楊聿智

（國家能源集團國能榆林能源有限責(zé)任公司，陜西 榆林 719408）

0 引言

在三維世界里水平方向沒有支護空間情況下，尋求豎向支護方式是必經(jīng)之路。要解決支護方式問題就要搞清既有建筑物的結(jié)構(gòu)設(shè)計、結(jié)構(gòu)形式及結(jié)構(gòu)所用材料等，還要考慮新建筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計與原建筑設(shè)計是否連續(xù)或沖突，才能在選擇支護方式和材料時既滿足既有建筑的安全性又兼顧新建筑物的適用性，此外，支護的質(zhì)量管控也是支護成敗的重要因素。在綜合考慮既有建筑和新建筑設(shè)計的同時考慮選擇什么樣的支護方式和支護材料對既有建筑安全起到保障作用，還對新建筑物沒有不利影響就成為關(guān)鍵因素。在水平方向沒有支護空間，新建筑物基礎(chǔ)又低于既有建筑基礎(chǔ) 1.2 m 的狹窄空間里為滿足了上述功能和要求，從而引出對結(jié)構(gòu)設(shè)計的分析、對基坑支護方案設(shè)計質(zhì)量控制、沉降觀察對灌注樁施工的質(zhì)量控制方法以及灌注樁整體質(zhì)量管理與控制方法應(yīng)用的研究。

1 工程概況

郭家灣煤礦職工食堂由于就餐人員增加需新增加結(jié)構(gòu)空間，為了既有建筑安全擴建工程采用增加水平面方向結(jié)構(gòu)空間。由于增加電梯功能，新的改擴建工程基礎(chǔ)深度比既有建筑物基礎(chǔ)深度增加了 1.2 m，且新建基礎(chǔ)外邊沿與既有建筑物基礎(chǔ)外邊沿相距僅 0.55 m，因此不具備放坡條件，施工狹窄和基礎(chǔ)不在同一標高處成為本工程施工難點，為此選擇施工方案成為關(guān)鍵。施工過程中通過分析大開挖和斜壁支撐是不可行的，因為大開挖勢必對既有建筑地基造成擾動，斜壁支撐影響新建建筑無法施工。如果選擇鋼板樁直臂打入支撐，由于鋼板樁抗壓能力較低的特性，也不符合有效支撐條件。通過比較選擇鋼筋混凝土灌注樁，既利用鋼筋的強抗拉、抗彎等特性，又利用混凝土強抗壓特性，且垂直施工節(jié)約空間，起到直臂支護效果。同時考慮到鋼筋混凝土灌注樁既對既有建筑物結(jié)構(gòu)安全進行了保護，又利用基層掛鋼筋網(wǎng)片抹灰作為新建剪力墻模板，解決了兩建筑物相距甚近的施工難題，最終選擇了混凝土灌注樁支護方案。鉆孔灌注樁按其作用可分一是地基加固的一種方式，通過打樁加大地基的承載能力；二是邊坡支護的一種方式，用于邊坡維護抵抗土方側(cè)壓力，防止土方位移。本工程正是用支護的方式對既有建筑的防護。

為了形象的理解既有建筑和新建筑的關(guān)系以及灌注樁布置，下面提供基坑斷面圖和基坑支護施工圖，如圖 1～圖 3 所示。

圖1 基坑斷面示意圖（單位：mm）

圖2 灌注樁支護平面圖

圖3 基坑支護剖面圖［1］（單位：mm）

2 兩建筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計分析

本工程既有建筑為郭家灣煤礦職工食堂，結(jié)構(gòu)形式為混凝土獨立柱基礎(chǔ)，混凝土框架結(jié)構(gòu)工程。擴建工程為郭家灣職工食堂改擴建工程，結(jié)構(gòu)形式是混凝土框架剪力墻結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)安全等級均為一級，結(jié)構(gòu)使用年限均為 50 年。對建筑工程進行合理設(shè)計，可提升工程安全性和功能性，減少質(zhì)量問題發(fā)生的風(fēng)險，進一步提升建筑工程施工質(zhì)量，有利于延長土木工程建筑的使用年限。土木工程使用年限是評估建筑施工質(zhì)量的關(guān)鍵性指標，結(jié)構(gòu)設(shè)計是使用年限的重要因素。鋼筋混凝土材料在國內(nèi)外廣泛應(yīng)用已有上百年的歷史，實踐證明鋼筋混凝土材料兼具鋼筋抗拉、抗彎等優(yōu)點和混凝土抗壓、耐久等優(yōu)點，且二者線膨脹系數(shù)基本一致，具有耐久性、高強性、高流動性、耐火性、可模性、整體性等特性，雖然有著自重大、抗裂性差等缺點，但通過高強混凝土配合比技術(shù)處理和鋼筋強度技術(shù)的提高可以克服以上缺點，是延長結(jié)構(gòu)使用年限很好的材料?；炷两Y(jié)構(gòu)設(shè)計一方面通過正截面、斜截面、彎剪受力數(shù)據(jù)提供設(shè)計依據(jù)，另一方面混凝土結(jié)構(gòu)裂縫采用相應(yīng)控制措施，提升鋼筋混凝土耐久性和抗震性能。按照既有建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計原則［2］，擴建工程采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)形式，延續(xù)了既有建筑的安全等級和使用壽命。從設(shè)計八大控制指標（剛度比、剛重比、抗剪承載力之比、周期比、剪重比、位移比、位移角、軸壓比）來看，相同結(jié)構(gòu)形式在保證結(jié)構(gòu)延性、結(jié)構(gòu)安全、結(jié)構(gòu)變形等方面具有更簡單、更有效的控制方法。相同結(jié)構(gòu)形式在空間使用上也更具有延續(xù)性，使得新建物與既有建筑物使用功能沒有視覺落差。

3 基坑支護方案設(shè)計是質(zhì)量管控的總閥門

3.1 基坑支護方案設(shè)計的理論分析

地基加固技術(shù)是土木工程建筑施工當(dāng)中十分重要的一項技術(shù)，能有效地對建筑物質(zhì)量進行保護，還能避免很多安全事故的發(fā)生［3］?；又ёo是對既有建筑結(jié)構(gòu)可靠性的保證措施，結(jié)構(gòu)體系模型和結(jié)構(gòu)材料對結(jié)構(gòu)安全起著至關(guān)重要的作用。結(jié)構(gòu)失效模式和鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)變形特征并不是結(jié)構(gòu)可靠度的充分條件，從試驗結(jié)果看小震、中震大都是獨立的，大震相關(guān)性較高［4］，所以基坑支護結(jié)構(gòu)形式、選用材料對既有建筑物可靠性非常重要，按照現(xiàn)行極限概率設(shè)計規(guī)范是可行的。考慮到既有建筑已使用了 10 年，地基已處于穩(wěn)定狀態(tài)，新的改擴建工程地基層在原有建筑地基層下 1.2 m 處，且基礎(chǔ)外邊沿相距僅 0.55 m 的實際情況，JGJ 120－2012《建筑基坑支護技術(shù)規(guī)程》總則 1.0.3 條規(guī)定：基坑支護設(shè)計、施工與基坑開挖，應(yīng)綜合考慮地質(zhì)條件、基坑周邊環(huán)境要求、主體地下結(jié)構(gòu)要求、施工季節(jié)變化及支護結(jié)構(gòu)使用期等因素，因地制宜、合理選型、優(yōu)化設(shè)計、精心施工、嚴格監(jiān)控［5］，基坑開挖勢必影響到原有建筑地基的受力狀態(tài)，選擇什么樣的基坑支護方案對既有建筑地基受力狀態(tài)影響最小就顯得非常重要。在組織榆林市巖土專家、結(jié)構(gòu)專家、有經(jīng)驗的施工專家反復(fù)比較論證基礎(chǔ)上，排除了大開挖對既有建筑地基擾動、排除了斜壁支撐無法滿足現(xiàn)有建筑施工、排除了鋼板樁抗壓能力較低的缺點，最終采用鉆孔灌注樁加固方案。鉆孔灌注樁加固方案既起到基坑支護作用，又對既有建筑地基擾動影響最小。JGJ 120－2012《建筑基坑支護技術(shù)規(guī)程》設(shè)計原則 3.1.2 基坑支護應(yīng)滿足下列功能要求：①保證基坑周邊建（構(gòu)）筑物、地下管線、道路的安全和正常使用；②保證主體地下結(jié)構(gòu)的施工空間。

3.2 采用鋼筋混凝土灌注樁主要理由和措施

灌注樁在原地面開始施工，并沒有直接擾動原地基，最不利的是施工鉆孔振動引起的動載荷對原地基影響，但是考慮原地基已處于穩(wěn)定狀態(tài)，根據(jù)鉆孔機振動頻率和既有地基失穩(wěn)應(yīng)力，經(jīng)相關(guān)人員推算施工動載荷不會對原地基形成破壞狀態(tài)，在理論上給了信心。為了避免因振動對原地基沉降變形，施工中采取既有建筑設(shè)沉降觀測點措施，動態(tài)監(jiān)視既有建筑地基狀態(tài)。

鋼筋混凝土灌注樁由于充分發(fā)揮抗拉、抗彎、抗剪、抗壓、耐久等基本性能［6］，基坑開挖后起到保護既有建筑和保證基坑開挖不放坡的有利狀態(tài)，同時為了發(fā)揮混凝土灌注樁的整體保護作用，所有灌注樁用冠梁連接，使樁頂錨入形成固定端，從而控制基坑開挖過程中樁頂變形，保證基坑的穩(wěn)定和安全。支護樁的樁頂冠梁冠梁將作為結(jié)構(gòu)受力構(gòu)件進行設(shè)計，此時，JGJ 120－2012《建筑基坑支護技術(shù)規(guī)程》要求，樁身縱向受力鋼筋深入冠梁的錨固長度需要按照 GB 50010－2010《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》對鋼筋錨固的規(guī)定執(zhí)行［7］。

灌注樁支護方案設(shè)計已經(jīng)陜西中宏巖土工程有限公司驗算，在整體穩(wěn)定性、抗傾覆穩(wěn)定性、嵌固深度構(gòu)造驗算、嵌固段基坑內(nèi)側(cè)土反力驗算均滿足規(guī)范要求。

4 沉降觀察使用對灌注樁施工的質(zhì)量控制方法

本工程建筑物沉降觀察是灌注樁施工振動對既有建筑地基影響的有力佐證，以便在施工時適時調(diào)整施工方案和提出確保安全的預(yù)案措施。雖然本工程沉降觀測記錄結(jié)果從沉降觀察曲線表上看基本沒什么變化，但是在施工前還是做了充分準備，施工中按照 JGJ 8－2016《建筑變形測量規(guī)范》已編制詳細的沉降觀測方案［8］，這里不作詳細贅述，僅就思路方式介紹幾點。

4.1 沉降觀測點布置

在原建筑物選擇臨靠新建筑兩個不同柱子上布置和原建筑物中部兩個不同柱子布置共 4 個觀測點。這樣布置目的就是觀察臨近振動點建筑物沉降有無變化，中部觀察點觀察建筑物沉降有無變化，進而判斷對整個建筑物有無影響。

4.2 沉降觀測周期

施工開始前記錄觀測結(jié)果，施工開始后 1 d 記錄觀測沉降結(jié)果，目的就是看振動對既有建筑物有無影響；然后 3 d 再記錄一次，以后每隔 5 d 記錄一次，目的就是較長時間內(nèi)看振動對既有建筑物有無影響。

4.3 沉降觀測數(shù)據(jù)

建筑物沉降豎向位移記錄數(shù)值，建筑物裂縫觀察記錄數(shù)值，繪制沉降曲線。

4.4 沉降結(jié)果處置

符合 GB 50007－2011《建筑物地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》的地基變形允許值［9］。

5 灌注樁整體質(zhì)量管理與控制方法

建筑物方案設(shè)計階段是質(zhì)量控制的起點，我們從新建筑物方案設(shè)計審查開始對兩建筑物的相容性、延續(xù)性、結(jié)構(gòu)安全性一直到施工圖審查以及設(shè)計交底和圖紙會審，嚴格按基本建設(shè)程序履行質(zhì)量管理與控制方法。施工階段尤其對影響既有建筑的混凝土灌注樁更加大了控制力度。灌注樁成型質(zhì)量對保護既有建筑起重要作用，灌注樁施工質(zhì)量控制至關(guān)重要，實際施工中主要通過以下方法進行控制。

1）施工前先進行打試樁和試驗樁。試樁為設(shè)計人員提供設(shè)計參數(shù)，參考試樁特征值換算成工程樁的特征值；試驗樁為工程樁成孔的施工流程和工藝參數(shù)提供依據(jù)，確定和檢驗樁基成孔施工設(shè)備、流程和工藝，包括鉆機設(shè)備選擇、成孔工藝、樁位的控制、樁身垂直度的控制、護壁泥漿的濃度、鋼筋籠的放置、混凝土的澆注、后壓漿參數(shù)等。

2）編制灌注樁施工方案，方案對成孔質(zhì)量控制、鋼筋籠制作質(zhì)量控制、混凝土灌注質(zhì)量控制都有具體的控制措施以及質(zhì)量通病處理預(yù)案，質(zhì)量通病見《土木工程施工與管理》中 2.2.6 灌注樁施工常遇問題及預(yù)防處理方法［10］。這里重點提一下方案審查程序，根據(jù) GB/T 50502－2009《施工組織設(shè)計規(guī)范》［11］中 3.0.5 條 2 款規(guī)定：“施工方案應(yīng)由項目技術(shù)負責(zé)人審批；重點、難點分部（分項）工程和專項工程施工方案由施工單位技術(shù)部門組織相關(guān)專家評審，施工單位技術(shù)負責(zé)人批準?！钡囊?guī)定，根據(jù)本工程灌注樁重要性提高管控檔次，按專項工程施工方案執(zhí)行，方案經(jīng)施工單位技術(shù)部門組織相關(guān)專家評審，施工單位技術(shù)負責(zé)人批準后再報監(jiān)理、建設(shè)單位審查。

3）選擇有經(jīng)驗的專業(yè)承包隊伍，不僅要有專業(yè)承包資質(zhì)，更注重實地考察業(yè)績，打有準備之仗。

4）做好各項記錄，包括打樁記錄、放線記錄、軸線偏移記錄、測溫記錄、既有建筑沉降觀測記錄等各項施工記錄和監(jiān)理旁站記錄。

5）加強現(xiàn)場工程質(zhì)量檢查、驗收，按照 GB 50202－2018《建筑地基基礎(chǔ)施工質(zhì)量驗收規(guī)范》驗收項目和質(zhì)量檢驗標準［12］，嚴格組織驗收。驗收主要依據(jù)施工圖、樁基檢測報告（依據(jù) JGJ 106－2014《建筑樁基檢測技術(shù)規(guī)范》出具的檢測報告［13］）、施工記錄、混凝土標養(yǎng)試塊試驗報告和鋼筋的復(fù)試報告、樁竣工圖和現(xiàn)場檢查標高、偏移尺寸等。尤其樁基竣工圖，在嚴格執(zhí)行NB/T 51051－2016《煤炭建設(shè)工程資料管理標準》［14］基礎(chǔ)上，對規(guī)范上沒有特別指出樁基竣工圖的具體標注方法，要求以下具體的參數(shù)、信息必須如實地反映在竣工圖上。

6）實際施工的樁編號（與打樁記錄一致）。設(shè)計變更的樁，應(yīng)用紅筆寫上變更的內(nèi)容標出變更圖號；樁位實際測量偏差值；實際打樁樁頂標高偏差值，灌注樁截樁后的實際標高偏差值；樁基竣工圖章，其中審核人應(yīng)為項目經(jīng)理。

6 結(jié)語

鋼筋混凝土灌注樁支護方案選擇是本工程保護既有建筑物的關(guān)鍵因素，施工過程質(zhì)量控制、嚴格質(zhì)量驗收是控制灌注樁達到保護既有建筑物的有效手段。通過本案例介紹以期達到引發(fā)在狹窄地段選擇支護方法和控制施工質(zhì)量的目的。經(jīng)實踐證明選擇鉆孔灌注樁支護加固方案是經(jīng)濟可行且安全有效。Q