何占坤 張建新 藍(lán)燕強(qiáng)

0 引言

大直徑擴(kuò)底灌注樁具有變形小、承載力高和施工質(zhì)量易于控制等優(yōu)點(diǎn)，在高層建筑、城市交通、鐵路橋梁和港口等荷載較大工程中常作為基礎(chǔ)工程方案的首選[1，2]，在采用逆作法施工的高層建筑工程中，大直徑擴(kuò)底灌注樁可適應(yīng)高層建筑一柱一樁的要求。本文主要結(jié)合某逆作法施工工程，對大直徑擴(kuò)底灌注樁設(shè)計(jì)中遇到的幾個(gè)問題進(jìn)行分析。

1 工程概況

某工程位于國家某部委機(jī)關(guān)院內(nèi)西側(cè)，基坑深度達(dá) 19.25m?；颖编彸鞘兄鞲傻缆?，主干道下為地鐵區(qū)間線路，基坑距地鐵線區(qū)間結(jié)構(gòu)邊緣水平距離約26.8m;基坑?xùn)|側(cè)距 7層機(jī)關(guān)大樓約5.85m，機(jī)關(guān)大樓基礎(chǔ)為條形基礎(chǔ)，基底埋深約4m;基坑南側(cè)距最近4層居民樓約 14.38 m，磚混結(jié)構(gòu);基坑西側(cè)臨距最近的10層居民樓約 22.36m。本工程周邊環(huán)境復(fù)雜，地下管網(wǎng)多，施工難度很大。根據(jù)周邊環(huán)境及工程的特殊要求，本工程采用地下一層明挖、地下二層蓋挖逆作法施工。

本工程為地上兩層、地下兩層，地上部分主體高度 28.60m，采用鋼管混凝土柱+鋼筋混凝土剪力墻 +鋼筋混凝土梁(或鋼桁架)組成的框架剪力墻結(jié)構(gòu)體系。地下一層結(jié)構(gòu)層高 10.51m，地下二層結(jié)構(gòu)層高6.45m，跨度主要為10.9m×11.5m的混凝土梁板。本工程基礎(chǔ)采用一柱一樁的樁筏基礎(chǔ)，筏板基礎(chǔ)厚度為2.0m，樁為大直徑擴(kuò)底灌注樁，樁徑2000mm，擴(kuò)大頭直徑3 000mm。為解決樁端存有虛土的問題，采用后注漿工藝，以改善樁端和局部樁側(cè)土體承載性能，提高樁基承載力，降低樁基沉降。

2 地質(zhì)概況

2.1 工程地質(zhì)

根據(jù)野外勘探結(jié)果和土工試驗(yàn)成果，勘探最大孔深 65.00 m深度范圍內(nèi)所揭露地層，按成因年代分為人工堆積層、新近沉積層()、一般第四系沉積層()和第三系沉積層。按地層巖性進(jìn)一步分為4個(gè)大層，人工堆積層:擬建場地表層為人工堆積層，主要地層情況為:雜填土①層、素填土①1層，層底高程為45.76m～47.96m。新近沉積層:該層位于人工堆積層以下，主要地層情況為:粉土②層、粉質(zhì)粘土②1層、細(xì)砂③層、圓礫③1層、卵石③3層，本大層普遍分布，層底高程為36.03m～40.55m。一般第四系沉積層:該層位于新近沉積層以下，主要地層情況為:粉質(zhì)粘土④層、中砂④2層、粉土④3層，本大層呈透鏡體狀分布，層底高程為 35.03m～39.30m。第三系沉積層該層位于第四系沉積層以下，場區(qū)普遍分布，主要地層情況為:礫巖⑤層、⑥層、泥巖⑤2層、⑥2層，勘察最大勘探孔深未穿透該層?？碧狡陂g鉆孔孔口處地面高程約為 48.52m～50.11m之間。

2.2 水文地質(zhì)

最大勘探深度 65.0m范圍內(nèi)，第四系地層中測得一層潛水，含水層主要為細(xì)砂、中砂、圓礫、卵石，水量較大;在第三系礫巖中測得一層基巖裂隙水，含水層為礫巖，水量較小。根據(jù)分層水位觀測結(jié)果，兩層水的穩(wěn)定水位高程相同。結(jié)合場區(qū)地層特征分析，兩個(gè)含水層在多處直接相連，沒有完整的隔水層，因此應(yīng)為同一層潛水。本工程基礎(chǔ)抗浮設(shè)計(jì)水位建議采用 43.00m。

3 逆作法施工工程中鋼管柱安裝技術(shù)

逆作法施工利用地下各層鋼筋混凝土梁板對四周圍護(hù)結(jié)構(gòu)形成水平支撐。由于結(jié)構(gòu)本身的側(cè)向剛度極大，且壓縮變形值相對圍護(hù)樁的變形要求來講幾乎等于零。因此，可以從根本上解決支護(hù)樁的側(cè)向變形，從而使周圍環(huán)境不致出現(xiàn)因變形值過大而導(dǎo)致路面沉陷、基礎(chǔ)下沉等問題，保證了周圍建筑物的安全[3]。

逆作法施工，一般是先沿建筑物地下室軸線或周圍施工地下連續(xù)墻或其他支護(hù)結(jié)構(gòu)，同時(shí)建筑物內(nèi)部的有關(guān)位置澆筑或打下中間基礎(chǔ)樁和柱，作為施工期間于底板封底之前承受上部結(jié)構(gòu)自重和施工荷載的支撐。支承樁一般采用灌注樁。灌注樁澆筑至基坑底標(biāo)高后，在支承樁頂安裝一根逆作施工的支承上部施工荷載的永久性鋼管柱。

常規(guī)的鋼管柱安裝是在支承樁混凝土灌注前安裝一個(gè)與支承樁直徑相同的鋼套管，等澆筑的支承樁混凝土達(dá)到 70%強(qiáng)度后，抽除鋼套管內(nèi)泥漿，采用人工下孔破除樁頂混凝土至永久性鋼管柱底標(biāo)高，定位器安裝完畢再安裝鋼管柱。該施工方法施工周期長、工序復(fù)雜，且施工過程中工人要下到孔底進(jìn)行混凝土的鑿除及定位器安裝，存在諸多不安全因素，單根鋼管柱施工周期長達(dá)10 d～20 d，施工成本也較高，存在一定的局限性。

而采用HPE液壓垂直插入設(shè)備，在灌注樁混凝土澆筑后、混凝土初凝前將底端封閉的永久性鋼管柱垂直插入支承樁混凝土中，完成插入定位工作。且施工過程完全機(jī)械化作業(yè)，減少了人為因素的影響，保證插入鋼管柱的垂直度符合要求，垂直度可達(dá)1/1 100～1/500，保證了施工質(zhì)量[4]。

本工程采用HPE垂直插入鋼管柱工法，鋼管柱插入大直徑擴(kuò)底灌注樁樁頂以下4.0m。

4 樁基設(shè)計(jì)要點(diǎn)

4.1 樁基設(shè)計(jì)計(jì)算工況

本工程主坑地下一層明挖，地下二層逆作，計(jì)算中應(yīng)考慮使用階段和施工階段最不利工況進(jìn)行樁基計(jì)算。施工階段:結(jié)構(gòu)向下施作至負(fù)二層，底板未封閉，上部結(jié)構(gòu)施作至頂層。使用階段:結(jié)構(gòu)完成;抗拔工況上覆荷載僅考慮結(jié)構(gòu)自重及建筑裝修層自重，不考慮隔墻自重，地下水位按抗浮水位絕對標(biāo)高 43.000選取。

對上述使用階段和施工階段分別建立模型進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算結(jié)果表明:在施工階段樁基均承受壓力，最大樁頂豎向荷載為19 095.6 kN，而在使用階段部分樁基承受上拔力，最大上拔力為2 966.4 kN。

本工程樁基分為20m樁長和32m樁長兩種，樁徑2 000mm，擴(kuò)大頭直徑3 000mm。以 32m樁長為例，樁端持力層為⑥層礫巖，考慮樁端后注漿對端阻及側(cè)阻的提高作用，樁端阻增強(qiáng)系數(shù)βp=2.0，側(cè)阻增強(qiáng)系數(shù)βs=1.4[5]，豎向增強(qiáng)段取樁端以上 12m，經(jīng)計(jì)算32m樁長豎向承載力特征值為20 399 kN。

4.2 灌注樁主筋混凝土保護(hù)層厚度的確定

本工程采用特種鋼護(hù)筒作為樁基鉆孔時(shí)的護(hù)壁，該護(hù)筒也為逆作法施工時(shí)插入鋼管柱提供操作空間，鋼護(hù)筒外徑 2 000mm，壁厚 65mm，采用特種鋼制作。本工程灌注樁主筋的混凝土保護(hù)層厚度除了滿足規(guī)范要求外，還應(yīng)結(jié)合具體工法綜合確定。

本工程中樁基主筋混凝土保護(hù)層厚度的確定應(yīng)考慮以下因素:鋼護(hù)筒厚度、樁箍筋直徑、樁身混凝土中最大石子粒徑，見圖 1，且應(yīng)滿足式(1):

混凝土保護(hù)層厚度≥鋼護(hù)筒厚度 +樁箍筋直徑+最大石子粒徑的1.5倍～2倍 (1)

本工程鋼護(hù)筒厚度為 65mm，樁箍筋直徑為12 m，樁身混凝土中最大石子粒徑的 1.5倍～2倍取為 50mm，綜合取定本工程灌注樁主筋混凝土保護(hù)層厚度為 137mm。

5 樁基沉降監(jiān)測

在主體結(jié)構(gòu)施工期間，對本工程鋼管柱沉降進(jìn)行監(jiān)測，監(jiān)測結(jié)果顯示從主體結(jié)構(gòu)開始施工到主體結(jié)構(gòu)封頂、基礎(chǔ)底板混凝土施工完畢，鋼管柱累計(jì)沉降最大值為8.70mm，表明本工程采用大直徑擴(kuò)底灌注樁，結(jié)合樁端后注漿，能夠很好地提高樁基承載力，降低樁基沉降，滿足逆作法施工要求。

6 結(jié)語

1)采用HPE垂直插入鋼管柱工法，須結(jié)合工法實(shí)際情況，綜合確定樁基混凝土保護(hù)層厚度，并應(yīng)充分考慮施工誤差，確保鋼管柱能夠順利插入。

2)采用大直徑擴(kuò)底灌注樁，結(jié)合樁端后注漿，可以減少樁底沉渣厚度，改善樁端和局部樁側(cè)土體承載性能，提高樁基承載力，降低樁基沉降。

[1] 楊鴻貴，白德容.黃土地區(qū)大直徑灌注樁的受力性能分析[J].巖土工程師，1992，4(4):16-25.

[2] 高廣運(yùn)，蔣建平，顧寶和.兩種靜載試驗(yàn)確定大直徑擴(kuò)底樁豎向承載力[J].地下空間，2003，23(3):272-276.

[3] 劉 露，王貴珍，劉志永，等.逆作法在南平交通樞紐工程基坑支護(hù)中的應(yīng)用[J].重慶建筑，2010，9(9):45-48.

[4] 浙江鼎業(yè)基礎(chǔ)工程有限公司.HPE液壓垂直插入鋼管柱工程施工技術(shù)方案介紹[R].2010.

[5] JGJ 94-2008，建筑樁基技術(shù)規(guī)范[S].