长螺旋钻孔压灌超流态砼支护桩的设计与应用

王少东，方光秀*，金正超，赵石范

(1.延边大学工学院 土木工程系，吉林 延吉 133002； 2.延吉市大星基础工程公司，吉林 延吉 133000)

随着我国经济建设的发展，对地下空间的要求越来越大.深基坑支护结构虽然属于施工期间的临时支挡结构，但其选型、计算和施工是否正确、合理，对工程的安全、工期和经济效益有着显著影响[1].排桩是采用密排或一定间距排列的桩组成的挡土结构，它包括钢板桩、钢筋混凝土板桩、H型桩加挡板、钻孔灌注桩和挖孔灌注桩5种.由于排桩式支护结构形式简单，造价较低，因此被广泛应用于大中型深基坑[2].

目前，对排桩支护研究主要集中于H型钢、常规钻孔灌注桩和挖孔灌注桩等桩型，而关于长螺旋钻孔压灌超流态砼支护桩的研究未见报道.本文以吉林省延吉市大宗大宇饭店扩建深基坑工程为例，探讨支护结构的设计计算、施工工艺及现场监测情况.

1 工程概况及方案选择

延吉市大宗大宇饭店深基坑工程开挖深度(从自然地面到基底)为7 m，东侧5 m处为延吉市某小区7层住宅，高差为6.2 m，采用毛石围挡；由于不具备放坡的条件，施工时稍有不慎，不仅将危及基坑本身安全，而且会殃及临近的建筑物，因此如何确保基坑开挖过程及施工期安全是整个工程的关键.

文献[1]认为，基坑支护选型的原则主要应考虑以下3个方面：不同支护型式的特点,地质条件和周边环境,工程造价.由于该工程地下水丰富，支护桩须穿透圆砾层进入基岩层，因此支护桩的选择较为困难.经过专家论证，最终决定采用长螺旋钻孔压灌超流态砼桩,施工方案如图1所示.

图1 长螺旋钻孔压灌超流态砼支护桩施工方案

2 排桩计算

2.1 基本信息

排桩设计的基本信息和相关参数如表1所示，土台信息、土层信息、荷载信息和土层参数如表2—表5所示.

表1 排桩设计的基本信息和相关参数

表2 土台信息

表3 土层信息

表4 荷载信息

表5 土层参数

2.2 土压力模型及其调整系数

土压力模型中素填土层、黏性土层、圆砾层采用水土分算法，强风化岩层采用水土合算法.各土层水压力、主动土压力以及被动土压力的调整系数均为1.0，各层被动土压力最大值为10 000 kPa.

2.3 承载力计算

计算模型选取如图2、图3所示，内力取值如表6所示,支护桩配筋如表7所示.

图2 弹性法模型

图3 经典法模型

表6 计算模型对比及内力取值

表7 支护桩配筋

2.4 验算

2.4.1整体稳定性验算 整体稳定性验算采用瑞典条分法，应力状态采用总应力法.条分法中的土条宽度为1.00 m.整体稳定性验算简图如图4所示.通过理正深基坑软件计算得出，滑裂面整体稳定安全系数KS=3.329，圆弧半径R=13.648 m，圆心坐标X=-2.008 m，Y=5.356 m.

图4 整体稳定验算简图

2.4.2抗倾覆稳定性验算 根据《建筑基坑工程技术规程》[3]，抗倾覆安全系数为

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(1)

2.4.3嵌固深度计算 根据《建筑基坑工程技术规程》[3]，嵌固深度计算公式为

(2)

其中:β为嵌固稳定安全系数，γ0为基坑侧壁重要性系数，ha和hp分别为基坑外侧主动土压力、基坑内侧被动土压力合力作用点至挡土构件底端距离，Ea i和Ep i分别为基坑外侧主动土压力、基坑内侧被动土压力标准值.经计算得出：β=1.200,γ0=1.100，hp=2.263 m,∑Ep i=3 095.581 kPa，ha=6.084 m,∑Ea i=866.497 kPa,从而得嵌固深度hd=7.85 m,实际hd采用值为8.000 m.

3 支护桩施工流程和方法

长螺旋钻孔灌注桩是采用专用长螺旋钻孔机钻至预定深度，通过钻头下瓣口向孔内连续灌注流动性较好的混凝土，灌至桩顶为止，然后插入钢筋笼形成桩体[4-5].

3.1 施工流程

施工流程为：平整场地→放线→放桩位→钻机就位→校正钻机垂直度→成孔→灌混凝土→下钢筋笼→基坑开挖[6].

3.2 施工方法

1)由于桩距为1 000 mm、桩径为800 mm，采用间隔施工方法以防止相邻桩相互影响.

3)按2 000 mm间距设置直径准确的临时控制圆形箍筋，然后绑扎螺旋箍筋.

4)在插入钢筋笼时，采用一次性吊放工艺[9]，并注意钢筋笼的定位及垂直度，钢筋保护层厚度控制在7 cm以上.

施工过程中有6根桩遇障碍，且用挖掘机无法除障，经研究采用了遇障成桩方法.

4 施工监测与验证

本工程监测仪器采用CX-30型测斜仪，水平位移监测结果见表8.由表8可知，变形速度未达到2 mm/d，桩顶最终水平位移也未超过0.7%H，支护结构无明显的沉降，这表明施工结果满足《建筑基坑工程技术规程》的要求.

表8 水平位移监测结果

5 结论

本文以延吉市大宗大宇饭店深基坑工程支护结构为例，对支护结构的设计计算、理正深基坑软件分析、施工工艺、现场监测等进行了研究，得出以下结论：

1)从计算结果可知，采用弹性法计算较为经济，且还可以计算桩身的最大位移量、地面最大沉降量等指标，因此建议采用弹性法.

2)本文工程基坑设计等级为一级，按水土合算的原则，内力计算分别采用了弹性法土压力模型(矩形分布)和经典法土压力模型(规程算法)；应力状态的计算采用了总应力法；整体稳定和抗隆起验算分别采用了瑞典条分法和规程的普朗德尔(Prandtl)公式.

3)工程监测结果满足现行《建筑基坑工程技术规程》要求，可供类似工程借鉴.

参考文献：

[1]高月虹.杭州地区深基坑围护合理型式的选用[D].杭州:浙江大学,2005:1-2.

[2]缪欢益.温州龙湾区某工程排桩支护技术在基坑工程中的应用研究[D].上海：同济大学，2009:27-59.

[3]中华人民共和国住房和城乡建设部.JGJ120—2012 建筑基坑工程技术规程[S].北京：中国建筑工业出版社,2012:38-39.

[4]沈天华.某工程长螺旋钻孔灌注桩的施工研究[J].山西建筑,2011(12):82-83.

[5]杨斌.排桩支护结构设计的几个重要问题探讨[J].市政技术,2008(5):185-186.

[6]胡建军.长螺旋水下灌注成桩技术在实践中的应用[J].包钢科技，2007(6):55-56.

[7]北京市建设委员会,北京市质量技术监督局.DB11/T582—2008 长螺旋钻孔压灌混凝土后插钢筋笼混凝土灌注桩技术规程[S].北京：中国建筑工业出版社,2008:4-7.

[8]黑龙江省质量技术监督局,黑龙江省建设厅.DB23/T360—2007钻孔压灌超流态混凝土桩基础技术规程[S].北京：中国建筑工业出版社,2007:25-27.

[9]乔成锐.长螺旋钻孔后插钢筋笼压灌桩施工技术研究[J].漯河职业技术学院学报,2012(9):39-40.