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1.1  工程概況

       本工程設(shè)2層地下室，基坑面積約17600m2，周長(zhǎng)約535.0m?；颖眰?cè)地下室外墻與用地紅線最近距離約10.0m；南側(cè)地下室外墻與用地紅線最近約5.6m，西側(cè)地下室外墻距離用地紅線約9.0m；東側(cè)地下室外墻距離用地紅線約8.5m。

1.2 基坑支護(hù)設(shè)計(jì)概況

        綜合本工程基坑開(kāi)挖深度、場(chǎng)地土質(zhì)條件、周邊環(huán)境保護(hù)要求以及工期及造價(jià)等因素考慮，本工程擋土支護(hù)樁采用450×600預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)度混凝土矩形支護(hù)樁，間距600mm。止水樁采用Ф850@1200三軸水泥土攪拌樁，水平向設(shè)置二道鋼筋混凝土內(nèi)支撐，豎向立柱體系采用邊長(zhǎng)500mm的預(yù)制方樁。支護(hù)型式詳見(jiàn)圖1。

2.1  預(yù)制方樁作為支撐立柱的可行性分析

       豎向支撐體系包括立柱和其下的立柱樁。在允許的條件下盡可能利用主體結(jié)構(gòu)工程樁以降低工程造價(jià)，提高工程經(jīng)濟(jì)性；受主體結(jié)構(gòu)影響時(shí)，立柱樁應(yīng)專門增設(shè)。

        支撐立柱需滿足基坑開(kāi)挖階段的受力和使用要求，而且應(yīng)便于現(xiàn)場(chǎng)施工操作。在大面積的深基坑工程中，由于各個(gè)工程的現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境以及主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等條件各不相同，必須合理地采取有針對(duì)性的技術(shù)對(duì)策，既要保障基坑工程的安全，又要兼顧施工效率，有效的解決工程中出現(xiàn)的具體問(wèn)題。

        內(nèi)支撐立柱一般按照軸心受壓或者小偏心受壓柱計(jì)算。傳統(tǒng)的預(yù)制樁因其抗彎、抗裂能力較差，作為支撐立柱欠妥，但目前國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的高強(qiáng)度空心預(yù)制方樁，其抗彎、抗裂性能已提高，降低了原有混凝土方樁的施工破損率，且高強(qiáng)混凝土配方形頭部，耐沖擊性能較高，樁在施工中樁頭破損幾率很小。方形具有較大的焊接周長(zhǎng)，充分保證每節(jié)樁之間的有效焊接強(qiáng)度，減小了施工中出現(xiàn)的節(jié)頭脫焊或移位現(xiàn)象，使沉樁質(zhì)量較易保證。因此，高強(qiáng)度預(yù)制方樁可作為內(nèi)支撐豎向的立柱及立柱樁，即“一樁兩用”。本工程設(shè)計(jì)采用PHS-B500(300)空心方樁作為立柱及立柱樁，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)景詳見(jiàn)圖2。

2.2  預(yù)制方樁與首道支撐連接設(shè)計(jì)

支護(hù)樁、止水樁、工程樁及立柱樁施工結(jié)束后，開(kāi)挖基坑內(nèi)第一皮土方至第一道支撐底標(biāo)高，人工清理立柱樁樁頭。清除樁頂時(shí)，不得將樁頭打得缺棱掉角、開(kāi)裂、酥爛，避免影響預(yù)制樁與支撐的可靠牢固連接。

樁頭清理后，在預(yù)制方樁外側(cè)四周分別包焊4塊125×125×10角鋼，增大預(yù)制方樁立柱的強(qiáng)度，必要時(shí)可在外包角鋼上施加預(yù)應(yīng)力。角鋼外側(cè)加焊矩形鋼綴板，其中支撐下第一塊鋼綴板尺寸為–440×450×12。外包角鋼應(yīng)錨入支撐梁內(nèi)，其錨固長(zhǎng)度與預(yù)制樁錨入支撐內(nèi)的長(zhǎng)度相同。錨入支撐內(nèi)的角鋼四周加焊長(zhǎng)3.50m、直徑為Φ25（HRB400級(jí)）鋼筋的抗剪短鋼筋。預(yù)制樁與角鋼之間的間隙應(yīng)采用等級(jí)不低于C30的素混凝土密實(shí)填充。預(yù)制方樁立柱與首道支撐的具體型式詳見(jiàn)圖3。

焊接結(jié)束后，在樁芯內(nèi)插入連接主筋為6Φ20（HRB400級(jí)）鋼筋籠，并填芯澆筑混凝土至第二道支撐底標(biāo)高。填芯連接鋼筋籠一般要求深入首道支撐內(nèi)一定長(zhǎng)度，露出樁截面500mm左右，露出的鋼筋彎鉤錨固在支撐里面，最后立柱樁樁頭與內(nèi)支撐整體澆注在一起。

2.2  預(yù)制方樁與二道支撐連接設(shè)計(jì)

預(yù)制方樁立柱與第二道內(nèi)支撐的連接節(jié)點(diǎn)區(qū)，處于壓、彎、剪復(fù)合受力狀態(tài)，受力較復(fù)雜。節(jié)點(diǎn)區(qū)不同尺寸和材料的抗力元件上下、左右、前后交錯(cuò)，構(gòu)造連接復(fù)雜。這種復(fù)雜的連接構(gòu)造應(yīng)合理、可靠、傳力明確，不應(yīng)力集中，方便構(gòu)件加設(shè)、支撐鋼筋綁扎及混凝土澆筑，實(shí)現(xiàn)“節(jié)點(diǎn)更強(qiáng)”的設(shè)計(jì)原則。第二道支撐與預(yù)制方樁立柱連接實(shí)施效果詳見(jiàn)圖4。

        基坑工程中支撐梁為現(xiàn)澆鋼筋混凝土梁，支撐縱筋會(huì)受到預(yù)制方樁立柱的影響，不能使梁內(nèi)縱向主筋順利貫通。若在節(jié)點(diǎn)處預(yù)制方樁立柱上開(kāi)孔、現(xiàn)場(chǎng)穿過(guò)鋼筋，方樁內(nèi)需設(shè)置上下兩層雙向鋼筋孔，消弱了樁壁，不利于保持節(jié)點(diǎn)的整體性。

        現(xiàn)澆混凝土內(nèi)支撐梁的寬度一般大于預(yù)制方樁立柱的邊長(zhǎng)，因此設(shè)計(jì)時(shí)，可采用梁縱筋繞過(guò)方樁的連接方式，將梁端局部增大、加寬，使梁頂面和底面縱向鋼筋靠近樁邊連續(xù)通過(guò)。同時(shí)可根據(jù)計(jì)算，必要時(shí)加設(shè)牛腿作為梁的支座以傳遞梁的剪力。梁端加寬的腋角邊長(zhǎng)不小于600mm，在梁寬的起點(diǎn)處，于鋼筋轉(zhuǎn)折點(diǎn)前后設(shè)置附加箍筋，以承受縱筋的側(cè)向張力。

        立柱與支撐連接節(jié)點(diǎn)，施工期間主要承受臨時(shí)支撐豎向荷載引起的剪力，設(shè)計(jì)時(shí)一般根據(jù)剪力的大小計(jì)算確定后在節(jié)點(diǎn)位置立柱上設(shè)置足夠數(shù)量的抗剪鋼筋。圖5為設(shè)置抗剪鋼筋與臨時(shí)支撐連接的節(jié)點(diǎn)示意。

2.4  預(yù)制方樁底板止水構(gòu)造設(shè)計(jì)

基坑工程中由于預(yù)制樁立柱要在水平支撐全部拆除之后方能拆除，水平支撐則隨著地下結(jié)構(gòu)由下往上逐層施工而逐層拆除，因此立柱需穿越基礎(chǔ)底板，方樁立柱與結(jié)構(gòu)底板接縫處，將成為地下水往上滲流的通道，應(yīng)根據(jù)防水等級(jí)要求采取多道防水措施設(shè)防。立柱底板防水現(xiàn)場(chǎng)照片詳見(jiàn)圖6。

        預(yù)制樁立柱位置，基礎(chǔ)底板設(shè)置施工縫，采用二次澆筑的型式，其中基礎(chǔ)底板施工縫應(yīng)設(shè)置在基礎(chǔ)底板內(nèi)部，即基礎(chǔ)分兩層施工，施工縫形成凹字形，把施工縫留在底板內(nèi)部，降低基礎(chǔ)底板漏水的幾率。凹字后施工面積和深度應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)底板的厚度和配筋綜合確定，不宜太大，深度建議取板厚的2/5。施工縫是混凝土結(jié)構(gòu)的薄弱環(huán)節(jié)，也是地下工程易出現(xiàn)滲漏的部位，因此，其防水設(shè)防應(yīng)采用多道設(shè)防的處理方法，具體防水措施詳見(jiàn)圖7。

        基礎(chǔ)底板施工縫以下，在預(yù)制樁外側(cè)豎向包焊四塊高度為30mm，尺寸為510×510×10方形鋼片，且四塊鋼板焊接成一個(gè)整體；水平向包焊一塊530×530×10封閉的方形鋼板。豎向鋼板與預(yù)制樁間隙密實(shí)填充環(huán)氧樹(shù)脂或者丙烯酸脂膠乳類防水涂料等其它柔性防水材料，不宜采用剛性防水材料。最上端預(yù)制立柱四側(cè)采用四塊L140×140×10角鋼包焊，形成兩道防水，通過(guò)延長(zhǎng)滲水途徑起到止水目的。

       后期預(yù)制方樁鑿除后，采用一塊–600×600×10蓋在角鋼上面，四邊與密封角鋼焊接牢固。立柱位置留空澆筑，待立柱鑿除干凈后，將施工縫鑿毛，設(shè)置尺寸為20×30的遇水膨脹止水條，并采用水泥釘固定，然后填充微膨脹混凝土。

        本工程從基坑開(kāi)挖至第一道內(nèi)支撐底標(biāo)高開(kāi)始到拆除第二道內(nèi)支撐期間，對(duì)預(yù)制樁立柱先后進(jìn)行了20次沉降觀測(cè)，其中圖8為五個(gè)關(guān)鍵部位的立柱沉降變化曲線。從圖8可看出，預(yù)制樁立柱的沉降變化規(guī)律基本相似，均為回彈和沉降相互交叉。其中從第二道支撐施工到向下開(kāi)挖土方至坑底（第十三次監(jiān)測(cè)）這一段時(shí)間內(nèi)，立柱沉降發(fā)展迅速。地下結(jié)構(gòu)施工期間沉降仍繼續(xù)發(fā)展，但沉降速度明顯減慢，之后各測(cè)點(diǎn)的沉降緩慢趨向穩(wěn)定。

        從圖8中可看出，LZ2號(hào)立柱發(fā)生最大沉降為29.62mm；LZ1號(hào)立柱發(fā)生最大沉降最小沉降為18.51mm；LZ4號(hào)立柱和LZ5號(hào)立柱最大沉降兩者均接近于25.00mm。存在差異沉降是因立柱的沉降存在“時(shí)空效應(yīng)”，LZ2號(hào)立柱和LZ5號(hào)立柱在先開(kāi)挖的區(qū)域內(nèi)。因此，沉降大于其它立柱。但是在整個(gè)基坑施工過(guò)程預(yù)制樁立柱沒(méi)有發(fā)現(xiàn)裂縫。表明采用預(yù)制方樁作支撐立柱能夠較好地承擔(dān)基坑開(kāi)挖過(guò)程中支撐自重及部分豎向荷載。

        目前相關(guān)基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)范未明確內(nèi)支撐立柱樁的具體設(shè)計(jì)方式，但在工程設(shè)計(jì)中，既要保證立柱、立柱樁的設(shè)計(jì)承載力具備足夠的安全度，又要保證立柱與支撐連接的可靠性，并應(yīng)提出全面的質(zhì)量檢測(cè)要求。

        本工程施工已結(jié)束，實(shí)測(cè)結(jié)果表明，基坑開(kāi)挖與地下結(jié)構(gòu)施工階段，立柱沉降均在可控范圍內(nèi)，對(duì)支撐穩(wěn)定無(wú)安全影響，該方式是可行的、有效的。這說(shuō)明本工程設(shè)計(jì)的預(yù)制方樁用作混凝土內(nèi)支撐立柱的新技術(shù)是較成功的，可為今后類似的基坑工程提供一些借鑒。