蔣 峰，周 杰，洪 鑫，朱建飛，張宗成

（江蘇九如建設(shè)有限公司，江蘇 昆山 215300）

0 引言

廈門某項目施工時發(fā)生地下室局部坍塌事故，專家調(diào)查組認(rèn)定原因為臨時格構(gòu)立柱承重超負(fù)荷導(dǎo)致失穩(wěn)。筆者單位發(fā)明了兩種新型的深基坑內(nèi)支撐立柱：一種是將預(yù)應(yīng)力空心方樁和和臨時鋼格構(gòu)柱進(jìn)行組合；另一種是將預(yù)應(yīng)力管樁和臨時鋼格構(gòu)柱進(jìn)行組合，兩種組合方式既有相同點，也有不同之處。前者已經(jīng)在參考文獻(xiàn)［1］中結(jié)合具體工程實例進(jìn)行了詳細(xì)介紹，但是該工程在施工時全部采用頂壓法送樁，將組合立柱壓到設(shè)計標(biāo)高處時，壓樁機的上夾具剛好勉強能夠夾住送樁器的底部。因此參考文獻(xiàn)［1］提及如果上部鋼格構(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(fù)雜。但是，在鋼格構(gòu)柱中間隔一定距離設(shè)置抱壓平臺，不但能夠有效解決超長組合立柱抱壓施工的問題，同時也能在很大程度上提高立柱的穩(wěn)定性，增加其承載能力。

本文結(jié)合康居夏苑項目的成功案例，對帶抱壓平臺的預(yù)應(yīng)力管樁組合立柱施工技術(shù)的應(yīng)用研究過程進(jìn)行闡述，可以供相類似的工程作參考。

1 基坑概況

康居夏苑項目位于昆山市康居路南側(cè)、思常路西側(cè)，項目整體定位圖如圖 1 所示。

本工程基坑總開挖面積約 62 349 m2，總支護長度約為 1 210 m，通過中間的后澆帶分隔為 2 個標(biāo)段，由筆者單位承建的二期 B 標(biāo)工程位于西側(cè)區(qū)域，總建筑面積約 101 704 m2，基坑開挖面積為 33 168 m2，基坑外圍支護周長為 604 m?；又苓叢捎?4.7 m 寬 φ700@1 000 雙軸水泥攪拌樁重力式擋墻，局部拐角區(qū)域因空間不足，無法施工重力式擋墻，采用 1.2 m 寬 φ700@1 000 雙軸水泥攪拌樁內(nèi)插 H 700 mm×300 mm×13 mm×24 mm 型鋼結(jié)合一道鋼筋混凝土角撐的圍護形式。鋼筋混凝土角撐混凝土設(shè)計強度 C 3 0，截面尺寸為 1 200 mm×800 mm。

圖1 項目整體定位圖

角撐處設(shè)計有 6 根內(nèi)支撐立柱，內(nèi)支撐立柱設(shè)計采用樁長為 20 m 的 φ70 0 鉆孔灌注樁內(nèi)插鋼格構(gòu)柱，鋼格構(gòu)柱采用 4 根 L 型角鋼，截面尺寸為 125 mm×10 mm，綴板尺寸為 380 mm×150 mm ×8 mm，綴板間距為 500 mm。由于內(nèi)支撐立柱的總體工程量較小，且上部只有一道水平支撐，受力體系簡單，適合進(jìn)行新技術(shù)應(yīng)用研究，因此筆者單位提請基坑圍護設(shè)計單位將內(nèi)支撐立柱改為帶抱壓平臺的預(yù)應(yīng)力管樁組合立柱形式，出具了相應(yīng)的技術(shù)核定單，并邀請行業(yè)專家進(jìn)行論證。

傳統(tǒng)的鉆孔灌注樁內(nèi)插鋼格構(gòu)柱的立柱形式在施工時，上部臨時鋼格構(gòu)柱的垂直度和截面方向難以控制，當(dāng)其截面方向與混凝土內(nèi)支撐梁沿跨度方向存在交角時，容易造成內(nèi)支撐梁的鋼筋無法正常穿越臨時鋼格構(gòu)立柱，從而對其節(jié)點承載力造成不利影響。因此，評審專家一致認(rèn)為：帶抱壓平臺的預(yù)應(yīng)力管樁組合立柱施工技術(shù)在施工質(zhì)量控制方面具有一定優(yōu)勢，具有很大的推廣應(yīng)用前景，推薦實施。

2 立柱設(shè)計方案

預(yù)應(yīng)力管樁組合立柱主要包括預(yù)應(yīng)力管樁、插芯鋼格構(gòu)柱、帶抱壓平臺的鋼格構(gòu)柱以及連接節(jié)點 4 部分，分別簡述如下。

2.1 預(yù)應(yīng)力管樁

為施工方便，本工程選用與主體結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)同型號的預(yù)應(yīng)力管樁 PH C600（AB）-130，根據(jù)參考文獻(xiàn)［2］的計算公式和地勘報告提供的土層參數(shù)進(jìn)行計算，由樁周土提供的單樁極限承載力為 1 368 kN，特征值取 684 kN；同時根據(jù)江蘇省省標(biāo)圖集蘇 G03－2012《預(yù)應(yīng)力混凝土管樁》，該種型號管樁樁身結(jié)構(gòu)軸心受壓承載力設(shè)計值為 4 000 kN，換算為特征值 2 963 kN，遠(yuǎn)大于樁周土所提供的承載力，且以上數(shù)值均大于原基坑圍護設(shè)計單位要求的采用鉆孔灌注樁時的特征值 562.4 kN。

2.2 插芯鋼格構(gòu)柱

插芯鋼格構(gòu)柱用于連接預(yù)應(yīng)力管樁和鋼格構(gòu)柱，本工程采用 4 根 L 型角鋼加綴板焊接而成，角鋼型號80 mm×10 mm，長度 2.5 m，綴板尺寸 170 mm× 100 mm×10 mm@600 mm，上部與連接端板焊接，下部與托板焊接，托板為圓形，直徑 290 mm、厚度 3 mm。鋼材型號均為 Q235B。

2.3 帶抱壓平臺的鋼格構(gòu)柱

上部的鋼格構(gòu)柱原本可以直接選用原基坑圍護設(shè)計單位提供的方案，但采用預(yù)應(yīng)力管樁組合立柱時應(yīng)綜合考慮應(yīng)如何進(jìn)行靜壓施工的問題。本工程開挖深度較深，上部鋼格構(gòu)柱較長，無法采用頂壓法送樁，采用抱壓法施工時要做抱壓平臺。靜壓樁機的常規(guī)抱壓行程一般在 1.5～1.8 m，因此本工程結(jié)合靜壓樁抱壓施工特點需在鋼格構(gòu)柱相對應(yīng)位置設(shè)置抱壓平臺。而且下部管樁為圓形，上部鋼格構(gòu)柱為方形，在施工下部管樁時采用圓形抱壓夾具，如果在施工上部鋼格構(gòu)柱段時將夾具更換成方形將費時費力。經(jīng)研究及反復(fù)試驗，在需要設(shè)置抱壓平臺的位置，采用鋼板制作成與管樁直徑相同圓環(huán)，通過加強鋼筋與鋼格構(gòu)柱綴板相連，做法具體如圖 2 所示。

圖2 抱壓平臺示意圖（單位：mm）

外鋼護筒外徑 600 mm，內(nèi)鋼護筒內(nèi)徑 150 mm，壁厚均為 3 mm；1# 加強筋長 190 mm，2# 加強筋長70 mm，直徑均為 18 mm，沿豎向間距 100 mm；加強筋與鋼護筒以及鋼格構(gòu)柱之間均采用焊接，抱壓平臺本身的高度為 500 mm，間距為 1.5～1.8 m，內(nèi)部澆灌強度等級為 C40 的混凝土。抱壓平臺的設(shè)置對于上部鋼格構(gòu)柱的穩(wěn)定性有很大的提高作用，在上部鋼格構(gòu)較長時可以對截面尺寸等進(jìn)行優(yōu)化。本工程為安全起見，對上部鋼格構(gòu)柱進(jìn)行加強，考慮施工偏心（1.5 %）影響，L型角鋼截面調(diào)整為 140 mm×12 mm，材質(zhì)相應(yīng)調(diào)整為 Q345。

2.4 連接節(jié)點

本工程在鋼格構(gòu)柱端部焊接了一塊外徑為 600 mm 的圓環(huán)端板，厚度 20 mm，鋼材型號為 Q 235。為方便鋼格構(gòu)柱端板與管樁端板的焊接，在鋼格構(gòu)柱端板的接觸面設(shè)置與管樁端板一致的坡腳，在端板的內(nèi)部開設(shè)一個內(nèi)徑 150 mm 的圓孔用于滿足澆筑灌芯混凝土，同時在端板上設(shè) 4 個 10 mm 的透氣孔，用于澆筑混凝土?xí)r排氣。鋼立柱與端板連接通過內(nèi)外加勁板以及 4 根角鋼連接，鋼立柱最下沿增設(shè)一道 380 mm×150 mm×8 mm 綴板，在外側(cè) 4 塊綴板中部分別焊接 75 mm×150 mm×8 mm 的三角形加勁板，同時在格構(gòu)柱 4 根角鋼內(nèi)側(cè)分別焊接 180 mm×150 mm×8 mm 的三角形加勁板，確保立柱承擔(dān)的荷載能夠均勻傳遞至管樁頂部。

3 施工方法概述

在現(xiàn)場首次應(yīng)用該技術(shù)時，將上部帶抱壓平臺的鋼格構(gòu)柱與下部插芯鋼格構(gòu)柱通過連接節(jié)點整體一次性加工完成，結(jié)果同心偏差沒有能夠精確控制，導(dǎo)致后續(xù)在抱壓施工時需要調(diào)整夾具的時間花費較長。另外整體加工后澆灌樁芯混凝土?xí)r，澆筑振搗施工操作也不方便。經(jīng)過多次試驗調(diào)整后，最終形成完整的施工方法如下。

1）在場地內(nèi)提前集中加工和制作上部帶抱壓平臺的鋼格構(gòu)柱、下部的插芯鋼格構(gòu)柱；

2）進(jìn)行預(yù)應(yīng)力管樁基礎(chǔ)靜壓施工，壓至規(guī)定標(biāo)高后停止壓樁，開始吊裝插芯鋼格構(gòu)柱；

3）將連接端板與管樁端板進(jìn)行焊接，焊接完畢后在連接端板上部設(shè)置塑料薄膜保護層；

4）進(jìn)行灌漿并振搗密實，清理連接端板，撕掉塑料薄膜保護層；

5）開始吊裝上部帶抱壓平臺的鋼格構(gòu)柱，進(jìn)行立柱定位，控制立柱截面方向；

6）將上部鋼格構(gòu)柱與連接端板進(jìn)行焊接，在其底部外側(cè)與連接端板交界處焊接加勁板；

7）補澆混凝土至上部鋼格構(gòu)柱底部的第一道綴板頂面處，繼續(xù)將立柱抱壓至設(shè)計標(biāo)高；

8）根據(jù)基坑圍護設(shè)計要求進(jìn)行基坑開挖、施工支撐直至開挖至基坑底面，施工墊層；

9）在立柱穿越底板的部位焊接止水鋼板，然后再施工地下室底板以及換撐帶；

10）按要求進(jìn)行換撐、拆撐，以及拆除上部臨時鋼格構(gòu)柱，基坑圍護施工完成。

4 質(zhì)量控制措施

4.1 準(zhǔn)備階段利用 BIM 技術(shù)交底控制

在前期施工準(zhǔn)備策劃階段，應(yīng)進(jìn)行施工方案的深化和交底。對于復(fù)雜節(jié)點，采用 BIM 技術(shù)進(jìn)行三維建模展示，例如立柱中部的連接節(jié)點做法，具體如圖 3 所示。

圖3 連接節(jié)點三維示意圖

4.2 抱壓平臺豎向及水平定位控制

抱壓平臺的豎向定位需要避開地下室的底板、頂板以及水平支撐等位置，防止上述位置的鋼筋無法穿越，因此必須進(jìn)行各部位的結(jié)構(gòu)尺寸實際放樣。本工程鋼立柱為 4.5 m 長，結(jié)合靜壓樁施工設(shè)備的抱壓行程，分別在上部鋼立柱的頂部以下 1.0、2.5、4.0 m 處設(shè)置抱壓平臺，豎向標(biāo)高偏差控制在 30 mm 以內(nèi)。同時，多個抱壓平臺水平方向的同心偏差必須越小越好。精度應(yīng)控制在靜壓樁機夾具調(diào)整范圍內(nèi)，超過則無法進(jìn)行抱壓。本工程將抱壓平臺的同軸度偏差要求控制在 5 mm 以內(nèi)。因此，在現(xiàn)場制作鋼格構(gòu)柱和抱壓平臺位置的鋼護筒時，應(yīng)對其定位進(jìn)行反復(fù)校準(zhǔn)，精準(zhǔn)把控，細(xì)化下料尺寸，如圖 4 所示。

圖4 抱壓平臺定位校準(zhǔn)圖

4.3 上部鋼格構(gòu)柱豎立加固處理控制

在澆筑抱壓平臺時，應(yīng)將上部鋼格構(gòu)柱豎立起來澆筑，不能平躺澆筑，如平躺澆筑容易造成抱壓平臺偏位，影響同軸度。又因為鋼格構(gòu)柱高度較高（需設(shè)置抱壓平臺的鋼格構(gòu)柱高度通常在 4 m 以上），如搭設(shè)腳手架作業(yè)平臺則比較繁瑣，且安全性較低，因此現(xiàn)場采用向下開挖溝槽的方式，將鋼格柱向地下放置一定深度，同時采用鋼管對鋼格構(gòu)柱進(jìn)行豎立加固處理，從而為澆筑抱壓平臺內(nèi)的混凝土做準(zhǔn)備，如圖 5 所示。

圖5 鋼格構(gòu)柱豎立加固處理圖

4.4 抱壓平臺混凝土澆筑振搗控制

抱壓平臺的澆筑質(zhì)量應(yīng)嚴(yán)格控制，如果混凝土不密實，內(nèi)部中空，則無法承受夾具橫向的壓力，稍有壓力外鋼護筒即產(chǎn)生變形，無法進(jìn)行抱壓。因此，混凝土應(yīng)至少提前 7 d 進(jìn)行澆筑，振搗密實，養(yǎng)護至規(guī)定齡期?；炷连F(xiàn)場澆筑振搗如圖 6 所示，混凝土澆筑成型質(zhì)量如圖 7 所示。

圖6 抱壓平臺混凝土澆筑圖

圖7 抱壓平臺成型圖

4.5 插芯鋼格構(gòu)柱制作尺寸控制

插芯鋼格構(gòu)柱前期制作時一定要注意其截面能否順利插入管樁的空腔內(nèi)，要注意管樁生產(chǎn)時殘余浮漿對其產(chǎn)生的影響。由于內(nèi)部浮漿厚度可能沿長度方向不均勻，可采用與插芯鋼格構(gòu)柱同等長度、同樣輪廓的木制模具提前進(jìn)行管樁內(nèi)徑實體檢驗，該模具包括上部端板和下部托板都應(yīng)制作出。另外當(dāng)?shù)?2 節(jié)管樁靜壓至地面標(biāo)高時，需要安裝插芯角鋼（焊接格構(gòu)柱端板）后進(jìn)行混凝土灌芯，因此前期制作時一定要注意核查插芯角鋼之間的空隙足夠，否則后期混凝土無法澆灌。

4.6 立柱整體垂直度偏差控制

立柱通過連接節(jié)點與管樁連接成整體之后，管樁的垂直度就會影響立柱的整體垂直度。因此首先要控制管樁施工的垂直度，垂直度控制不好會造成上部鋼格構(gòu)柱產(chǎn)生傾斜，立柱越高，傾斜越大。經(jīng)現(xiàn)場試驗，如不對垂直度進(jìn)行控制，則鋼格構(gòu)柱的 4 根角鋼頂標(biāo)高誤差可能高達(dá) 20 mm，導(dǎo)致上端不平整，如采用頂壓法施工時只能現(xiàn)場割，既耽誤了時間，又增加了壓樁的難度，因此務(wù)必對垂直度進(jìn)行控制。樁基施工時的垂直度控制目前一般采用跟蹤測量方法。測量放線定位誤差應(yīng)符合參考文獻(xiàn)［2］的樁位偏差的要求，確保樁身的垂直度＜ 0.5 %，并保證樁位準(zhǔn)確。因此對于立柱的整體垂直度偏差要求≤ 1/200，立柱與管樁的平面整體定位偏差≤20 mm，同時通過測量校正復(fù)核，保證其垂直度。

4.7 立柱截面方向定位控制

為確保上部混凝土內(nèi)支撐的縱向鋼筋順利穿越立柱，應(yīng)對立柱的截面方向進(jìn)行控制，確保其 4 個面中的至少一個面與支撐軸線方向保持平行。因此，安排專人對就位后的鋼格構(gòu)柱進(jìn)行檢查，主要檢查截面方向，確保其截面布置方向與設(shè)計圖一致，邊長方向應(yīng)與混凝土內(nèi)支撐方向保持平行，調(diào)整控制鋼立柱截面布置方向后方可進(jìn)行連接節(jié)點的焊接施工。

4.8 連接節(jié)點焊接質(zhì)量控制

鋼格構(gòu)柱與管樁連接節(jié)點的最薄弱位置主要位于內(nèi)插型鋼與端板的焊接，故要對該節(jié)點處的角焊縫進(jìn)行焊縫強度計算，包括能夠承受的水平力和抗拔力兩大指標(biāo)。為保守起見，本工程對角鋼的兩側(cè)均進(jìn)行焊接，進(jìn)一步提升該節(jié)點處的承載能力。應(yīng)安排專業(yè)工人進(jìn)行制作焊接，嚴(yán)格把關(guān)焊工持證上崗，并在施焊前進(jìn)行技術(shù)交底，進(jìn)行鋼立柱與端板清理焊接。端板應(yīng)縮進(jìn) 10 mm 或留設(shè)坡口，方便焊接。對稱施焊，焊縫等級最低二級，焊接質(zhì)量滿足參考文獻(xiàn)［3］的要求，如圖 8 所示。

圖8 連接節(jié)點焊接成型圖

4.9 樁芯混凝土澆灌質(zhì)量控制

上部鋼格構(gòu)柱端板與管樁端板焊接完畢后，在端板上部設(shè)置熟料薄膜保護層，然后進(jìn)行樁芯 C40 微膨脹細(xì)石混凝土的澆筑灌漿，利用端板上留設(shè)的排氣孔進(jìn)行排氣，確保管樁插芯部位充填混凝土，控制密實度。振搗密實后撕掉熟料保護層，清理端板。由于內(nèi)部操作空間很小，操作比較困難，因此現(xiàn)場只能用小灰桶一桶一桶倒，對于工人技術(shù)要求較高。樁芯混凝土澆至鋼格構(gòu)柱最下排綴板的頂面（即鋼立柱端板上 150 mm），澆筑完成方可抱壓安裝鋼格構(gòu)柱。

4.10 立柱豎向標(biāo)高抱壓控制

在鋼格構(gòu)柱穿越底板部位需要進(jìn)行止水鋼板節(jié)點焊接，然后再進(jìn)行底板施工。因此在將鋼格構(gòu)柱進(jìn)行抱壓時，應(yīng)按照實際的底板標(biāo)高進(jìn)行控制，必要時將鋼格構(gòu)柱往下多壓一點，以使得鋼格構(gòu)柱底部澆筑混凝土的第一道綴板避開底板位置，以防止底板鋼筋無法穿越，止水鋼板無法焊接。

5 結(jié)語

本工程通過將帶抱壓平臺的鋼格構(gòu)柱提前加工制作后，在現(xiàn)場與預(yù)應(yīng)力管樁進(jìn)行裝配組合，施工效率高，工序可以前置，不僅大大縮短了工期，而且有效提高了深基坑內(nèi)支撐立柱的施工控制質(zhì)量。本技術(shù)創(chuàng)造性地采用了抱壓平臺的做法，有效解決了靜壓樁機行程不足的問題，已申請相關(guān)發(fā)明專利（專利號為：ZL 2015 2 0850280.5），并成功申報江蘇省省級工法。