陽習(xí)胡

(建華建材科技(江蘇)有限公司,鎮(zhèn)江 212000)

隨著深基坑工程的縱深化發(fā)展，要充分關(guān)注深基坑支護技術(shù)的應(yīng)用。考慮到深基坑工程量較大、受開挖方法和順序的影響較大、工期緊、質(zhì)量要求高，論文重點探討連鎖空心方樁地下連排墻基坑支護成套技術(shù)的應(yīng)用。該技術(shù)兼具鋼筋混凝土預(yù)制樁和預(yù)應(yīng)力管樁的優(yōu)點，增強相同截面積條件下的慣性矩，充分保證各節(jié)樁之間的焊接強度，提高成樁質(zhì)量，使之能夠承受樁基礎(chǔ)工程的水平荷載和豎向荷載。

1 空心方樁基坑支護新樁型分析

空心方形截面具有較圓形截面更大的慣性矩，能夠明顯提高方樁的受彎受剪承載力和抗彎剛度，并通過合理調(diào)整受力鋼筋的布置方式，使鋼筋大多布設(shè)于截面的上下兩端，有效增強樁體的抗彎承載能力。

1.1 空心方樁材料及截面設(shè)計

可以在空心方樁中引入高強度的材料，如：陰螺紋PC預(yù)應(yīng)力鋼棒PCB-1420-35-L-HG，其抗拉強度為1 420 N/mm2，彈性模量為2.0×105N/mm2，有效提高單樁的抗彎剪承載力。從配筋設(shè)計來看，基坑支護空心方樁的受力鋼筋通常布設(shè)于上下兩側(cè)，體現(xiàn)出良好的抗彎剪性能。

1.2 止水設(shè)計

傳統(tǒng)內(nèi)圓外方結(jié)構(gòu)的空心方樁截面存在一定的缺陷，對此要加以改造和優(yōu)化設(shè)計，可以將空心方樁的開孔數(shù)設(shè)計為每側(cè)上下共兩排，形成新型的空心方樁截面，并在兩根空心方樁拼接形成連續(xù)墻體之后，能夠在樁身連接處自然形成兩個圓形的孔，在其中注入砂漿材料，即可以有效達(dá)到止水的功能，如圖1所示。

相較于鉆孔灌注樁而言，基坑支護空心方樁的受彎承載力更高，達(dá)到鉆孔灌注樁的2.4～3.7倍，受剪承載力則為鉆孔灌注樁的1.6～2.0倍，抗彎剛度為鉆孔灌注樁的2.0～3.2倍。由此可見，空心方樁能夠有效增強基坑工程擋土結(jié)構(gòu)的承載能力，減少擋土結(jié)構(gòu)的變形，確保基坑及周邊環(huán)境的安全。

在深基坑工程施工之中，可以采用連鎖成墻的基坑支護空心方樁單一樁型，實現(xiàn)基坑的擋土和止水功能，有效提高每延米混凝土的節(jié)約率。同時，還可以利用連鎖空心方樁地下連排墻的高承載力、大抗彎剛度特性，以此作為基坑圍護結(jié)構(gòu)，有效減少支撐或錨桿的道數(shù)，縮短施工工期[1]。

2 基坑支護空心方樁生產(chǎn)及連鎖成墻施工分析

2.1 基坑支護空心方樁生產(chǎn)工藝

2.1.1 模具設(shè)計

要對傳統(tǒng)方樁進行改造，必須首先改造鋼模具，可以將兩根鋼管沿其直徑進行切開，形成四個半圓的止水孔鋼模具，而且要選取無縫鋼管，使之能夠承受較高的壓力。還要采用焊接的方式，將四個半圓形止水孔鋼模具與其內(nèi)表面形成一個整體，要在焊接中適當(dāng)加大焊縫的高度，保證模具的整體完好性，并保證鋼管的平直和順滑，較好地保證止水效果。

2.1.2 方樁生產(chǎn)工藝

首先要精準(zhǔn)計量砂石、水泥、水和外加劑的配合比，制備3～6 cm的低坍落度的新拌合混凝土，強度等級在C60以上?；涌招姆綐兜亩税迨枪潭A(yù)應(yīng)力鋼棒的連接件，要選取含碳量較低的碳素結(jié)構(gòu)鋼Q235，提高端板材料的機械強度和焊接性能。

1)空心方樁端板的生產(chǎn)。端板的生產(chǎn)工藝包括有：套箍的生產(chǎn)和法蘭件的生產(chǎn)。以法蘭件的生產(chǎn)工藝為例，在預(yù)制坯的前提下，對其外表面進行切削加工操作，然后進行鉆孔攻絲。在這個生產(chǎn)工藝過程中，要重點關(guān)注端板法蘭預(yù)制坯的生產(chǎn)，當(dāng)前主要采用鑄坯軸向模軋成形法，因其產(chǎn)品質(zhì)量好、成本適中，適用于基坑支護空心方樁端板的生產(chǎn)制作。同時，在生產(chǎn)空心方樁的過程中，可以選擇預(yù)應(yīng)力鋼棒或箍筋作為骨架材料，要采用低松弛鋼筋，使之具有較強的預(yù)壓應(yīng)力，選用強度較高的預(yù)應(yīng)力鋼棒，確?？招姆綐毒哂邢嗤念A(yù)壓應(yīng)力；還要求預(yù)應(yīng)力鋼棒具有良好的可焊性和可鐓性，保證空心方樁預(yù)加應(yīng)力的均勻性，避免質(zhì)量不穩(wěn)的問題。如果選用箍筋作為骨架材料，則應(yīng)當(dāng)選擇直徑4～6 mm的Q235低碳冷拔鋼絲，將螺旋箍筋纏繞于預(yù)應(yīng)力鋼棒上，依照預(yù)定的螺距和長度進行焊接成型，并進行合理修正和調(diào)整。

2)布料合模。預(yù)先清理模板，均勻涂刷脫模劑，保證張拉螺栓與張拉板、錨固板的匹配性，避免樁端出現(xiàn)傾斜不穩(wěn)的現(xiàn)象。再將制作完成的鋼筋骨架和方形端板放入基坑支護空心方樁的鋼模具之中，與預(yù)應(yīng)力鋼棒錨固板、張拉板/桿相連接，注意鋼筋骨架的找正操作，確保鋼套箍入模時的平順。采用布料機將新拌混凝土均勻填充于下半模，并注意布料時樁模的溫度控制，通常將溫度控制在45 ℃以內(nèi)。在合模作業(yè)中要保證上模對準(zhǔn)、固定，避免與鋼套箍相碰撞，并不得在高速離心作業(yè)中出現(xiàn)松動或跑漿的現(xiàn)象。

3)預(yù)應(yīng)力張拉。通常采用鋼板模外一次性整體張拉工藝，對預(yù)應(yīng)力鋼棒進行張拉作業(yè)，首先要進行張拉千斤頂?shù)男ｒ?，通常采用反校法進行校驗，保證校正的準(zhǔn)確度，待張拉至鋼筋強度的70%時，以大螺母將張拉桿固定于鋼模具上。如果在張拉校驗中出現(xiàn)預(yù)應(yīng)力鋼棒連續(xù)斷裂、千斤頂漏油、壓力表指針無法歸零時，要對張拉設(shè)備進行重新校驗。在對合模后的空心方樁鋼筋骨架整體張拉時，要注重應(yīng)力控制和伸長值的控制。如果預(yù)應(yīng)力鋼棒的質(zhì)量優(yōu)良，也可以采用超張拉工藝，減少預(yù)應(yīng)力損失。

4)離心成型?？招姆綐痘炷烈氆@得足夠的強度，必須注重離心成型工藝的應(yīng)用，充分考慮混凝土配合比、減水劑種類及用量、磨細(xì)礦物質(zhì)摻量、離心機與模具工作狀態(tài)，關(guān)注和控制各階段的離心轉(zhuǎn)速和持續(xù)時間。在離心成型工藝的低中速階段，要適當(dāng)增大離心力，使混凝土混合物沿模板內(nèi)壁均勻分布；在離心成型工藝的高速階段，則要在離心作用下使混合物密實成形。離心過程的適當(dāng)振動有利于成形，能夠降低物料的粘度，增加物料的密實性，提高物料的強度，規(guī)避蜂窩、麻面、端頭板脫空等質(zhì)量缺陷。然而過分振動則會使混凝土在低速狀態(tài)下出現(xiàn)分層離析且在高速階段出現(xiàn)結(jié)構(gòu)破壞。通過離心成型工藝，使空心方樁成為一個圓形內(nèi)腔。

5)養(yǎng)護。通常采用常壓蒸汽養(yǎng)護方法，在常壓下蒸汽溫度45 ℃的條件下進行空心方樁的養(yǎng)護，快速提高混凝土的強度，使之達(dá)到C60以上。其操作步驟主要包括：靜停、升溫、恒溫、降溫等過程，其中：靜停是將離心成型的帶?？招姆綐哆M行靜置，靜停時間為1～2 h，再緩慢升溫至90～100 ℃，在水泥的水化反應(yīng)下逐漸獲取混凝土初始結(jié)構(gòu)強度，避免混凝土出現(xiàn)升溫過程的“腫脹”現(xiàn)象。

6)脫模。將常壓蒸汽養(yǎng)護后的帶?？招姆綐吨糜诿撃Ｅ_位上，卸除張拉螺栓和合模螺栓，對樁體施加預(yù)應(yīng)力，吊去上半模，翻動下半模，再涂抹脫模劑，對脫模的空心方樁繼續(xù)壓蒸養(yǎng)護，使其脫模強度為C60。

7)壓蒸養(yǎng)護。在對空心方樁進行常壓蒸汽養(yǎng)護之后，還可以將其置于壓蒸釜中實施壓蒸養(yǎng)護，以飽和水蒸氣為養(yǎng)護介質(zhì)，蒸汽壓力控制在0.9～1.0 MPa，溫度控制在180 ℃左右。待壓蒸養(yǎng)護完成后，必須等釜內(nèi)壓力下降至外部壓力時方可開啟釜門，避免出現(xiàn)溫差過大而使空心方樁出現(xiàn)溫度裂縫的現(xiàn)象。

8)自然養(yǎng)護。脫模后的空心方樁要實施保濕養(yǎng)護，使混凝土處于表面潤濕狀態(tài)，保證空心方樁的強度和質(zhì)量。

2.1.3 成品的單樁承載力試驗

工廠生產(chǎn)的空心方樁要在樁身處標(biāo)明標(biāo)志，對PS-C600(400)型基坑支護空心方樁進行檢驗，獲取相關(guān)檢測數(shù)據(jù)：抗裂彎矩為390 kN·m、極限彎矩為637 kN·m，與計算值相接近，表明空心方樁符合基坑支護工藝要求[2]。

2.2 基坑支護空心方樁的連鎖成墻施工工藝

2.2.1 選擇施工機械

基坑支護空心方樁的連鎖成墻施工采用靜壓法沉樁施工工藝，并選擇抱壓式靜力壓樁機，抱壓式樁機的夾持機構(gòu)要盡量避開樁身兩側(cè)合縫位置，通過樁身對周邊土體的排擠作用，增加地基土的側(cè)向應(yīng)力和土體密度。在靜壓法沉樁施工過程中，由于基坑支護空心方樁位于基坑邊線上，因而要使基坑工程的邊線盡量貼近用地紅線，然而紅線處通常有已完工的道路、地下管線等市政設(shè)施及鄰近建筑物，因而無法擴展基坑支護空心方樁的壓樁空間，難以形成對稱靜壓條件，因而要求靜壓樁機具有更大的壓樁力。

2.2.2 樁尖的制作

樁尖是靜壓沉樁施工工藝預(yù)定深度的重要構(gòu)件，由于圓錐形樁尖無法使基坑支護空心方樁截面形心軸與基坑邊線相平行，極易使基坑支護空心方樁在施工過程出現(xiàn)扭轉(zhuǎn)，無法形成連鎖墻體。因此，要在樁尖制作中選用閉口棱錐型的樁尖，使土體壓力沿棱錐型樁尖的三角形表面?zhèn)鬟f，使基坑支護空心方樁截面形心軸與基坑邊線相平行，保證基坑支護空心方樁連鎖成墻。同時，結(jié)合預(yù)制空心方樁連鎖形成地下連排墻的要求，可以設(shè)計和應(yīng)用以下兩種樁尖：空間對稱的樁尖、前后對稱但左右不對稱的樁尖，如圖2所示。

2.2.3 施工第一根樁

在施工現(xiàn)場的“三通一平”前提下，進行基坑支護空心方樁的起吊。考慮到方樁體積大且易于開裂，要使配筋多的上下兩側(cè)承受起吊荷載，使樁身的受彎承載力大于樁體最大彎矩，注意不可在起吊時使左右兩側(cè)承受荷載，這主要是由于基坑支護空心方樁左右兩側(cè)的配筋數(shù)量較少，無法承受起吊荷載。同時，還要注重基坑支護空心方樁的垂直度控制，使樁體的垂直度偏差在0.5%以內(nèi)，樁體垂直度偏差低于60 mm。具體控制方法為：采用空間對稱的第一種樁尖；主動引孔以降低樁與土體之間的摩擦力；由第一根基坑支護空心方樁控制樁的垂直度[3]。

2.2.4 空心方樁連鎖成墻

要使空心方樁連鎖成墻“并得緊”、“靠得齊”，在選擇第二根樁的樁尖時，應(yīng)當(dāng)采用前后對稱但左右不對稱的樁尖，而不得選取空間對稱的第一種樁尖，通過樁尖兩側(cè)不平衡的土體擠壓作用，使第二根樁靠攏第一根樁。同時，要注意控制第二根樁的垂直度，使第二根樁軸線始終與第一根樁軸線相平行，使兩根樁成功連鎖成墻。如圖3所示。

2.3 連鎖空心方樁地下連排墻的止水工藝

將兩根預(yù)制空心方樁壓至設(shè)計深度，使之拼接為一個整體的地下連排墻，使相鄰預(yù)制樁的側(cè)壁形成整圓的止水孔，在孔中注入膠凝止水材料，僅在前排止水孔中注漿，后排止水孔先不注漿。并要注意注漿的時機，應(yīng)當(dāng)先開挖2～3 m的基坑之后再注漿，有利于注漿空間的封閉[4]。

3 結(jié) 論

綜上所述，連鎖空心方樁地下連排墻基坑支護成套技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)擋土和止水的功能，體現(xiàn)出良好的單樁承載能力和抗彎剛度，較好地適用于基坑支護工程之中。后續(xù)還要進一步探討接樁、多道錨桿及腰梁的設(shè)置研究，并以錨樁替代錨桿，考慮引入非預(yù)應(yīng)力普通鋼筋和高強的預(yù)應(yīng)力鋼棒混合鋼筋，增強樁身的受彎性能。