深厚軟土地區(qū)連鎖樁的設(shè)計(jì)探討

文／姚煌 浙江華展工程研究設(shè)計(jì)院有限公司 浙江 寧波 315012

引言：

隨著城市用地面積日趨緊張，兩層及以上地下室如雨后春筍般日益增多，地下室面積也日漸增大。寧波地區(qū)常規(guī)兩層地下室支護(hù)樁多采用鉆孔灌注樁，但由于泥漿排放問題一直得不到很好解決，亟需一種無(wú)泥漿排放且適用于兩層以上地下室基坑支護(hù)的替代樁型，這對(duì)設(shè)計(jì)人員提出了更高的要求?；又ёo(hù)主設(shè)計(jì)需不斷探索，提出滿足需求的支護(hù)樁型。

連鎖樁外輪廓為方形，左右兩側(cè)各帶兩半橢圓形凹槽的預(yù)應(yīng)力混凝土離心樁，是采用離心工藝成型的先張法預(yù)應(yīng)力混凝土空心預(yù)制構(gòu)件，成品見圖1。本文通過對(duì)某軟土地區(qū)某兩層地下室深基坑的支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，為大家介紹連鎖樁在寧波地區(qū)的首次應(yīng)用。

圖1 連鎖樁成品

1、工程概況

擬建場(chǎng)地位于寧波東部新城科技園區(qū)，匯海路與光華交叉口西南側(cè)，場(chǎng)地衛(wèi)星圖見圖2。

圖2 本工程衛(wèi)星圖

地下室基坑面積為7000m2；正負(fù)零標(biāo)高為絕對(duì)標(biāo)高3.700?；由疃葹?.8～9.5m。

基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)形式的選取必須綜合考慮地下室特點(diǎn)、周邊環(huán)境和地質(zhì)條件等因素，才能得到既安全可靠、經(jīng)濟(jì)合理，又施工方便的基坑支護(hù)方案[1][2]。

1.1 周邊環(huán)境特點(diǎn)

東、南、西、北四側(cè)的環(huán)境情況如下：

地下室東側(cè)到用地紅線約5.0m，紅線外為匯海路，目前正在施工，在地下室開挖期間已經(jīng)修建完成，完成后的路寬約16m，路面標(biāo)高約為黃海高程3.300。

地下室南側(cè)到用地紅線約5.0m，紅線外為空?qǐng)龅?。目前空地范圍?nèi)存在一定的堆土，經(jīng)與業(yè)主溝通，堆土將在地下室開挖之前卸至黃海高程3.000。

地下室西側(cè)到用地紅線約2.0m，紅線外為空?qǐng)龅?/p>

地下室北側(cè)到用地紅線約3.8m，紅線外側(cè)為同期施工的東升二期工程，東升二期工程下設(shè)兩層地下室，與本工程地下室相距10.5m，開挖深度與本工程相仿，工程樁為鉆孔樁，基坑支護(hù)采用鉆孔樁+一道支撐。目前東升二期場(chǎng)地范圍內(nèi)已卸土至黃海高程1.500，見圖1-5。經(jīng)與業(yè)主溝通，按照東升地塊與本工程同步施工考慮，兩個(gè)地塊的相互關(guān)系見圖3。

圖3 本工程與北側(cè)東升地塊相互關(guān)系

1.2 工程地質(zhì)特點(diǎn)

土層分布詳見圖4，參數(shù)表見表1，主要特點(diǎn)如下：

圖4 地質(zhì)剖面

表1 工程地質(zhì)參數(shù)表

（1）軟土總厚度為20m 左右，土性差，坑底在軟土中。

（2）3 層粉土土性好，層頂埋深21m，層厚3m，圍護(hù)樁設(shè)計(jì)進(jìn)入該層土。

（3）場(chǎng)地內(nèi)第①-1 層雜填土分布較厚地區(qū)有老河道，老河道最深處達(dá)3.3 米，回填的雜填土主要以碎石、塊石及建筑垃圾組成，局部為鉆孔灌注樁施工產(chǎn)生的泥漿，回填時(shí)未對(duì)河底進(jìn)行清淤工作。基坑開挖前采取坑外設(shè)置止水措施、坑內(nèi)抽水等措施以切斷基坑內(nèi)外的水力聯(lián)系，確保基坑開挖期間的安全。

2、支護(hù)結(jié)構(gòu)選型

本工程地下室基坑周圈開挖深度為8.8～9.5m，開挖深度較深。我院對(duì)本工程可能的多種方案進(jìn)行了充分的分析與比較，具體詳見下表。

?

基于以上多種支護(hù)結(jié)構(gòu)的充分對(duì)比，本方案采用排樁+一道鋼筋砼內(nèi)支撐。

2.1 豎向支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

豎向支護(hù)考慮采用下掛體系，支護(hù)剖面見圖5。

圖5 基坑周邊支護(hù)剖面示意

2.2 平面支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

根據(jù)本工程特點(diǎn)，平面支護(hù)體系采用圓環(huán)撐，具體見圖6。

圖6 基坑平面支護(hù)示意

2.3 支護(hù)樁設(shè)計(jì)

經(jīng)于業(yè)主單位的充分溝通，本工程支護(hù)樁采用無(wú)泥漿排放的連鎖樁形式，也是連鎖樁在寧波地區(qū)的首次使用。

（1）樁型簡(jiǎn)介

連鎖混凝土預(yù)制樁（簡(jiǎn)稱連鎖樁）為外輪廓為方形，左右兩側(cè)各帶兩半橢圓形凹槽的預(yù)應(yīng)力混凝土離心樁，是采用離心工藝成型的先張法預(yù)應(yīng)力混凝土空心預(yù)制構(gòu)件。構(gòu)件采用高強(qiáng)度抗拉鋼材（強(qiáng)度設(shè)計(jì)值為HRB400 的2.8 倍）和高標(biāo)號(hào)混凝土（C60 及以上），在同樣材料用量下可以獲得更大的慣性矩、抗彎承載力和抗彎剛度。

將連鎖樁進(jìn)行連鎖排列，通過在連鎖樁側(cè)壁的注漿孔注漿，用水泥漿堵塞連鎖樁之間可能漏水的縫隙，形成連鎖混凝土預(yù)制樁墻（簡(jiǎn)稱連鎖墻），示意圖見圖7。

圖7 連鎖墻示意圖

（2）連鎖樁的施工工藝

連鎖樁施工中，首先在施工段中部壓入第一個(gè)樁作為基準(zhǔn)，然后在第一根樁兩側(cè)對(duì)稱施工，由此保證連鎖墻垂直度，防止單側(cè)連續(xù)壓樁擠土效應(yīng)過大而導(dǎo)致樁位偏移。此外，還可采用鐵件焊接之前已施工的連鎖樁樁頂端板面，防止因壓樁時(shí)擠土或摩擦擠壓造成已施工連鎖樁的樁位或標(biāo)高變動(dòng)。為保證樁身垂直度和相鄰樁的緊貼，連鎖樁采用了特制的樁尖，樁尖具有兩個(gè)導(dǎo)向機(jī)構(gòu)，呈不對(duì)稱結(jié)構(gòu)。

（3）連鎖樁施工的注意事項(xiàng)

1）施工機(jī)械為專業(yè)連鎖樁打樁機(jī)。

2）為減小樁基施工對(duì)周邊環(huán)境的擠土影響，要求進(jìn)行引孔沉樁。引孔宜采用螺旋鉆干作業(yè)法施工，引孔的垂直度偏差不宜大于0.5%。

3）引孔作業(yè)和壓樁作業(yè)應(yīng)連續(xù)進(jìn)行，間隔時(shí)間不宜大于3h。

4）注意對(duì)樁頂標(biāo)高的控制，樁頂標(biāo)高誤差不得大于50。建議采用復(fù)壓的方法，確保沉樁到位。

5）連鎖止水孔宜采用水泥砂漿進(jìn)行填充，漿液的配比、主要性能指標(biāo)及注漿壓力應(yīng)通過試驗(yàn)確定。水泥砂漿強(qiáng)度等級(jí)不應(yīng)小于M15。

6）注漿管頂端應(yīng)高出地表不少于200mm，鉆孔封口深度不得小于0.5m，四周用干性水泥或水泥-水玻璃漿液封閉。

7）連鎖樁嚴(yán)格按照《連鎖混凝土預(yù)制樁墻支護(hù)技術(shù)規(guī)范》(CECS 436:2016)及《建筑基坑工程技術(shù)規(guī)程》(DB33/T1096-2014)施工。

3、連鎖樁對(duì)比鉆孔灌注樁的優(yōu)勢(shì)

（1）施工速度：1 臺(tái)連鎖樁沉樁機(jī)每天可以施工約500m長(zhǎng)度的連鎖樁，而1 臺(tái)灌注樁機(jī)每天可以施工約40～50m 長(zhǎng)度的鉆孔灌注樁，即連鎖樁施工效率為灌注樁的10 倍以上。

（2）樁身混凝土養(yǎng)護(hù)：連鎖樁為工程預(yù)制，現(xiàn)場(chǎng)無(wú)需養(yǎng)護(hù)，而鉆孔灌注樁再混凝土灌注后需養(yǎng)護(hù)28 天才能達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度。

（3）止水施工：連鎖樁只需在兩相鄰樁對(duì)接后形成的橢圓形（長(zhǎng)軸12mm，短軸8mm）止水孔內(nèi)注漿止水。4 個(gè)人工每天可完成600m 長(zhǎng)的孔內(nèi)注漿，無(wú)需大型設(shè)備；而傳統(tǒng)水泥土攪拌樁和高壓旋噴樁需形成大直徑樁體，一臺(tái)大型設(shè)備每天可完成200～300m 攪拌樁或旋噴樁。

（4）地下結(jié)構(gòu)施工：連鎖樁可緊貼地下室側(cè)壁，兼做地下側(cè)墻的外膜，減少了地下側(cè)墻外的挖填和基坑換撐施工時(shí)間與費(fèi)用。

另外，連鎖樁施工主要用到吊樁設(shè)備與沉樁設(shè)備，設(shè)備配置較為簡(jiǎn)潔；而鉆孔灌注樁施工中需要的設(shè)備較多，包括鉆孔設(shè)備，泥漿循環(huán)設(shè)備，鋼筋籠制作設(shè)備和商品混凝土運(yùn)送車輛等，施工較為不便。

考慮到打樁、混凝土養(yǎng)護(hù)、止水施工及養(yǎng)護(hù)及挖填和換撐的情況下，連鎖樁方案比鉆孔灌注樁方案節(jié)省工期至少1個(gè)月左右。

（5）經(jīng)濟(jì)性分析：經(jīng)測(cè)算，采用連鎖樁支護(hù)方案比常規(guī)鉆孔灌注樁方案節(jié)省造價(jià)達(dá)70 萬(wàn)元。從以上分析可知，連鎖樁方案比鉆孔灌注樁方案節(jié)省工期1 個(gè)月以上，以一個(gè)項(xiàng)目10 億元資金成本測(cè)算，每個(gè)月的財(cái)務(wù)成本高達(dá)1 千萬(wàn)，相比而言，連鎖樁方案節(jié)約的成本相當(dāng)可觀。

結(jié)語(yǔ)：

目前本工程已順利施工完畢，證明連鎖樁可以適用于寧波軟土地區(qū)。雖然相對(duì)于鉆孔灌注樁優(yōu)點(diǎn)突出，但項(xiàng)目實(shí)施過程中還是遇到了一些問題，下面談下自己的思考。

1）進(jìn)好土層能力較弱

本工程圍護(hù)樁持力層為3 層粉土，樁基施工過程中進(jìn)入該層土困難，部分樁基沉樁不到位，后截樁處理，后續(xù)需對(duì)工藝做適當(dāng)改良，增強(qiáng)進(jìn)入相對(duì)硬土層的能力。

2）定位不準(zhǔn)確

連鎖樁需要定位準(zhǔn)確，才能形成一面平整的墻體，實(shí)際施工時(shí)由于機(jī)械較重，而地基多為軟土，打樁過程中定位架容易發(fā)生傾斜導(dǎo)致樁身定位及垂直度難以保證，后續(xù)改樁型推廣過程中需同步改進(jìn)施工機(jī)械。

3）轉(zhuǎn)角處連接不可靠

由于構(gòu)造原因，轉(zhuǎn)角位置連鎖樁不能很好的相互咬合，實(shí)際施工中采用轉(zhuǎn)角位置補(bǔ)打高噴的方法處理，后續(xù)可以開發(fā)專門的轉(zhuǎn)角異型樁，使轉(zhuǎn)角位置也能很好咬合。

4）接樁工藝較為復(fù)雜

目前工藝下的單節(jié)樁長(zhǎng)不能滿足支護(hù)樁樁長(zhǎng)要求，現(xiàn)場(chǎng)需進(jìn)行接樁。由于接樁部位往往是支護(hù)樁的薄弱部位，要求接頭處應(yīng)設(shè)置加強(qiáng)措施?，F(xiàn)場(chǎng)在接頭位置加焊了鋼板，實(shí)際受力效果較好，但是現(xiàn)場(chǎng)焊接一方面質(zhì)量不可控，而且影響施工效率，后續(xù)可以深入研究效率高、質(zhì)量易保證的接樁措施。