周 杰，蔣 峰，洪 鑫，顧文斌

（江蘇九如建設(shè)有限公司，江蘇 昆山 215300）

0 引言

傳統(tǒng)的深基坑內(nèi)支撐立柱通常是采用鉆孔灌注樁+鋼格構(gòu)柱的立柱形式，這種施工工藝目前來(lái)講比較落后，施工過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的泥漿污染，而且鉆孔灌注樁的垂直度也一直比較難以控制，施工質(zhì)量差，成本也相對(duì)較高，越來(lái)越難以滿足當(dāng)前綠色建造和精益建造的發(fā)展理念。

筆者單位發(fā)明了一種預(yù)應(yīng)力空心方樁+鋼格構(gòu)柱的集成立柱形式，通過(guò)將預(yù)應(yīng)力空心方樁和鋼格構(gòu)柱進(jìn)行裝配組合，有效克服了傳統(tǒng)做法的缺點(diǎn)，不僅減少了環(huán)境污染，而且提高了施工質(zhì)量。本文結(jié)合樾河小學(xué)項(xiàng)目深基坑內(nèi)支撐立柱的成功應(yīng)用案例，對(duì)該種集成立柱的設(shè)計(jì)方案、施工流程以及施工質(zhì)量控制要點(diǎn)進(jìn)行了簡(jiǎn)要介紹，可供類似工程參考。

1 項(xiàng)目簡(jiǎn)介

1.1 工程概況

樾河小學(xué)項(xiàng)目包括行政樓 A、教學(xué)樓（B-C-DE-F）、地下車庫(kù)（含人防）及室外配套工程，位于江蘇省昆山市開(kāi)發(fā)區(qū)南浜路南側(cè)、樾河路西側(cè)。本工程按綠色三星等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，并獲得江蘇省綠色施工示范工程。

本工程總用地面積為 39 635.6 m2，總建筑面積 41 067.49 m2，其中地上建筑面積 32 094.1 m2，地下 9 088.69 m2，所有單體均采用框架結(jié)構(gòu)，地下 1 層，地上最高 5 層，最大建筑高度 23.6 m。項(xiàng)目整體效果圖如圖 1 所示。

圖1 項(xiàng)目整體效果圖

1.2 基坑概況

本工程地下一層地庫(kù)（含人防地庫(kù)）總建筑面積 9 088.69 m2，整體呈“Z”形，圍護(hù)面積約 9 200 m2，東西向最長(zhǎng)處約 100 m，南北長(zhǎng)約 180 m，圍護(hù)周長(zhǎng)約 740 m。普通地庫(kù)挖深 4.9 m，南側(cè)人防地庫(kù)挖深 5.4 m。

基坑環(huán)境相對(duì)復(fù)雜。南側(cè)離紅線距離約 10.7 m，離紅線外的高層居民樓約 26.0 m，居民樓基礎(chǔ)形式為樁基礎(chǔ)，紅線外埋設(shè)有路燈等管線；北側(cè)離紅線距離約 10.7 m，離紅線外的市政道路約 16.7 m，紅線外埋設(shè)有污水管、天然氣管、雨水管等管線。

因此基坑圍護(hù)設(shè)計(jì)單位對(duì)南側(cè) A 區(qū)和北側(cè) F 區(qū)兩塊區(qū)域基坑均采用 SMW 工法樁+混凝土支撐的圍護(hù)方案，共設(shè)計(jì)了 37 根內(nèi)支撐立柱（A 區(qū) 8 根，F(xiàn) 區(qū) 29 根），基坑平面布置圖如圖 2 所示。

2.1 預(yù)應(yīng)力方樁基礎(chǔ)

由于本工程主體結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)采用預(yù)應(yīng)力空心方樁，為了便于施工，下部方樁基礎(chǔ)采用同型號(hào)方樁 HKFZ-AB 500（310），以避免樁機(jī)打樁過(guò)程中換夾具，節(jié)省時(shí)間。

根據(jù)基坑圍護(hù)設(shè)計(jì)單位所提供的鉆孔灌注樁截面以及長(zhǎng)度，根據(jù)文獻(xiàn)［1］的計(jì)算公式和地勘報(bào)告提供的土層參數(shù)進(jìn)行等效承載力換算，經(jīng)計(jì)算樁長(zhǎng)取 22 m。

2.2 中部方樁插芯

中部方樁插芯用于連接下部預(yù)應(yīng)力空心方樁基礎(chǔ)和上部鋼格構(gòu)柱，其設(shè)計(jì)尤為重要。

根據(jù)計(jì)算，插芯采用 4 根長(zhǎng)度 2.5 m的 L 型80 mm×10 mm 角鋼，綴板尺寸為 170 mm×100 mm×10 mm，間距 600 mm，底部為焊接直徑 290 mm、厚度 3 mm 的圓形托板（鋼材型號(hào) Q235）。

2.3 上部鋼格構(gòu)柱

上部鋼格構(gòu)柱仍選用基坑圍護(hù)設(shè)計(jì)單位所提供的原設(shè)計(jì)方案，主要由 4 根長(zhǎng)度 3.5 m 的 L 型 125 mm×12 mm 角鋼組成，綴板尺寸為 420 mm×300 mm×10 mm，間距 600 mm，鋼材型號(hào) Q345。

2 集成立柱設(shè)計(jì)方案

在編制施工方案時(shí)將基坑圍護(hù)設(shè)計(jì)單位設(shè)計(jì)的鉆孔灌注樁+鋼格構(gòu)柱的立柱形式改為預(yù)應(yīng)力空心方樁+鋼格構(gòu)柱的集成立柱形式，并一次性通過(guò)專家論證。集成立柱體系主要由下部預(yù)應(yīng)力方樁基礎(chǔ)、中部方樁插芯、上部鋼格構(gòu)柱以及連接節(jié)點(diǎn)四部分組成，各部分簡(jiǎn)述如下。

圖2 基坑平面布置圖（單位：m）

2.4 連接節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)

插芯上端焊接厚度為 20 mm 的連接端板（鋼材型號(hào)為 Q235），在該連接端板的下邊緣設(shè)置與方樁端板一致的坡口，并與之采用角焊縫連接；上部鋼格構(gòu)柱再與連接端板進(jìn)行焊接，并通過(guò)設(shè)置三角形加勁板加強(qiáng)連接節(jié)點(diǎn)的可靠性。

3 施工工藝流程概述

3.1 第一階段工藝流程

第一階段工藝流程與傳統(tǒng)做法不同，主要施工工藝流程如下。

空心方樁采購(gòu)→上部鋼格構(gòu)柱制作→中部方樁插芯制作→立柱測(cè)量放線定位→壓樁→中部方樁插芯吊裝→連接端板與方樁端板焊接→端板上部設(shè)置塑料薄膜保護(hù)層→中部方樁插芯灌漿并振搗密實(shí)→去除塑料保護(hù)層→清理連接端板→上部鋼格構(gòu)柱定位→鋼格構(gòu)柱與連接端板焊接（含內(nèi)部加勁板）→補(bǔ)澆混凝土至第一道綴板頂面→送至設(shè)計(jì)標(biāo)高。

3.2 第二階段工藝流程

第二階段工藝流程與傳統(tǒng)的鉆孔灌注樁+鋼格構(gòu)柱施工工藝相同，即根據(jù)基坑設(shè)計(jì)要求進(jìn)行基坑開(kāi)挖、施工支撐直至開(kāi)挖至基坑底面→墊層施工→鋼格構(gòu)柱穿越底板部位進(jìn)行止水鋼板焊接→底板施工→按照設(shè)計(jì)要求換撐、拆撐→拆除上部鋼格構(gòu)柱。

4 施工質(zhì)量控制要點(diǎn)

由于集成立柱需要提前制作，為防止由于前面的疏忽導(dǎo)致后續(xù)施工大面積返工，本工程根據(jù)方案先行、樣板引路的理念進(jìn)行管控，通過(guò)大量前期充分準(zhǔn)備工作對(duì)施工方案進(jìn)行調(diào)整、確認(rèn)，并梳理出各項(xiàng)施工質(zhì)量控制要點(diǎn)，從而真正做到事前控制。各控制要點(diǎn)分述如下。

4.1 方案可行性確認(rèn)

4.1.1 基礎(chǔ)截面

基礎(chǔ)截面主要包括預(yù)應(yīng)力空心方樁邊長(zhǎng)（B）和孔徑（D），其邊長(zhǎng)需與上部鋼格構(gòu)柱方形截面邊長(zhǎng)（b）匹配，即 B>b；同時(shí)應(yīng)確保上部鋼格構(gòu)柱的 4 根角鋼（壁厚 d）均位于預(yù)應(yīng)力空心方樁截面上，即 b/2-d>D/2。

本工程 B 為 500 mm，D 為 310 mm，b 為 440 mm，d 為 12 mm，滿足要求，截面對(duì)比如圖 3 所示。

圖3 基礎(chǔ)截面對(duì)比圖（單位：mm）

4.1.2 插芯截面

由于方樁生產(chǎn)工藝問(wèn)題，在混凝土離心過(guò)程中孔洞內(nèi)壁會(huì)遺留部分凹凸不平的浮漿，經(jīng)統(tǒng)計(jì)，厚度大約在 20 mm 左右。

為保證插芯能夠順利插入下部空心方樁內(nèi)，插芯鋼格構(gòu)柱的截面邊長(zhǎng)（b0）應(yīng)滿足b0≤（D-2×20）/1.414=190；同時(shí)為保證灌漿質(zhì)量，混凝土應(yīng)相應(yīng)能夠穿過(guò) L 型鋼之間的空隙（取 30 mm），則單根 L 型角鋼邊長(zhǎng)不宜大于（b0-30）/2=80 mm，截面對(duì)比如圖 4 所示。

圖4 插芯截面對(duì)比圖（單位：mm）

4.1.3 連接節(jié)點(diǎn)

在鋼格構(gòu)柱端部設(shè)置的三角形加勁板尺寸高度為鋼格構(gòu)柱的綴板高度，即300mm；角部的加勁板邊長(zhǎng)應(yīng)滿足［（b×1.414-120）/2-2×d-45］，即取為 180 mm；中部的加勁板邊長(zhǎng)可?。郏╞-240-10）/2-20］，即取為 75 mm，平面圖和剖面圖分別如圖 5～ 6 所示。

圖5 連接節(jié)點(diǎn)平面圖（單位：mm）

圖6 連接節(jié)點(diǎn)剖面圖

4.2 節(jié)點(diǎn)焊接交底

4.2.1 三維建模

鋼格構(gòu)柱與連接端板節(jié)點(diǎn)比較復(fù)雜，為控制焊接質(zhì)量，提前采用 BIM 技術(shù)進(jìn)行三維建模。為防止信息傳遞有誤，到項(xiàng)目部組織相關(guān)人員統(tǒng)一進(jìn)行技術(shù)交底，讓電焊工事先直觀了解節(jié)點(diǎn)相關(guān)要求，增強(qiáng)感性認(rèn)識(shí)，確保焊接質(zhì)量，三維節(jié)點(diǎn)詳圖如圖 7 所示。

圖7 三維節(jié)點(diǎn)詳圖

4.2.2 焊接要求

焊接時(shí)要求質(zhì)檢員專門按方案要求測(cè)量控制截面、垂直度、綴板間距，各節(jié)點(diǎn)焊縫的施工應(yīng)滿足參考文獻(xiàn)［2］的要求，焊縫等級(jí)不低于二級(jí)。

4.3 樁基定位

下部空心方樁基礎(chǔ)的定位應(yīng)按照基坑設(shè)計(jì)方案要求進(jìn)行，測(cè)量放線定位誤差應(yīng)符合參考文獻(xiàn)［1］的方樁樁位偏差的要求。

為便于支撐施工時(shí)的鋼筋排布，上部鋼格構(gòu)柱的邊長(zhǎng)方向應(yīng)與混凝土內(nèi)支撐方向保持平行，因此打樁時(shí)應(yīng)重點(diǎn)注意控制方樁的邊長(zhǎng)方向，定位要準(zhǔn)確。

4.4 插芯灌漿

按照要求對(duì)方樁進(jìn)行抱壓施工。在抱壓施工過(guò)程中應(yīng)注意保持方樁的垂直度，待最后一節(jié)方樁的樁頂比自然地面高 1.2 m 左右時(shí)立即停止靜壓施工。隨后開(kāi)始清理方樁端板，插入中部插芯，并將中部插芯的連接端板與下部方樁端板進(jìn)行焊接。

待各節(jié)點(diǎn)焊接完成后，在中部插芯的連接端板頂面鋪設(shè)一層塑料薄膜保護(hù)層，在插芯范圍澆灌 C40 微膨脹混凝土，注意振搗密實(shí)，直至透氣孔處泛出混凝土漿液，去除連接端板的塑料保護(hù)層。

4.5 節(jié)點(diǎn)加固

吊裝上部鋼格構(gòu)柱，注意調(diào)整其截面方向，將上部鋼格構(gòu)柱與連接端板進(jìn)行焊接，并焊接內(nèi)側(cè)的加勁板，然后補(bǔ)澆混凝土至鋼格構(gòu)柱下部第一道綴板的頂面。

澆灌插芯混凝土以及補(bǔ)澆連接端板上部的混凝土?xí)r，內(nèi)部操作空間很小，混凝土澆筑比較困難，只能用小灰桶一桶一桶倒，耗時(shí)耗人工，應(yīng)注意澆筑質(zhì)量。

4.6 頂壓送樁

繼續(xù)利用靜壓樁機(jī)送樁，對(duì)于鋼格構(gòu)柱樁頂標(biāo)高低于自然地面的，采用送樁器進(jìn)行送樁，直至鋼格構(gòu)柱柱頂標(biāo)高達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)高，注意應(yīng)壓至不影響止水鋼板和底板鋼筋施工的深度。

本工程采用頂壓法送樁，壓至設(shè)計(jì)標(biāo)高處時(shí)，壓樁機(jī)的上夾具剛好勉強(qiáng)夠到送樁器的底部。如果上部鋼格構(gòu)柱超過(guò)一定長(zhǎng)度，壓樁機(jī)行程不夠，就無(wú)法用該方法送樁，需要另做抱壓平臺(tái)，相對(duì)比較復(fù)雜。

5 工程應(yīng)用實(shí)際效果

經(jīng)與傳統(tǒng)的鉆孔灌注樁+鋼格構(gòu)柱立柱形式對(duì)比分析，單根立柱節(jié)約成本近 8 000 元、節(jié)約工期約 2.5 h，共節(jié)約成本近 30 萬(wàn)元、節(jié)約工期約 12 d，大大提升了施工效率，安全可控，施工質(zhì)量得以大幅提升，獲得了業(yè)主及監(jiān)理單位的一致好評(píng)?，F(xiàn)場(chǎng)施工過(guò)程如圖 8 所示，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果如圖 9 所示。

圖8 現(xiàn)場(chǎng)施工過(guò)程圖

圖9 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果圖

6 結(jié)語(yǔ)

該集成立柱通過(guò)將空心方樁和鋼格構(gòu)柱裝配組合，充分發(fā)揮兩者優(yōu)勢(shì)。本技術(shù)適用于一道或多道內(nèi)支撐支護(hù)的深基坑立柱，以及位于基坑內(nèi)需要采用組合式基礎(chǔ)的塔吊立柱。預(yù)應(yīng)力空心方樁和鋼格構(gòu)柱均可先在工廠內(nèi)提前加工制作，將二者運(yùn)至工地現(xiàn)場(chǎng)后再進(jìn)行裝配組合，施工效率高，工序可以前置，工期大大縮短。但是現(xiàn)場(chǎng)尚需對(duì)節(jié)點(diǎn)部位進(jìn)行濕作業(yè)處理，只有去除所有的濕作業(yè)，同時(shí)盡量減少現(xiàn)場(chǎng)的焊接，這樣才能真正做到簡(jiǎn)捷高效。該技術(shù)不僅提高了深基坑內(nèi)支撐立柱的垂直度施工控制質(zhì)量，而且有效減少了傳統(tǒng)鉆孔灌注樁+鋼格構(gòu)柱施工方法帶來(lái)的泥漿對(duì)周邊環(huán)境的污染，加之采用靜壓法施工，噪音能夠得以有效控制，屬于環(huán)境友好型的一項(xiàng)綠色施工技術(shù)，經(jīng)濟(jì)效益也相對(duì)比較高，值得在今后的項(xiàng)目中進(jìn)一步推廣應(yīng)用。