預應力空心方樁集成立柱施工質(zhì)量控制

周 杰，蔣 峰，洪 鑫，顧文斌

（江蘇九如建設(shè)有限公司，江蘇 昆山 215300）

0 引言

傳統(tǒng)的深基坑內(nèi)支撐立柱通常是采用鉆孔灌注樁+鋼格構(gòu)柱的立柱形式，這種施工工藝目前來講比較落后，施工過程中會產(chǎn)生大量的泥漿污染，而且鉆孔灌注樁的垂直度也一直比較難以控制，施工質(zhì)量差，成本也相對較高，越來越難以滿足當前綠色建造和精益建造的發(fā)展理念。

筆者單位發(fā)明了一種預應力空心方樁+鋼格構(gòu)柱的集成立柱形式，通過將預應力空心方樁和鋼格構(gòu)柱進行裝配組合，有效克服了傳統(tǒng)做法的缺點，不僅減少了環(huán)境污染，而且提高了施工質(zhì)量。本文結(jié)合樾河小學項目深基坑內(nèi)支撐立柱的成功應用案例，對該種集成立柱的設(shè)計方案、施工流程以及施工質(zhì)量控制要點進行了簡要介紹，可供類似工程參考。

1 項目簡介

1.1 工程概況

樾河小學項目包括行政樓 A、教學樓（B-C-DE-F）、地下車庫（含人防）及室外配套工程，位于江蘇省昆山市開發(fā)區(qū)南浜路南側(cè)、樾河路西側(cè)。本工程按綠色三星等級標準設(shè)計，并獲得江蘇省綠色施工示范工程。

本工程總用地面積為 39 635.6 m2，總建筑面積 41 067.49 m2，其中地上建筑面積 32 094.1 m2，地下 9 088.69 m2，所有單體均采用框架結(jié)構(gòu)，地下 1 層，地上最高 5 層，最大建筑高度 23.6 m。項目整體效果圖如圖 1 所示。

圖1 項目整體效果圖

1.2 基坑概況

本工程地下一層地庫（含人防地庫）總建筑面積 9 088.69 m2，整體呈“Z”形，圍護面積約 9 200 m2，東西向最長處約 100 m，南北長約 180 m，圍護周長約 740 m。普通地庫挖深 4.9 m，南側(cè)人防地庫挖深 5.4 m。

基坑環(huán)境相對復雜。南側(cè)離紅線距離約 10.7 m，離紅線外的高層居民樓約 26.0 m，居民樓基礎(chǔ)形式為樁基礎(chǔ)，紅線外埋設(shè)有路燈等管線；北側(cè)離紅線距離約 10.7 m，離紅線外的市政道路約 16.7 m，紅線外埋設(shè)有污水管、天然氣管、雨水管等管線。

因此基坑圍護設(shè)計單位對南側(cè) A 區(qū)和北側(cè) F 區(qū)兩塊區(qū)域基坑均采用 SMW 工法樁+混凝土支撐的圍護方案，共設(shè)計了 37 根內(nèi)支撐立柱（A 區(qū) 8 根，F(xiàn) 區(qū) 29 根），基坑平面布置圖如圖 2 所示。

2.1 預應力方樁基礎(chǔ)

由于本工程主體結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)采用預應力空心方樁，為了便于施工，下部方樁基礎(chǔ)采用同型號方樁 HKFZ-AB 500（310），以避免樁機打樁過程中換夾具，節(jié)省時間。

根據(jù)基坑圍護設(shè)計單位所提供的鉆孔灌注樁截面以及長度，根據(jù)文獻［1］的計算公式和地勘報告提供的土層參數(shù)進行等效承載力換算，經(jīng)計算樁長取 22 m。

2.2 中部方樁插芯

中部方樁插芯用于連接下部預應力空心方樁基礎(chǔ)和上部鋼格構(gòu)柱，其設(shè)計尤為重要。

根據(jù)計算，插芯采用 4 根長度 2.5 m的 L 型80 mm×10 mm 角鋼，綴板尺寸為 170 mm×100 mm×10 mm，間距 600 mm，底部為焊接直徑 290 mm、厚度 3 mm 的圓形托板（鋼材型號 Q235）。

2.3 上部鋼格構(gòu)柱

上部鋼格構(gòu)柱仍選用基坑圍護設(shè)計單位所提供的原設(shè)計方案，主要由 4 根長度 3.5 m 的 L 型 125 mm×12 mm 角鋼組成，綴板尺寸為 420 mm×300 mm×10 mm，間距 600 mm，鋼材型號 Q345。

2 集成立柱設(shè)計方案

在編制施工方案時將基坑圍護設(shè)計單位設(shè)計的鉆孔灌注樁+鋼格構(gòu)柱的立柱形式改為預應力空心方樁+鋼格構(gòu)柱的集成立柱形式，并一次性通過專家論證。集成立柱體系主要由下部預應力方樁基礎(chǔ)、中部方樁插芯、上部鋼格構(gòu)柱以及連接節(jié)點四部分組成，各部分簡述如下。

圖2 基坑平面布置圖（單位：m）

2.4 連接節(jié)點設(shè)計

插芯上端焊接厚度為 20 mm 的連接端板（鋼材型號為 Q235），在該連接端板的下邊緣設(shè)置與方樁端板一致的坡口，并與之采用角焊縫連接；上部鋼格構(gòu)柱再與連接端板進行焊接，并通過設(shè)置三角形加勁板加強連接節(jié)點的可靠性。

3 施工工藝流程概述

3.1 第一階段工藝流程

第一階段工藝流程與傳統(tǒng)做法不同，主要施工工藝流程如下。

空心方樁采購→上部鋼格構(gòu)柱制作→中部方樁插芯制作→立柱測量放線定位→壓樁→中部方樁插芯吊裝→連接端板與方樁端板焊接→端板上部設(shè)置塑料薄膜保護層→中部方樁插芯灌漿并振搗密實→去除塑料保護層→清理連接端板→上部鋼格構(gòu)柱定位→鋼格構(gòu)柱與連接端板焊接（含內(nèi)部加勁板）→補澆混凝土至第一道綴板頂面→送至設(shè)計標高。

3.2 第二階段工藝流程

第二階段工藝流程與傳統(tǒng)的鉆孔灌注樁+鋼格構(gòu)柱施工工藝相同，即根據(jù)基坑設(shè)計要求進行基坑開挖、施工支撐直至開挖至基坑底面→墊層施工→鋼格構(gòu)柱穿越底板部位進行止水鋼板焊接→底板施工→按照設(shè)計要求換撐、拆撐→拆除上部鋼格構(gòu)柱。

4 施工質(zhì)量控制要點

由于集成立柱需要提前制作，為防止由于前面的疏忽導致后續(xù)施工大面積返工，本工程根據(jù)方案先行、樣板引路的理念進行管控，通過大量前期充分準備工作對施工方案進行調(diào)整、確認，并梳理出各項施工質(zhì)量控制要點，從而真正做到事前控制。各控制要點分述如下。

4.1 方案可行性確認

4.1.1 基礎(chǔ)截面

基礎(chǔ)截面主要包括預應力空心方樁邊長（B）和孔徑（D），其邊長需與上部鋼格構(gòu)柱方形截面邊長（b）匹配，即 B>b；同時應確保上部鋼格構(gòu)柱的 4 根角鋼（壁厚 d）均位于預應力空心方樁截面上，即 b/2-d>D/2。

本工程 B 為 500 mm，D 為 310 mm，b 為 440 mm，d 為 12 mm，滿足要求，截面對比如圖 3 所示。

圖3 基礎(chǔ)截面對比圖（單位：mm）

4.1.2 插芯截面

由于方樁生產(chǎn)工藝問題，在混凝土離心過程中孔洞內(nèi)壁會遺留部分凹凸不平的浮漿，經(jīng)統(tǒng)計，厚度大約在 20 mm 左右。

為保證插芯能夠順利插入下部空心方樁內(nèi)，插芯鋼格構(gòu)柱的截面邊長（b0）應滿足b0≤（D-2×20）/1.414=190；同時為保證灌漿質(zhì)量，混凝土應相應能夠穿過 L 型鋼之間的空隙（取 30 mm），則單根 L 型角鋼邊長不宜大于（b0-30）/2=80 mm，截面對比如圖 4 所示。

圖4 插芯截面對比圖（單位：mm）

4.1.3 連接節(jié)點

在鋼格構(gòu)柱端部設(shè)置的三角形加勁板尺寸高度為鋼格構(gòu)柱的綴板高度，即300mm；角部的加勁板邊長應滿足［（b×1.414-120）/2-2×d-45］，即取為 180 mm；中部的加勁板邊長可取［（b-240-10）/2-20］，即取為 75 mm，平面圖和剖面圖分別如圖 5～ 6 所示。

圖5 連接節(jié)點平面圖（單位：mm）

圖6 連接節(jié)點剖面圖

4.2 節(jié)點焊接交底

4.2.1 三維建模

鋼格構(gòu)柱與連接端板節(jié)點比較復雜，為控制焊接質(zhì)量，提前采用 BIM 技術(shù)進行三維建模。為防止信息傳遞有誤，到項目部組織相關(guān)人員統(tǒng)一進行技術(shù)交底，讓電焊工事先直觀了解節(jié)點相關(guān)要求，增強感性認識，確保焊接質(zhì)量，三維節(jié)點詳圖如圖 7 所示。

圖7 三維節(jié)點詳圖

4.2.2 焊接要求

焊接時要求質(zhì)檢員專門按方案要求測量控制截面、垂直度、綴板間距，各節(jié)點焊縫的施工應滿足參考文獻［2］的要求，焊縫等級不低于二級。

4.3 樁基定位

下部空心方樁基礎(chǔ)的定位應按照基坑設(shè)計方案要求進行，測量放線定位誤差應符合參考文獻［1］的方樁樁位偏差的要求。

為便于支撐施工時的鋼筋排布，上部鋼格構(gòu)柱的邊長方向應與混凝土內(nèi)支撐方向保持平行，因此打樁時應重點注意控制方樁的邊長方向，定位要準確。

4.4 插芯灌漿

按照要求對方樁進行抱壓施工。在抱壓施工過程中應注意保持方樁的垂直度，待最后一節(jié)方樁的樁頂比自然地面高 1.2 m 左右時立即停止靜壓施工。隨后開始清理方樁端板，插入中部插芯，并將中部插芯的連接端板與下部方樁端板進行焊接。

待各節(jié)點焊接完成后，在中部插芯的連接端板頂面鋪設(shè)一層塑料薄膜保護層，在插芯范圍澆灌 C40 微膨脹混凝土，注意振搗密實，直至透氣孔處泛出混凝土漿液，去除連接端板的塑料保護層。

4.5 節(jié)點加固

吊裝上部鋼格構(gòu)柱，注意調(diào)整其截面方向，將上部鋼格構(gòu)柱與連接端板進行焊接，并焊接內(nèi)側(cè)的加勁板，然后補澆混凝土至鋼格構(gòu)柱下部第一道綴板的頂面。

澆灌插芯混凝土以及補澆連接端板上部的混凝土時，內(nèi)部操作空間很小，混凝土澆筑比較困難，只能用小灰桶一桶一桶倒，耗時耗人工，應注意澆筑質(zhì)量。

4.6 頂壓送樁

繼續(xù)利用靜壓樁機送樁，對于鋼格構(gòu)柱樁頂標高低于自然地面的，采用送樁器進行送樁，直至鋼格構(gòu)柱柱頂標高達到設(shè)計標高，注意應壓至不影響止水鋼板和底板鋼筋施工的深度。

本工程采用頂壓法送樁，壓至設(shè)計標高處時，壓樁機的上夾具剛好勉強夠到送樁器的底部。如果上部鋼格構(gòu)柱超過一定長度，壓樁機行程不夠，就無法用該方法送樁，需要另做抱壓平臺，相對比較復雜。

5 工程應用實際效果

經(jīng)與傳統(tǒng)的鉆孔灌注樁+鋼格構(gòu)柱立柱形式對比分析，單根立柱節(jié)約成本近 8 000 元、節(jié)約工期約 2.5 h，共節(jié)約成本近 30 萬元、節(jié)約工期約 12 d，大大提升了施工效率，安全可控，施工質(zhì)量得以大幅提升，獲得了業(yè)主及監(jiān)理單位的一致好評?，F(xiàn)場施工過程如圖 8 所示，現(xiàn)場應用效果如圖 9 所示。

圖8 現(xiàn)場施工過程圖

圖9 現(xiàn)場應用效果圖

6 結(jié)語

該集成立柱通過將空心方樁和鋼格構(gòu)柱裝配組合，充分發(fā)揮兩者優(yōu)勢。本技術(shù)適用于一道或多道內(nèi)支撐支護的深基坑立柱，以及位于基坑內(nèi)需要采用組合式基礎(chǔ)的塔吊立柱。預應力空心方樁和鋼格構(gòu)柱均可先在工廠內(nèi)提前加工制作，將二者運至工地現(xiàn)場后再進行裝配組合，施工效率高，工序可以前置，工期大大縮短。但是現(xiàn)場尚需對節(jié)點部位進行濕作業(yè)處理，只有去除所有的濕作業(yè)，同時盡量減少現(xiàn)場的焊接，這樣才能真正做到簡捷高效。該技術(shù)不僅提高了深基坑內(nèi)支撐立柱的垂直度施工控制質(zhì)量，而且有效減少了傳統(tǒng)鉆孔灌注樁+鋼格構(gòu)柱施工方法帶來的泥漿對周邊環(huán)境的污染，加之采用靜壓法施工，噪音能夠得以有效控制，屬于環(huán)境友好型的一項綠色施工技術(shù)，經(jīng)濟效益也相對比較高，值得在今后的項目中進一步推廣應用。