连锁空心方桩基坑支护技术应用研究

连锁空心方桩基坑支护技术应用研究

马洪伟

昆明军龙岩土工程有限公司云南昆明650217

摘要：基坑工程的主要任务是研究基坑开挖后岩、土水平荷载作用下支护结构的强度、变形、稳定性问题。理论上讲空心方桩也能够承担水平荷载，因为桩体的钢筋笼既配置有纵向受力钢筋，又配置有沿桩周边布放的箍筋，可以抵抗水平荷载作用下的弯矩和剪力，从而可以应用于主要荷载是水平方向的岩土工程领域，如深基坑工程、边坡稳定工程等，但空心方桩目前在国内主要用于桩基础工程，承担竖向荷载。

关键词：连锁空心方桩基坑支护技术；应用；

此种桩型改进了现有深基坑支护工程在造价、施工周期、质量和安全可控性、资源利用、施工对周边环境影响等方面存在的不足，在深基坑支护工程中可以并排连锁成墙，在并排后自然形成的圆形孔中注浆，可以起到止水作用，从而将挡土与止水功能合二为一。

一、试验研究

为了验证空心方桩用于深基坑支护工程的可行性，并就空心方桩用于实际深基坑工程的设计、施工及监测等方面进行研究和积累经验。试验段共采用31根600mm×600mm的C60空心方桩拼接成连续墙，方桩长度为15m，试验段总长度为18.6m，采用自行研发的深基坑支护结构设计软件进行计算。计算中考虑冠梁刚度，将空心方桩按惯性矩不变等效成570mm厚的墙，总开挖深度约10m。在施工过程中，按照设计要求，用静压桩机将相邻2根预制空心方桩压至设计深度，2根桩之间通过桩间导向装置的作用拼接在一起。两桩拼接后，两两相邻的预制桩侧壁上半圆形的止水槽合二为一，自然形成整圆的止水孔，在孔中注入胶凝止水材料，其凝固硬化后，不仅将相邻的预制方桩粘结成一个整体，同时还起到了止水的作用。1)空心方桩顶部变形观测点。在试验段的顶部共布设11个垂直及水平位移观测点，两种点位重合。变形观测点根据现场的具体情况，在冠梁上钻孔后埋入深度约0.1m～0.4m，直径为16的预制钢筋。2)深层水平位移观测点。根据现场实际情况，在空心方桩周围土体共布设深层水平位移观测点。在整个试验过程中，支护桩顶垂直位移情况正常，未出现突变及陡降的异常情况，且累计变形量及变化速率均不大;支护桩顶部累计水平位移及变化速率均较为明显，局部超过了国家相关规范的报警值，但变形情况及变形过程均属正常，未出现突变的异常情况，并且变形未对支护桩造成破坏性影响;周围土体深层水平位移累计值及变化速率均较为明显，局部接近或超过了国家相关规范的报警值，但是土体滑移主要表现于上部支护桩水平位移较大位置，土体深层未出现大的滑移，未对支护结构及周边环境造成破坏性影响。由此可见，在该试验过程中，支护桩顶部水平位移及周围土体深层水平位移出现了较大变形，支护桩顶部垂直位移变化正常，支护结构的有效性及稳定性未受影响，所以，该试验是成功的。该支护结构作为一种新型的基坑支护体系是可靠的，考虑到空心方桩在工期和质量控制上的优点，该类型支护结构是值得采用的。

二、连锁空心方桩基坑支护技术应用

1.空心方桩连锁成墙的施工工艺研究。传统空心方桩主要用于建筑桩基础工程，桩与桩之间是互相独立的，而本文研究用连锁预制方桩组成地下连续墙，虽然也是利用空心方桩来拼接形成，但由于桩与桩之间不是互相独立的，因此施工连续的基坑支护空心方桩和桩基础工程中的独立方桩也有明显的差异，由此带来一系列新问题，比如桩的垂直度控制问题;桩的水平连续拼桩问题;拼接后桩的顶部平齐问题等。为此，本文针对基坑工程的施工特点，研究提出了如下的基坑支护空心方桩施工手段。基坑支护空心方桩宜采用静压法沉桩施工工艺，当采用顶压式桩机时，桩帽或送桩器与桩之间应加设弹性衬垫;当采用抱压式桩机时，夹持机构中夹具应尽量避开桩身两侧合缝位置。

2.空心方桩材料、截面设。为了提高单桩的抗弯剪承载力，通过在空心方

桩中引入高强度的材料，包括引入高强的阴螺纹P预应力钢棒(其抗拉强度标准值为1420N/mm2，拉强度设计值为1005N/mm2)以取代传统钢筋，入高强混凝土(C60以上)以取代传统常规混凝土(C25～C30)，通过材料的高强度提高单桩的抗弯剪承载力。在确定了截面形状以后，由于桩是预应力桩，需要确定桩的边长、内径、单节长度、预应力钢棒尺寸、螺旋筋大小、注浆孔尺寸等，并进一步给出单桩的抗弯、抗剪承载力。

3.制作桩尖。桩尖在基坑支护空心方桩的施工过程中具有重要的作用，是静压沉桩达到预定深度的重要构件，基坑支护空心方桩的桩尖是在桩基工程空心方桩的基础上创新出来的。本文中针对预制空心方桩连锁形成地下连续墙的要求，开发了两种典型的桩尖:空间对称的桩尖及前后对称但左右不对称的桩尖。施工前应做到现场，确保设备进场车辆及运桩车辆进出施工现场的安全。施工第1根桩时，首先要采用正确的桩起吊方式，由于从节约造价考虑，基坑支护空心方桩的侧面配筋很少，而桩的体积大，自重大，容易开裂，因此在起吊时必须让配筋多的上下两边承受起吊荷载，保证桩的受弯承载力大于桩自重在起吊过程中产生的最大弯矩，从而确保桩的起吊安全。其次要控制桩身垂直度，通过采用对称桩尖，主动引孔等施工措施，可以将桩的垂直度控制在0.3%～0.4%，优于《建筑桩基技术规范》的规定，有利于基坑支护空心方桩的连锁成墙和冠梁、腰梁的整体设置。

4.空心方桩连锁成墙。当施工第2根桩时，其需要与第1根已经施工完成的桩连锁成墙;当施工第3根桩时，其需要与第2根已经施工完成的桩连锁成墙;以此类推。可见，无论有多少根桩连锁成墙，本质上都是“1—2”的循环关系，为了让第2根桩能够与第1根桩连锁，采用前后对称但左右不对称的第2种桩尖，此时由于桩尖两侧不平衡的土压力的挤压，可以让第2桩靠拢第1根桩。与此同时，在桩尖上设计了限位机构，确保了第2根桩不会过于靠近并挤压第1根桩，从而顺利地使第2根桩和第1根桩两两相连，拼接合缝，成功形成连锁的地下连续墙。空心方桩连锁成墙后，在两桩相邻处的两个圆孔中注入水泥砂浆，可起到止水的作用。为了节约注浆材料和工期，也可先只在开挖面一侧的孔内注浆，再根据开挖后止水的效果决定是否在另一侧孔内注浆。为了验证空心方桩连锁成墙用于深基坑工程的可行性、有效性、安全性，并就空心方桩用于实际深基坑工程的设计、施工及监测等方面进行研究和积累经验，获得了相应的测试数据，对这些数据进行了总结，加深了将空心方桩连锁成墙用于深基坑工程的科学认识。

基坑支护空心方桩连锁成墙后，只用一种桩型就同时较好地解决了深基坑工程的挡土和止水问题，在一定条件下完全可以替代常规的钻孔灌注桩挡土+高压旋喷桩/深层搅拌桩止水的支护做法，是基坑支护体系的一种创新。成桩成墙质量可控性强，即使发生设计变更桩长及规格，也可及时满足设计及施工进度要求，从而达到挡土安全、止水有效、降低成本、确保质量、缩短工期、节约资源及保护环境的目的。

参考文献：

［1］黄强．建筑基坑支护技术规程应用手册［M］．北京:中国建筑工业出版社，2018

［2］陈伟．基坑支护结构分析系统的开发研究［Ｒ］．北京:中国建筑科学研究院青年基金课题，2018

［3］中国建筑标准设计研究院．预应力混凝土空心方桩国家建筑标准设计图集08SG360［M］．北京:中国计划出版社，2019