張龍彪

上海建工四建集團(tuán)有限公司 上海 201103

PC組合管樁相對于傳統(tǒng)的圍護(hù)樁，是一種較為新型的工藝，主要是以鋼管樁＋拉森鋼板樁組合使用形成圍護(hù)壩體，具有強(qiáng)度高、穩(wěn)定性好、止水效果好、可重復(fù)周轉(zhuǎn)使用等諸多特點，廣泛應(yīng)用在圍護(hù)體系中[1-4]。在本工程中，作為圍護(hù)分區(qū)的壩體樁使用，優(yōu)化了原圍護(hù)設(shè)計方案。

1 工程概況

本項目位于杭州市余杭地區(qū)，主要由7個3～7層的辦公樓單體和1個地下2層停車庫組成，總建筑面積約為42萬 m2，地下建筑面積為23萬 m2，地上建筑面積為19萬 m2。

本工程周邊環(huán)境較為復(fù)雜，分布著已建的商業(yè)園區(qū)、住宅小區(qū)及學(xué)校等建（構(gòu)）筑物。同時，項目四周均為城市主干路，北側(cè)主干道路距離基坑較近，約為19 m，道路下方分布有地下管線，埋深約1 m，包括煤氣、雨水、電力、通信等各類市政管線。

本工程基坑面積約12萬 m2，基坑周長約1 500 m，開挖深度約為9 m。圍護(hù)體系主要是φ900 mm鉆孔灌注樁（局部區(qū)域為雙排）加φ850 mm三軸水泥土攪拌樁止水帷幕體系，基坑?xùn)|側(cè)設(shè)置1道鋼筋混凝土對撐。基坑中部采用雙排鉆孔灌注樁（雙排中間采用三軸水泥土攪拌樁填充加強(qiáng)），樁后采用三軸水泥土攪拌樁進(jìn)行被動區(qū)加固，同時，設(shè)置1道混凝土斜撐連接圍護(hù)壩體與地下1層結(jié)構(gòu)樓板?；铀慕蔷O(shè)置1道混凝土角撐。具體的圍護(hù)情況如圖1、圖2所示。

圖1 基坑圍護(hù)平面布置

圖2 中部斜撐區(qū)圍護(hù)典型剖面

根據(jù)地質(zhì)勘察報告，本工程由上而下主要有：填土層、淤泥質(zhì)黏土層、粉質(zhì)黏土層及砂質(zhì)粉土層等構(gòu)成。其中，由于工程地處杭州西溪濕地附近區(qū)域，所以②1層及③層均為淤泥質(zhì)黏土層，層厚約為14 m且分布不均勻，為本工程的主要土質(zhì)軟弱層。

本工程涉及地下水主要以孔隙潛水為主，埋深1.2～6.0 m，由于基坑西側(cè)土層以淤泥質(zhì)土為主，透水性較差，故不考慮設(shè)置降水井，基坑?xùn)|側(cè)淤泥質(zhì)土層較薄，砂質(zhì)粉土層較厚，故設(shè)置疏干井進(jìn)行降水。

2 圍護(hù)方案調(diào)整的背景

本工程在完成中部被動區(qū)土體加固后進(jìn)行實體取芯檢測發(fā)現(xiàn)，其抗壓強(qiáng)度為0.3～0.5 MPa，不滿足設(shè)計值1.0 MPa的要求，這將大大增加基坑開挖后圍護(hù)體變形的風(fēng)險。經(jīng)過論證，發(fā)現(xiàn)在淤泥質(zhì)土層中進(jìn)行三軸水泥土攪拌樁加固難以達(dá)到設(shè)計值1.0 MPa的要求。所以，需要在原圍護(hù)方案的基礎(chǔ)上進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，既要滿足施工工期，又要減少該區(qū)域基坑開挖后的變形風(fēng)險，經(jīng)過方案論證，最終采用在原有基坑圍護(hù)的基礎(chǔ)上，另設(shè)置圍護(hù)分區(qū)的方式來解決此問題。

3 圍護(hù)分區(qū)方案選型

針對本工程中部圍護(hù)區(qū)段的分區(qū)設(shè)計需求，在方案確認(rèn)階段，擬采用2種圍護(hù)設(shè)計方式進(jìn)行分析選型：

1）采用鉆孔灌注樁設(shè)置圍護(hù)分區(qū)：在中部區(qū)域基坑內(nèi)另設(shè)置1排鉆孔灌注樁＋三軸水泥土攪拌樁，同時，將原設(shè)計的混凝土斜撐改為水平支撐形成圍護(hù)分區(qū)。分區(qū)內(nèi)土體先行開挖，樁后50 m范圍的土體作為反壓土進(jìn)行保留。待分區(qū)內(nèi)換撐施工完成后，再進(jìn)行拆除并施工其余區(qū)域。

2）采用PC組合管樁設(shè)置圍護(hù)分區(qū)：相較于傳統(tǒng)的圍護(hù)樁，PC組合管樁是一種較為新型的工藝，主要是以鋼管樁＋拉森鋼板樁組合使用形成圍護(hù)壩體，具有強(qiáng)度高、穩(wěn)定性好、止水效果好、可重復(fù)周轉(zhuǎn)使用等諸多特點。在設(shè)置圍護(hù)分區(qū)的工況下，將鉆孔灌注樁＋三軸水泥土攪拌樁形式改為PC組合管樁，其余工況及做法與第1種方案相同。

從設(shè)置圍護(hù)分區(qū)的方式來看，其將大大增加圍護(hù)體的安全性，由于分區(qū)內(nèi)土方先行開挖，加快了中部區(qū)域圍護(hù)側(cè)地下結(jié)構(gòu)的施工速度，更早地完成換撐并減少圍護(hù)體暴露時間，對控制圍護(hù)體變形極為有利。

以材料性能及經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)來分析，由于PC組合管樁是可重復(fù)利用的材料，相比鉆孔灌注樁這種一次性的投入，其租賃使用成本將大大降低。同時，PC組合管樁施工速度快，且不需要進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，大大加快了施工進(jìn)度。綜合考慮，最終采用PC組合管樁來設(shè)置圍護(hù)分區(qū)。

4 PC組合管樁施工

4.1 圍護(hù)分區(qū)概況

PC組合管樁采用φ630 mm×14 mm鋼管樁＋拉森Ⅳ鋼板樁設(shè)置圍護(hù)分區(qū)，拉森Ⅳ鋼板樁采用小企口施口，PC工法組合管樁體系兼作止水帷幕。鋼管樁長16 m的有432根、長18 m的有51根；拉森Ⅳ鋼板樁長9 m，共533根。

鋼管樁上部設(shè)鋼筋混凝土壓頂梁，利用原設(shè)計的立柱樁形成1道混凝土水平支撐，PC組合管樁樁后50 m范圍內(nèi)的土體在圍護(hù)分區(qū)開挖時作為反壓土進(jìn)行保留。

基礎(chǔ)底板斜撐換撐采用400 mm×400 mm×13 mm×21 mm@4 000 mm的雙拼型鋼進(jìn)行設(shè)置，型鋼之間采用1 000 mm×200 mm×12 mm@2 000 mm的綴板進(jìn)行焊接連接。同時，在混凝土圍檁與基礎(chǔ)底板內(nèi)均設(shè)置鋼板預(yù)埋件，斜撐與預(yù)埋件焊接連接。調(diào)整后的圍護(hù)平面與剖面如圖3、圖4所示。

圖3 調(diào)整后的基坑圍護(hù)平面布置

圖4 圍護(hù)分區(qū)典型剖面

4.2 施工流程

場地平整→測量放線→開挖溝槽→鋼管樁定位→PC組合管樁起吊→定位校準(zhǔn)→振動錘送樁→壓頂梁與分壩內(nèi)支撐梁施工→分區(qū)內(nèi)地下結(jié)構(gòu)施工→支撐與壓頂拆除→PC組合管樁拔除

4.3 吊裝施打

在吊裝施打前，開挖定位溝槽，在溝槽內(nèi)平行放置1根φ630 mm×14 mm定位鋼管樁，規(guī)格為鋼管，長約16 m，用點焊進(jìn)行相互連接固定，以此作為后續(xù)PC組合管樁的定位控制。

施工設(shè)備采用80 t汽車吊配合28RF型電動振動錘進(jìn)行沉樁施工，整體施工流向為由西向東進(jìn)行吊裝施打（圖5）。施工過程中，通過控制吊機(jī)吊樁狀態(tài)、經(jīng)緯儀前方交會、控制沉樁速度等方式來控制沉樁垂直度。同時，首根樁的垂直度控制尤為重要，直接影響后續(xù)所有樁的施工，所以應(yīng)更加慢沉并謹(jǐn)慎施工。

圖5 PC組合管樁插打流向示意

4.4 排樁的合攏

PC組合管樁施打至末尾或垂直交接段時，將出現(xiàn)合攏區(qū)域的尺寸偏差與垂直度問題，采用標(biāo)準(zhǔn)尺寸化的管樁與拉森鋼板樁將無法順利合攏。需通過精準(zhǔn)的計算測量，定型化加工最后合攏段的鋼管鎖扣，并將此根管樁最后用于現(xiàn)場合攏施工。同時，為減少最后的合攏難度，在施工過程中，當(dāng)距離最后合攏位置大概15個樁位范圍時，每打入1根樁均采用經(jīng)緯儀控制其垂直度，通過這15根樁進(jìn)行逐根糾偏，最后順利完成合攏施工。

4.5 壓頂梁與支撐梁施工

在PC組合管樁施工完成后，即可分段進(jìn)行混凝土壓頂梁與支撐梁的綁扎與混凝土澆筑。按照設(shè)計要求，鋼板樁與鎖扣需錨入壓頂梁內(nèi)50 mm以上，才能確保壓頂梁底部的止水效果。同時，需對壓頂梁與支撐梁的梁主筋進(jìn)行優(yōu)化處理，防止出現(xiàn)碰撞管樁導(dǎo)致無法穿過的情況。

4.6 拔樁施工

圍護(hù)分區(qū)內(nèi)基礎(chǔ)底板達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度，同時，斜撐換撐施工完成后即可拆除分區(qū)內(nèi)水平支撐，而后拔除PC組合管樁。由于PC組合管樁樁后50 m范圍內(nèi)留土影響拔樁施工，所以在拔樁施工前，須將管樁樁后土體卸載至基底面上1.5 m，卸載形式按1∶2進(jìn)行放坡卸載，最后進(jìn)行圍護(hù)樁的拔除工作。拔樁前，另采用鎬頭機(jī)先將混凝土壓頂梁破碎鑿除，而后采用汽車吊配合振動錘將PC組合樁逐步進(jìn)行拔除。拔樁施工采用跳拔的方式，即先拔除相鄰的拉森鋼板樁，而后再拔除管樁。遇到拔除困難時，應(yīng)輔助采取左右晃動、上下反復(fù)插拔，或沿樁身注水濕潤等措施來減少阻力，直至將樁順利拔除。

5 圍護(hù)分區(qū)內(nèi)地下結(jié)構(gòu)施工

5.1 后澆帶分塊

南北兩側(cè)圍護(hù)分區(qū)內(nèi)地下室結(jié)構(gòu)東西向總長約為200 m，按照后澆帶進(jìn)行劃分，將基礎(chǔ)底板與地下室分為5塊進(jìn)行施工（圖6、圖7），每塊區(qū)域東西向長度約為40 m。通過此種劃分方式，可以盡量縮小每分塊土方開挖的面積，進(jìn)而減少對應(yīng)區(qū)域圍護(hù)體一次性的暴露長度，同時也加快了每分塊的墊層及底板的完成時間，有利于圍護(hù)分區(qū)內(nèi)的對撐快速形成，增加了圍護(hù)分區(qū)基坑開挖的安全性，減少了最終的基坑變形情況。

圖6 北側(cè)分區(qū)結(jié)構(gòu)分塊示意

圖7 南側(cè)分區(qū)結(jié)構(gòu)分塊示意

5.2 地下室結(jié)構(gòu)施工流程

各分區(qū)內(nèi)基礎(chǔ)底板與地下室結(jié)構(gòu)的施工流程均按照1區(qū)→2區(qū)→3區(qū)的順序進(jìn)行施工。1區(qū)土方先行開挖并澆筑混凝土墊層，待1區(qū)基礎(chǔ)底板及型鋼斜撐換撐安裝完成后，才能開挖2區(qū)的土方。同樣地，2區(qū)基礎(chǔ)底板及型鋼斜撐換撐安裝完成后，最后開挖3區(qū)土方并施工余下結(jié)構(gòu)。待3區(qū)基坑底板及換撐完成后，即可拆除圍護(hù)分區(qū)內(nèi)的混凝土水平支撐，而后進(jìn)入拔樁施工工序。

6 實施效果分析

本工程圍護(hù)方案優(yōu)化后采用PC組合管樁設(shè)置圍護(hù)分區(qū)的設(shè)計方式，順利地解決了原先被動土加固不滿足設(shè)計要求的難題，使分區(qū)內(nèi)的地下室結(jié)構(gòu)可以先行施工，加快了此部位的施工進(jìn)度。同時，通過合理地設(shè)置后澆帶對分區(qū)內(nèi)地下室結(jié)構(gòu)進(jìn)行劃分，由兩側(cè)向中間慢慢推進(jìn)施工，大大減少了分區(qū)土方開挖時圍護(hù)壩體的暴露時間，進(jìn)而減少了基坑變形量。從最終的基坑變形數(shù)據(jù)上來看，該區(qū)域圍護(hù)體最大變形量均未超報警值，保證了基坑安全。同時，依托PC組合管樁良好的止水效果，樁間也未出現(xiàn)滲漏水情況。

另外，由于圍護(hù)分區(qū)存在的時間較短，即從PC組合管柱施打開始至分區(qū)內(nèi)基礎(chǔ)底板與斜撐換撐完成就可以拆除。在杭州地區(qū)這種軟土土層內(nèi)，PC組合管樁本身的施打速度與拔除速度都非?？欤wPC組合管樁圍護(hù)結(jié)構(gòu)在較短的時間內(nèi)即可完成施工與后續(xù)的拔除工作，大大加快了施工進(jìn)度，減少了PC組合管樁的材料租賃時間，相比于傳統(tǒng)的無法回收的圍護(hù)體系，其在節(jié)約成本方面也取得了較大的成效。

7 結(jié)語

基于本工程最后的實施效果來看，采用PC組合管樁作為圍護(hù)分區(qū)的壩體樁使用是非常成功的一種設(shè)計方式，不僅加快了施工進(jìn)度，也節(jié)約了施工成本。根據(jù)現(xiàn)場實際情況來看，特別適用于類似杭州地區(qū)這種軟土、淤泥質(zhì)土層。本工程的成功實施，為后續(xù)類似土層地區(qū)的圍護(hù)工程提供了新的設(shè)計思路，相信其定將在未來應(yīng)用得更為廣泛。