軟土區(qū)傾斜預(yù)制樁基坑支護(hù)施工技術(shù)研究與應(yīng)用*

余地華，田 野,2，賴國(guó)梁，宮立茂，宋 志，柳 瑤，侯和強(qiáng)

(1.中建三局集團(tuán)有限公司工程總承包公司，湖北 武漢 430070；2.湖北中建三局建筑工程技術(shù)有限責(zé)任公司，湖北 武漢 430070)

0 引言

隨著城市地下空間開(kāi)發(fā)強(qiáng)度越來(lái)越大，基坑工程的規(guī)模和面積也不斷增加，傳統(tǒng)灌注排樁、地下連續(xù)墻、內(nèi)支撐等支護(hù)方式造價(jià)高、工期長(zhǎng)、環(huán)境不友好的特點(diǎn)更加突出，為此發(fā)展高效節(jié)能、對(duì)環(huán)境低影響和綠色可持續(xù)發(fā)展的新型支護(hù)技術(shù)成為行業(yè)發(fā)展的趨勢(shì)和要求。

為減少支撐的使用，實(shí)現(xiàn)更大基坑開(kāi)挖深度的無(wú)支撐支護(hù)，鄭剛等提出了新型的傾斜樁支護(hù)方法，用適當(dāng)角度的傾斜單排樁代替豎直單排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)，從而能夠在相同條件下減少排樁的變形和內(nèi)力[1-2]。傾斜樁支護(hù)技術(shù)已經(jīng)在一些地區(qū)特別是軟土地區(qū)取得了很好的應(yīng)用效果[3-4]，如范鵬程等[5]開(kāi)展了單排斜-直交替樁在軟土基坑支護(hù)中的模擬研究；劉永超等[6]進(jìn)行了斜-直交替支護(hù)樁工程應(yīng)用及監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)測(cè)分析。雖然傾斜樁施工在一些工程中得到成功應(yīng)用[2]，但總體上施工存在一定困難，導(dǎo)致傾斜樁基坑支護(hù)的應(yīng)用還不是特別多。

本文以具有漢江一級(jí)階地典型地層的基坑工程實(shí)例為基礎(chǔ)，開(kāi)展軟土區(qū)斜-直交替、前斜后直傾斜預(yù)制圓形管樁基坑支護(hù)施工技術(shù)應(yīng)用研究，探討新型預(yù)制傾斜樁支護(hù)體系施工方法，推動(dòng)基坑預(yù)制化支護(hù)和無(wú)支撐支護(hù)施工技術(shù)發(fā)展。

1 工程概況

因基坑側(cè)壁存在淤泥質(zhì)地層，為控制基坑變形、減少支護(hù)占地，采用斜-直交替預(yù)制管樁支護(hù)和前斜后直雙排預(yù)制管樁支護(hù)(見(jiàn)圖1，2)，為避免傾斜樁交叉影響，基坑角部設(shè)置支撐板。支護(hù)樁采用PRC-I-600-AB(110)管樁，斜-直交替樁有效樁長(zhǎng)14.0～18.0m，前斜后直雙排樁中前斜樁長(zhǎng)17.0～18.0m，后直樁長(zhǎng)16.0～17.0m，支護(hù)樁間距均為0.9m，所有傾斜樁傾角為13°，基坑外圍設(shè)置單軸攪拌樁止水圍幕φ500mm@350mm，傾斜樁與直樁或傾斜樁與傾斜樁之間設(shè)置雙管高壓旋噴樁φ700mm@900mm，前斜后直雙排樁排間設(shè)置雙管高壓旋噴樁φ700mm@500mm進(jìn)行加固，樁間和坡面均掛網(wǎng)噴混凝土。因傾斜樁占用部分地下室位置，支護(hù)樁平面布置中對(duì)工程樁進(jìn)行了避讓，同時(shí)對(duì)避讓的斜樁進(jìn)行了加密(見(jiàn)圖3)。

圖1 前斜后直樁支護(hù)典型剖面

圖2 斜-直交替支護(hù)典型剖面

圖3 基坑支護(hù)平面

2 斜樁施工設(shè)備選擇

2.1 傾斜靜力壓樁機(jī)

目前國(guó)內(nèi)已推出專門(mén)用于傾斜預(yù)制樁施工的靜力壓樁機(jī)，即YZY800X斜樁靜力壓樁機(jī)(見(jiàn)圖4)。該設(shè)備噸位大、可施工傾角大，是斜樁支護(hù)技術(shù)在淺基坑工程領(lǐng)域應(yīng)用的關(guān)鍵設(shè)備。YZY800X斜樁靜力壓樁機(jī)配備大角度變幅系統(tǒng)及角度自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)，可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)當(dāng)前樁的施工角度，同時(shí)配備拉樁、吊樁一體化吊機(jī)及可調(diào)節(jié)夾樁器，可滿足φ600mm圓樁、500mm×500mm方樁及500mm×450mm矩形樁等多種預(yù)制樁的施工需求，具體施工技術(shù)參數(shù)如表1所示。

圖4 斜樁靜力壓樁機(jī)結(jié)構(gòu)示意

表1 斜樁靜力壓樁機(jī)技術(shù)參數(shù)

相對(duì)于傳統(tǒng)的靜力壓樁機(jī)，斜樁靜力壓樁機(jī)的作業(yè)步驟包括：上樁→夾樁→左傾或右傾→壓樁→歸中(見(jiàn)圖5)。

圖5 斜樁靜力壓樁機(jī)作業(yè)步驟

2.2 傳統(tǒng)靜力壓樁機(jī)改制

斜樁靜力壓樁機(jī)作為專門(mén)的預(yù)制斜樁施工機(jī)械，具有下壓力大、角度變幅大、施工便捷高效等優(yōu)點(diǎn)，但該設(shè)備數(shù)量較少，很多存在施工需求的地區(qū)引進(jìn)設(shè)備需要昂貴的進(jìn)出場(chǎng)費(fèi)用，為此將傳統(tǒng)靜力壓樁機(jī)進(jìn)行改制或采取一定施工措施完成傾斜預(yù)制樁施工成為另外一種施工途徑，主要改制方法為將靜壓設(shè)備龍門(mén)架進(jìn)行傾斜改制，壓樁前根據(jù)基坑設(shè)計(jì)調(diào)整夾樁角度，龍門(mén)架與夾樁器傾斜后通過(guò)插銷(xiāo)固定在樁機(jī)平臺(tái)，上樁后，夾樁器將樁體傾斜下壓。從而完成傾向靜壓預(yù)制傾斜樁的施工，最大成樁角度25°，最大樁長(zhǎng)20m，最大樁徑800mm，斜向下壓力約350t，其主要作業(yè)步驟為：夾樁器傾斜改制→上樁→壓樁→送樁(見(jiàn)圖6)。

圖6 靜壓樁改制傾斜壓樁作業(yè)步驟

3 施工過(guò)程控制要點(diǎn)

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工條件，該工程采用改制靜力壓樁機(jī)進(jìn)行施工。

3.1 工藝流程

1)斜直交替支護(hù)結(jié)構(gòu)施工順序 傾斜預(yù)制樁施工→交叉垂直預(yù)制樁施工→傾斜預(yù)制樁樁間高壓旋噴樁施工→樁后攪拌樁施工→冠梁施工→土方分層開(kāi)挖、樁間噴混凝土掛網(wǎng)→開(kāi)挖至基底。

2)前斜后直支護(hù)結(jié)構(gòu)施工順序 前排傾斜預(yù)制樁施工→后排垂直預(yù)制樁施工→前排斜樁樁間高壓旋噴樁施工→前后排樁間高壓旋噴樁施工→冠梁施工→土方分層開(kāi)挖、樁間噴混凝土掛網(wǎng)→開(kāi)挖至基底。

傾斜預(yù)制樁施工工藝流程如圖7所示。

圖7 傾斜預(yù)制樁施工流程

3.2 操作要點(diǎn)

3.2.1施工準(zhǔn)備

傾斜樁施工前應(yīng)編制專項(xiàng)施工方案，完成場(chǎng)平、設(shè)備安裝、安全防護(hù)、技術(shù)交底等現(xiàn)場(chǎng)準(zhǔn)備和技術(shù)準(zhǔn)備工作。正式施工前，應(yīng)依據(jù)定位控制點(diǎn)引測(cè)定位軸線，經(jīng)驗(yàn)收后進(jìn)行傾斜樁樁位放線，放出的樁位經(jīng)檢查無(wú)誤后方能進(jìn)行壓樁施工。

3.2.2沉樁

傾斜樁沉樁應(yīng)合理安排沉樁的先后次序，以控制擠土效應(yīng)；沉樁過(guò)程中應(yīng)校核樁身傾斜角度符合設(shè)計(jì)要求；送樁應(yīng)采用專用鋼質(zhì)送樁器，對(duì)正樁位，夾持器抱緊，設(shè)備調(diào)平后，調(diào)整樁身垂直度及傾斜角度滿足，設(shè)計(jì)要求后壓入。

沉樁宜連續(xù)一次性將樁沉到設(shè)計(jì)標(biāo)高，盡量縮短中間停頓時(shí)間。沉樁過(guò)程中出現(xiàn)樁身漂移、傾斜或樁身及樁頂破損等情況時(shí)，應(yīng)立即停止施工，待查明原因，進(jìn)行必要處理后，方可繼續(xù)施工。

3.2.3接樁

傾斜預(yù)制樁設(shè)計(jì)中應(yīng)盡量避免接樁，確需接長(zhǎng)時(shí)，其入土部分樁段的樁頭宜高出地面0.5～1.0m，樁的連接可采用端板焊接或機(jī)械連接，相鄰支護(hù)樁接樁位置不得在同一標(biāo)高，應(yīng)錯(cuò)開(kāi)高差1m以上。

3.2.4工程樁避讓

為避免傾斜樁向基坑內(nèi)傾斜對(duì)地下室結(jié)構(gòu)造成影響，應(yīng)結(jié)合基礎(chǔ)形式采取必要的規(guī)避措施(見(jiàn)圖8)。對(duì)采用天然地基，無(wú)工程樁情況，需保證內(nèi)傾斜支護(hù)樁在基坑底標(biāo)高以上位于地下結(jié)構(gòu)輪廓以外，在確保地下室結(jié)構(gòu)施工空間足夠情況下，基坑底標(biāo)高以下可侵入地下結(jié)構(gòu)最外輪廓范圍內(nèi)；對(duì)于樁基礎(chǔ)，應(yīng)避讓工程樁位置，可斜樁改直樁，并就近補(bǔ)設(shè)向坑內(nèi)傾斜支護(hù)樁，或可將向坑內(nèi)傾斜支護(hù)樁改為向坑外傾斜支護(hù)樁，支護(hù)結(jié)構(gòu)斜撐效應(yīng)變?yōu)殄^拉效應(yīng)；在基坑陰角處，為避免傾斜樁交叉影響，可將斜樁改為直樁，并增設(shè)支撐梁或板。

圖8 傾斜樁基礎(chǔ)避讓

3.2.5冠梁施工

為保證樁體與冠梁的有效連接，管樁中空部分1 500～3 000mm長(zhǎng)度范圍內(nèi)采用混凝土灌芯。冠梁施工應(yīng)滿足下列要求。

1)灌芯混凝土采用強(qiáng)度等級(jí)為C40的微膨脹混凝土，混凝土用粗骨料粒徑≤20mm，內(nèi)摻10%AEA微膨脹劑(見(jiàn)圖9)。

圖9 預(yù)制樁灌芯大樣

2)管樁嵌入冠梁內(nèi)長(zhǎng)度為500mm，灌芯混凝土部分應(yīng)設(shè)置鋼筋籠。

3)當(dāng)管樁頂部無(wú)水平構(gòu)件與冠梁連接時(shí)，管樁灌芯部分的縱向鋼筋深入冠梁內(nèi)的長(zhǎng)度宜取冠梁厚度；當(dāng)管樁頂部有水平構(gòu)件與冠梁連接時(shí)，管樁灌芯部分的縱向受力鋼筋深入冠梁內(nèi)的錨固長(zhǎng)度應(yīng)符合現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB50010—2010《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》對(duì)鋼筋錨固的有關(guān)規(guī)定；當(dāng)不能滿足錨固長(zhǎng)度的要求時(shí)，其鋼筋末端可采用機(jī)械錨固措施(見(jiàn)圖10)。

圖10 支護(hù)冠梁大樣

4)當(dāng)管樁頂部無(wú)水平構(gòu)件與冠梁連接時(shí)，管樁灌芯部分的縱向鋼筋深入冠梁內(nèi)的長(zhǎng)度宜取冠梁厚度；當(dāng)管樁頂部有水平構(gòu)件與冠梁連接時(shí)，管樁灌芯部分的縱向受力鋼筋深入冠梁內(nèi)的錨固長(zhǎng)度應(yīng)符合現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》對(duì)鋼筋錨固的有關(guān)規(guī)定；當(dāng)不能滿足錨固長(zhǎng)度的要求時(shí)，鋼筋末端可采用機(jī)械錨固措施。

3.2.6樁間加固與止水

傾斜樁基坑支護(hù)止水方法根據(jù)工程地質(zhì)條件、水文地質(zhì)條件及施工條件等，選用水泥土攪拌樁帷幕、高壓旋噴或擺噴注漿帷幕、攪拌-噴射注漿帷幕、地下連續(xù)墻或咬合式排樁等。傾斜樁樁間可采用傾斜攪拌樁或其他與傾斜樁進(jìn)行整體咬合的注漿體加固，也可采用垂直樁體進(jìn)行注漿加固，如圖11所示。因該工程開(kāi)挖深度不大，止水采用垂直攪拌樁與樁間高壓旋噴樁進(jìn)行加固，樁間噴混凝土掛網(wǎng)，其施工方法與傳統(tǒng)支護(hù)做法相同。

圖11 傾斜樁樁間加固

4 實(shí)施效果與監(jiān)測(cè)分析

通過(guò)對(duì)樁長(zhǎng)17m、角度10°～15°管樁施工過(guò)程進(jìn)行記錄，得到施工工效如表2所示，由表2可知傾斜樁沉樁時(shí)間總體上多于直樁。

表2 斜樁與直樁施工工效對(duì)比

基坑施工過(guò)程中對(duì)樁身深層水平變形、樁頂水平變形進(jìn)行監(jiān)測(cè)?；用窟叞匆欢ㄩg距同時(shí)根據(jù)不同支護(hù)結(jié)構(gòu)選擇代表性部位設(shè)置深層水平位移測(cè)斜管，共布置10個(gè)深層位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)，冠梁上共布置8個(gè)變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)，監(jiān)測(cè)結(jié)果表明，基坑整體最大位移為36.65mm，支護(hù)結(jié)構(gòu)達(dá)到了良好的效果。

5 結(jié)語(yǔ)

該文以具有漢江一級(jí)階地典型地層的基坑工程實(shí)例為基礎(chǔ)，開(kāi)展軟土區(qū)斜-直交替樁、前斜后直傾斜預(yù)制圓形管樁基坑支護(hù)施工技術(shù)應(yīng)用研究，探索傾斜預(yù)制樁新型支護(hù)施工設(shè)備、工藝原理、工藝流程、施工要點(diǎn)等施工技術(shù)方法，開(kāi)展基坑工程實(shí)施效果監(jiān)測(cè)分析，得到以下結(jié)論。

1)本基坑工程采用了斜-直交替樁與前斜后直雙排預(yù)制管樁的支護(hù)形式，既利用了預(yù)制樁環(huán)境影響小、施工便捷高效的特點(diǎn)，又發(fā)揮了傾斜樁支護(hù)位移小、彎矩低的結(jié)構(gòu)優(yōu)勢(shì)，特別是在軟土區(qū)，避免了大截面支護(hù)樁及支撐的使用。

2)傾斜預(yù)制樁施工既可采用專用的斜樁靜力壓樁機(jī)進(jìn)行施工，也可將普通靜力壓樁機(jī)進(jìn)行夾樁改造，通過(guò)設(shè)置斜面平臺(tái)或?qū)堥T(mén)架和夾樁器按設(shè)計(jì)角度傾斜后固定在樁機(jī)平臺(tái)完成傾斜靜力壓樁施工。

3)監(jiān)測(cè)結(jié)果表明，支護(hù)結(jié)構(gòu)達(dá)到了良好的效果，施工方法滿足應(yīng)用要求，具有較強(qiáng)的推廣價(jià)值。