浅谈复杂深基坑中的素混凝土桩施工刘兵

浅谈复杂深基坑中的素混凝土桩施工刘兵

刘兵

中建二局第三建筑工程有限公司

摘要：随着社会的发展，城市化进程，在城市中心出现了越来越多带有深基坑的高层及超高层。基于设计及施工要求，以灰岩作为持力层的桩筏基础因其需要作施工勘察，且必须处理溶洞。这样不仅成本高企，而且工期很长。其实，充分利用原土作为持力层，适当以混凝土摩擦桩补充持力不足问题，不仅大为降低成本，而且施工工期也大大缩短。要达到这一点，关键在于能否在充满支撑的支护体系下保证安全、保证质量、有效率的进行施工。

关键词：复杂深基坑；素混凝土桩；成本；工期

引言

当前，在土地稀缺的城市中心，越来越多的建筑既往天上生长，又往地下延伸。在地下延伸的过程中，基础的设计和施工是成本和工期的核心。如何在保证安全的前提下，最大化的进行成本及工期优化，是建设方及施工方必须考量的问题。

本文以一复杂深基坑超高层工程为例，解析其基础设计优化过程及关键工序素混凝土桩的有效施工。表明充分利用现有地质条件，即使是处于复杂的基坑环境，只要工艺措施得当，那么就会取得巨大的成本效益和工期效益。

1、工程背景

1.1工程概况

某工程位于市中心区，由6栋楼组成，地下四层，地上四十六层，建筑面积为28万平方米。其中基坑深度为20米，坑中坑深为24米，基坑平面复杂，由18条长短不一的边构成，较长的150米，短的不足10米。其红线面积为28000平米，基坑面积24000平米。基坑东南为地铁线，西北紧邻建筑，即建筑外墙即红线，最近离基坑边仅有5米。

1.2地质情况及支护设计概况

本工程基坑支护为排桩+对撑的支护形式，支撑覆盖面为40%，有四栋楼完全被支撑覆盖。

根据前期地质勘察情况，整个地质分布为；

③黏土层：该层全场分布，该层土强度较高，具中低压缩性，厚度较大，工程性能较好，可作为拟建高层、多层商业、地下室及超市基础持力层；

④粉土：该层全场分布，厚度小，工程性能一般，强度一般，不宜直接作为拟建多层商业、地下室及超市基础持力层；

⑤黏土层：该层全场分布，该层土强度较高，具中低压缩性，厚度较大，工程性能较好，可作为拟建多层商业、地下室及超市基础持力层；

⑩2中风化泥灰岩：部分钻孔揭露该层，为较硬岩，岩体基本质量等级为Ⅳ级，工程性能好，强度高，可作为拟建高层/超高层及裙房基础持力层。

勘察建议高层及超高层持力层为中风化灰岩。

说明：地下室底板高度位于③黏土层及④粉土层（场地土质高度分布因素），其中④粉土层厚度约为3米。

中风化泥灰岩层距地表约为50米，溶洞发育一般，约为20%，但需要一桩一孔一勘。若穿溶洞则桩长在60米左右。

1.3建设方工期目标

根据业主的开发要求，要求工程自动工达到结构24层工期为12个月，其中地下室及基础工期为6个月，素混凝土桩为60天。这对于有着四层地下室、两层支撑、80万方土、24层主体结构来说，是一个非常大的挑战。

2、工艺选择

2.1设计基础类型选择

基于以上所述，本工程进行基础类型选择时，考虑到：

如果采用钢筋混凝土灌注桩的桩筏基础，因桩长一般都在60米左右，持力层为中风化灰岩，工期不可能实现。

因而，在工期目标的压力下，建设方采用了利于工期及成本的复合地基+筏板的基础类型。故本工程每栋超高层基础设计为以约200根φ600钢筋混凝土摩擦桩+约1600根φ400素混凝土桩+⑤黏土层持力层形成复合地基，与1.8米厚钢筋混凝土筏板形成较为复杂的复合基础。

2.2施工工艺选择

根据设计要求及工期要求，如果采用常规复合地基，其素混凝土桩在地面上施工，不仅有近20米的空孔，有较大的安全隐患，而且后期土方开挖时，不可避免的会出现破坏，造成大面积的断桩现象，这种施工方法在当地断桩率一般为30%，部分工程甚至达到了80%，是一种不可控，不可靠的施工方法。

因而，φ600钢筋混凝土摩擦桩可在坑上土方未开挖前施工，但素混凝土桩必须在坑底施工，但由于支撑必须先形成，故空间所限，对于成孔设备及工艺选择是一大难点。

对主要成孔设备（旋挖成孔、汽车钻、机械洛阳铲、人工洛阳铲）及相关工艺进行比对，最后选择了满足空间施工要求及工期目标的设备机械洛阳铲及相关工艺作为我方素混凝土桩的施工工艺。

综前所述，本工程复合地基施工为：

在土方未开挖前选进行支护排桩、立柱桩、φ600钢筋混凝土摩擦桩的施工，然后进行冠梁及第一道支撑施工，然后按要求进行土方开挖及支护施工一直开挖至基础大筏板一米以上的位置停止土方作业。然后进行塔吊基础及坑中坑支护施工；然后进行主楼基坑开挖至设计标高浇筑C15施工垫层，进行每栋约1600根φ400素混凝土桩施工。

其中支护体系及φ600钢筋混凝土摩擦桩为常规施工，φ400素混凝土桩属于非常规施工，此工序能否在保安全、保质量、如期完工是本工程基础施工的关键点。这也是本文所想表述的目的。

3、关键点应对措施

为能保证φ400素混凝土桩非常规施工保安全、保质量、如期完工，作者制订专项施工方案并通过专家评审及相关审批。本文就其几个要点作以下阐述。

3.1桩基作业及持力层扰动

由于直接在设计标高施工，为防止桩基施工对持力层的扰动，以及防止雨水泡槽，在开挖至设计标高后，立即浇筑一层C15素混凝土垫层进行封闭，此至少有三益：一是开孔定位准确；二是防止雨水泡槽；三是在开孔取土时及混凝土浇筑时作业便利。

后期直接作为褥垫层一部分，成本增加很少。

3.2坑中坑支护施工

为防止土方开挖及素混凝土施工的相互影响，坑中坑支护设计为带冠梁的悬臂排桩+止水帷幕，其中止水帷幕采用水泥高压旋喷进行土体固化，形成止水帷幕。考虑到冠梁区域由于止水帷幕形成无法进行素混凝土桩成孔作业，因而通过设计验算。此区域内不再施工素混凝土桩，除冠梁外，排桩及止水帷幕均在坑顶土方开挖前施工。

3.3立柱桩与素混凝土桩重合

根据前期主体桩与支护立柱桩的设计，确定重合桩进行合并为一桩，并进行标识确认，其配置取其大即可。

3.4边桩施工

根据设计要求，部分桩距坑边净距为200mm，正常情况下，机械洛阳铲受制支撑三角架，无法进行施工。因而，重新定制三角架，加强三角架的刚度和稳定性，并设计一个支撑位于坑上边固定，使其适合紧靠坑边和紧靠支撑格构柱的施工工况。

3.5作业交叉及垂直运输

专为成孔形成的土方设计一个土方吊斗，根据计算，每根桩土方量大致为0.7方。因而所设计的土方吊斗容量为1立方米。底部设置四个轮子，出来的筒内土直接倒入吊斗，然后通过汽车吊或塔吊直接吊离现场。当部分因格构柱或其它原因吊运不便，由于地面为混凝土垫层，因而可通过轮子移到可吊点进行吊运。

3.6混凝土超灌

在桩基混凝土施工中，混凝土按规范超灌是保证桩身混凝土质量，防止桩顶出现浮浆。

基于这个要求，考虑桩身长度在6米左右，于是施工时设计一个特殊的混凝土浇灌设备。在桩身混凝土浇筑时，先在孔边固定一个同孔径的200高钢筒，是防止混凝土浇筑时，混凝土从底部外溢，等表面层出现类似原配合比设计石子密度，停止浇筑。此时外溢的浮浆直接在浇筑设备内，非常利于清理。

3.7降排水

考虑桩基施工在雨季施工，基坑降排水是非常必要的，在施工除坑中坑主楼桩时，利用坑中坑的周边已支护的优势，先对坑中坑开挖1.5米用作集水坑，然后安装自动抽排水设备进行外排。在施工坑中坑主楼桩时，在角边开挖一个0.5*0.5*0.5的集水井，然后安装自动抽排水设备进行外排。

4、施工过程简述

本工程在开挖到离大筏板标高一米高时，停止土方开挖，进行塔吊天然基础施工及坑中坑排桩及水泥高压旋喷土体固化施工，其施工周期为10天完成。

当坑中坑支护施工完成，便进行了主楼坑土体开挖，一直开挖到设计土体持力层标高，进行基坑侧边及底面C15封闭。其施工周期10天完成。

当基坑C15素混凝土完成后三天，基本达到机械洛阳铲施工条件，采用10台机械洛阳铲进行施工，由于前期预案充分，因而施工十分顺利，每栋主楼约1600根素混凝土桩仅用了15天便完成。

然后用2天便成褥垫层的施工。整个施工过程含坑中坑支护、必要的技术间歇所用时长为40天。此工期比预采用钢筋混凝土钻孔灌注桩工期缩短一半，比计划工期提前20天即三分之一完成。

经过桩基超声波全数检测，合格率为100%，单桩静载及抽芯检测，合格率100%，复合地基载荷板检测，合格率100%。至此，方案完美可行。

结语

当地基土体承载力较好，而钢筋混凝土钻孔灌注桩成本又较高时，充分利用土体承载力形成复合地基不失为一个经济方案。

对于机械洛阳铲施工工艺应注意其施工条件，即其一主要一是桩径宜在400mm以内，其二是成孔范围内无承压水，其三是不适合含砂较多的砂土和砂砾土。然而本工程素混凝土桩，采用机械洛阳铲工艺无疑是一项在复杂深基坑的复合地基施工中一个非常经济且施工周期很短的工艺。