形面積為S2，三角形面積為S4。則單側(cè)的咬合體積計(jì)算如下：

V咬=(S1+S2-S3-S4)×H

(1)

設(shè)素混凝土樁切割部分切割距離為X1，則：

(2)

S1,S2,S3+S4分別為：

(3)

(4)

設(shè)三角形三邊a,b,c之和的1/2為P，則：

(5)

其中，素混凝土樁與鋼筋混凝土樁的直徑分別為D素=1.0 m，D鋼筋=1.5 m。樁心距L=0.95 m(咬合量d=30 cm)，場(chǎng)地平均樁長(zhǎng)為20 m。求得：

S1=0.225 1 m2；S2=0.309 1 m2；

S3+S4=0.372 3 m2。

故經(jīng)計(jì)算得每根鋼筋混凝土樁切掉的混凝土量(即每根素混凝土樁損失的混凝土量)為3.23 m3，每根素混凝土樁省下混凝土的切割量，按照每立方米混凝土的價(jià)格計(jì)算，平均每根素混凝土樁可節(jié)省千元左右的成本。

3 咬合樁圍護(hù)結(jié)構(gòu)實(shí)測(cè)變形分析

為了總結(jié)出咬合樁成樁后樁體的變形規(guī)律，對(duì)不同方位的咬合樁樁體變形大小以及同一樁體不同深度的樁身水平位移進(jìn)行對(duì)比分析，同時(shí)對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工過(guò)程中地表的沉降量進(jìn)行監(jiān)測(cè)分析，以檢驗(yàn)咬合樁施工效果，確保工程安全、降低工程負(fù)面影響[2]。

3.1 圍護(hù)樁水平位移監(jiān)測(cè)結(jié)果分析

為確保選取樁體的變形特征具有代表性，同時(shí)在基坑的坑角段與坑邊中段選取多組樁身變形數(shù)據(jù)，取具有代表性的樁體CX8與CX14，繪制樁體水平變形隨深度的變化曲線，如圖4，圖5所示。

由圖4，圖5可知：樁頂和樁底的水平位移量一直很小，由此可見(jiàn)開(kāi)挖前的首道支撐對(duì)樁頂?shù)乃轿灰破鸬搅撕芎玫募s束作用，保障了開(kāi)挖過(guò)程的安全可靠；樁體的水平位移量隨深度的增大而增大到基坑中部深度處達(dá)到最大值，隨后又隨深度的增加而逐漸減??；樁體呈現(xiàn)出兩端變形小、中間變形大，增長(zhǎng)速率基本保持一致的特點(diǎn)，符合常見(jiàn)采用多道支撐圍護(hù)結(jié)構(gòu)的變形規(guī)律[3]。

3.2 地表沉降監(jiān)測(cè)結(jié)果分析

基坑西面緊臨愛(ài)地大廈(150多米高層)，南側(cè)緊臨蘭亭居小區(qū)，因此需對(duì)地面沉降進(jìn)行監(jiān)測(cè)，以保證周邊建構(gòu)筑物安全。選擇多組具有代表性的測(cè)點(diǎn)，比較分析沉降量的變化規(guī)律，繪制表沉降隨距離變化曲線，如圖6，圖7所示[4]。

從圖6可以看出：隨開(kāi)挖深度的增加，沉降量顯著增大，架設(shè)支撐后可使沉降量有效的控制在較小的范圍內(nèi)小幅度增大，且沉降量隨距離基坑的距離增大而增大到一定距離后又隨著距離的繼續(xù)增大而減小，在距離基坑10 m～20 m的地方沉降量最大，呈現(xiàn)出拋物線的變形特征；如圖7所示南側(cè)沉降規(guī)律與基坑西側(cè)不同，南側(cè)的地表沉降量隨著與基坑距離的增大而減小，但相同距離的地方總體隨著開(kāi)挖深度的增大而增大，沉降曲線近似呈三角形的特點(diǎn)。其沉降規(guī)律與Clough[5]認(rèn)為的沉降量的大小決定沉降曲線的表現(xiàn)形式相同：沉降量小的時(shí)候?yàn)閽佄锞€形，沉降量大的時(shí)候?yàn)槿切问且恢隆?/p>

4 咬合樁施工過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題

施工過(guò)程中所遇到的主要問(wèn)題為“浮籠”。浮籠是指在澆灌過(guò)程中，鋼筋籠隨混凝土面的抬升一起升高的現(xiàn)象。

第一種情況分析：因混凝土具有黏性，當(dāng)混凝土與鋼筋的黏阻力大于鋼筋籠的自重時(shí)，鋼筋籠就會(huì)隨混凝土面的升高而上升，也就是我們說(shuō)的浮籠?；炷恋酿ぷ枇Υ?，也就是黏性大，坍落度必然小。從現(xiàn)象上看，因坍落度造成的浮籠，鋼筋籠是隨澆灌過(guò)程慢慢上升。

第二種情況分析：護(hù)管是灌注樁外面的保護(hù)管，如果鋼筋籠直徑過(guò)大，或混凝土石子直徑大于鋼筋籠與護(hù)管間隙，護(hù)管提升時(shí)，石子卡在鋼筋籠與護(hù)管間，鋼筋籠會(huì)隨護(hù)管一起上升。當(dāng)鋼筋籠在吊裝過(guò)程中，如果變形較大，被卡住的幾率也會(huì)變大。護(hù)管有毛刺，破損，掛住鋼筋籠的幾率也會(huì)大。導(dǎo)管接頭有直角或銳刺，在提升導(dǎo)管時(shí)，也可能把鋼筋籠掛起。

5 結(jié)論

通過(guò)以上敘述分析，可得出如下結(jié)論：

1)咬合樁防水的薄弱環(huán)節(jié)是咬合面，改進(jìn)后的咬合樁施工工藝，不僅能節(jié)約混凝土量，還能使鋼筋混凝土樁與右側(cè)素混凝土樁的咬合更加緊密，加強(qiáng)咬合面的強(qiáng)度，增大了防水性能。

2)咬合樁圍護(hù)樁體的變形規(guī)律為：同一樁體表現(xiàn)為兩端變形小、中間變形大，水平位移量在基坑深度中段達(dá)到最大，位移增長(zhǎng)速率在支撐處急劇減小。

3)澆筑素混凝土樁時(shí)應(yīng)選擇坍落度盡量小的混凝土，以避免在鋼筋混凝土樁成孔時(shí)由于過(guò)大的流動(dòng)性導(dǎo)致管涌；澆筑鋼筋混凝土樁時(shí)應(yīng)選擇盡可能大的混凝土坍落度，以確?；炷恋牧鲃?dòng)性，降低黏阻力，防止鋼筋籠浮籠的發(fā)生。