基坑支护桩兼作抗浮工程桩的应用技术

华昆+华锦耀

摘 要：为避免基坑支护桩在完成使命后闲置浪费，本文叙述基坑支护桩兼作抗浮工程桩的计算原理、支护桩和地下结构底板及外墙的连接措施、当抗震设防要求较高时的离缝式连接构造，并说明其施工工艺流程和操作要点及质量安全控制措施，最后综合分析其经济效益和社会效益。

关键词：基坑支护桩；抗浮工程桩；应用技术

PILE FOUNDATION PIT DOUBLES AS ANTI-FLOATING PILE OF APPLIED TECHNOLOGY

HUA Kun， HUA Jin-yao

（Huafeng Construction Co.， Ltd.， Ningbo，315040，China）

Abstract： To avoid pile foundation pit in the waste after the completion of the mission，this article describes the calculation principle of the pile foundation pit doubles as anti-floating pile，pile foundation pit and basement floor and the wall of the connection arrangements，requirements for seismic resistance is high when the off-seam connection structure。And explain the construction process and operation points and the quality control measures。At last，this article comprehensive analysis of its economic and social benefits。

Key words：pile foundation pit；anti-floating pile；applied technology

1.前 言

隨着城市基本建设的快速发展以及地下空间的开发，基坑支护技术得到了空前进步，其中深基坑的桩墙支撑式支护和桩墙锚杆式支护也得到了广泛的应用。常见的钻孔灌注桩和沉管灌注桩及型钢水泥土搅拌桩与长螺旋钻孔压灌桩作为基坑支护排桩均属于临时性结构，在地下结构施工完成并在土方回填后即完成其使命，导致基坑支护结构在房屋建筑使用期间长期闲置浪费掉。而桩墙支撑式或桩墙锚杆式支护结构中的支护排桩造价一般占总支护结构造价的60%以上，故探索如何永久性地利用基坑支护排桩（例如基坑支护桩兼作抗浮工程桩）课题，已成为建筑业技术界所面临的一大任务。

2.技术难点

基坑支护桩（以下简称排桩）兼作抗浮工程桩应用技术的主要难点如下：

2.1 排桩除应满足基坑支护的要求（抗倾覆、抗隆起、整体稳定及抗弯、抗剪承载力）外，还应解决如何满足抗浮承载力的要求，包括插入坑底的深度和配筋。

2.2 排桩和地下结构的底板、外墙如何连接为整体，以便在地下水浮力作用下，排桩和地下结构及其桩基共同工作，并且不产生相互的位移变形。

2.3 当地下结构及其地上建筑结构的抗震要求较高时，采用何种构造将地下结构底板、外墙与排桩分离开，既允许地震力作用下水平方向可以变形位移，又使排桩仍起到抗浮承载作用。

3.应用技术原理

3.1 支护桩兼作抗浮工程桩的承载力计算原理

由于基坑支护桩的布置属于密排形成墙式，故基桩抗浮承载力计算时，应按群桩呈整体破坏的模式计算，即按排桩墙式计算侧表面的摩阻力，而非按πdL计算侧表面积（d为支护桩直径，L为底板下的支护桩长度）。抗浮计算中，排桩在地下水位下的自重应取浮重度，排桩在底板以上的侧表面摩阻力不宜计入抗浮承载力，可作为安全储备。支护桩的纵筋应配置到底，配筋设计应同时满足基坑开挖阶段抗弯抗剪和地下室工程完工后抗浮工作状态的承载力要求。

当支护桩间距小于现行行业标准《建筑桩基技术规范》JGJ94（文献[1]）的规定时，排桩抗拔承载力计算，应根据JGJ94的群桩呈整体性破坏模式计算，由于群桩的抗拔极限承载力难以通过试验确定，故支护桩的单桩抗拔承载力特征值按下式计算：

式中 Ra'—支护桩单桩抗拔承载力特征值；

Ul—桩身抗拔周长，取Ul=0.5πd，如图1所示；

λi—抗拔系数（抗拔承载力/抗压承载力），按现行行业标准JGJ94的表5.4.6-2取值；

qsia—桩侧面第i层土的抗压侧阻力特征值；

li—地下结构底板以下桩侧面第i层土的厚度；

Gp—单桩自重，地下水位以下取浮重度。

支护排桩还应验算桩身抗拉的承载力，即桩身的配筋和裂缝控制。

考虑支护桩通常比抗浮工程桩短，合理地增大其抗浮承载安全度，有利于二者的变形协调工作，故上述排桩按整体性破坏模式计算单桩的抗拔承载力特征值公式中，未计入桩间土的自重，也未计入底板以上桩周土的阻力。

3.2 支护排桩和地下室结构整体抗浮原理

3.2.1 由于基坑支护桩先行施工，故在地下结构正作施工时，应将排桩和地下结构的底板、外墙等结构连接为整体，方能参与抗浮工作。一般的连接构造是通过在排桩迎坑侧面植筋（或再通过连接角钢）和底板及地梁主筋焊接、植筋和外墙对拉螺栓通过连接角钢焊接，并将底板或地梁及外墙混凝土紧密地贴紧支护桩，且水平连接筋应满足承受浮力作用下产生的剪力，从而将地下室结构和排桩联结为一体共同抗浮工作，如图2所示，浮力较大时，宜设置抗剪槽。

3.2.2 当支护排桩与地下结构外墙必须脱开（抗震要求）或需要施工卷材防水层时，即排桩无法通过植筋及连接角钢与地下结构底板钢筋及外墙体的对拉螺栓焊接时，应采用在排桩顶的压顶冠梁上设置后作式压梁，此压梁与地下结构外墙后作的牛腿板梁浇捣为整体结构，使排桩承受抗浮荷载。压顶冠梁预留插筋或预留接驳器以便连接后作式压梁的钢筋，地下结构外墙也预留接驳器以便连接后作的牛腿板梁钢筋。整浇式后作压梁如图3所示。

3.2.3 压顶冠梁上的后作式压梁和地下结构外墙的后作式牛腿板梁均需满足地下结构在浮力作用下的抗弯和抗剪承载力，故其截面及配筋、接驳器的埋置、施工缝处理等均需满足设计图纸和相关国家标准的要求。

3.3 满足地下结构抗震设防较高要求的原理

当地下结构的抗震设防有较高要求时，即地下结构底板、外墙不能通过钢筋混凝土与排桩连接为整体时，可采用在排桩的压顶冠梁上后作压梁与地下室外墙牛腿板梁之间分离式（垫油毡）构造，如图4所示。在地震力作用下形成類似抗震缝的构造，但排桩仍起到抗浮承载的作用。冠梁上后作式压梁与外墙后作式牛腿板梁之间的油毛毡起到只传递竖向荷载而允许地震力作用下水平位移的作用。后作式压梁和后作式牛腿宜在主体结构封顶后施工，以考虑主体地下结构及其桩基的沉降变形。

3.4 地下结构底板下抗浮工程桩布置原理

地下结构底板下的抗浮工程桩一般兼作抗压工程桩，由于基坑支护桩相对比较短，通常不深入至深部硬土层中，故不宜计入桩基总的抗压承载力中。在布置抗浮工程桩时，底板四周可以少布置基桩，使部分抗浮承载力分配给排桩工作，由于地下结构的刚度和支护排桩抗浮安全度较大，故符合地下结构抗浮工作的变形协调原则。

4.施工工艺流程

测量放线→支护排桩施工→支撑或锚杆施工→分层开挖土方→基底垫层施工→砌桩间砖胎模→凿毛排桩内侧、植筋→植筋与连接角钢焊接或栓接、底板钢筋绑扎→浇捣底板混凝土→排桩侧植筋，挂钢丝网→排桩侧喷细石砼抹平→焊接植筋与对拉螺栓、墙体钢筋绑扎→搭设墙体内模→浇捣墙体混凝土→施工外墙后作式牛腿→施工冠梁顶后作式压梁

5.施工要点

5.1 测量放线、灌注桩、支撑或锚杆施工及基坑土方开挖

测量放线、灌注桩、支撑或锚杆施工及基坑土方开挖均按常规施工方法施工，此处不再赘述。支护排桩兼作抗浮工程桩，故其施工检验和施工后的承载力及桩身质量检验均应符合设计要求和相关的国家行业标准即文献[1]、[2]的规定。桩位在轴线和垂直轴线方向偏差、垂直度偏差应按文献[3]的规定控制，即更严格。

5.2 坑底垫层施工和检查排桩

基坑土方开挖到坑底设计标高后，立即浇捣混凝土垫层且靠紧排桩。检查排桩的外形（直径、是否有蜂窝、孔洞及露筋）、偏位、垂直度和桩的间距及混凝土强度。排桩如有质量缺陷，应及时修补处理。如排桩净间距较大，可采用桩间隙中砌砖墙解决，或采用支设内模并增设桩之间植筋并绑扎后浇捣桩间混凝土解决。

5.3 砌桩间砖胎模

在排桩间隙处用小铲刨去土层，一般按桩间净距在300mm内采用半砖厚的砖胎模、大于300mm采用一砖厚的砖胎模留出位置。砖胎模底脚采用C15混凝土垫层，其标高和厚度同底板下的混凝土垫层，并同时施工。胎膜采用M7.5水泥砂浆砌筑MU10混凝土多孔砖，且沿竖向@500设置2φ6拉结筋。

5.4 凿毛支护桩内侧面和植筋

在排桩的内侧面凿除泥皮、浮浆、凸出的混凝土，为植入钢筋及设置水平向连接件—角钢提供基本平整的条件。在支护桩内侧植筋应根据相关国家行业标准的规定，钻孔的孔径应比所植钢筋的直径大4mm，植筋进入支护桩的长度为20d。先注填环氧树脂胶粘剂，随之插入钢筋，使植入的钢筋品种和直径、双向间距符合与底板或地梁主筋焊接传力的要求。然后在水平方向增置连接角钢，角钢钻孔后就位套入植筋用垫片螺帽拧紧或焊接，最后将底板或地梁的主筋焊于角钢，如图5所示。所用角钢的品种、型号规格应满足连接的强度要求。

5.5 底板、地梁、承台施工

底板、地梁、承台按常规方法施工；钢筋绑扎后应进行隐检验收，然后搭设上翻的外墙段内模板。泵送浇捣底板、地梁、承台的混凝土时，以后浇带为界，先施工靠支护桩区段，以利尽早稳定基坑支护结构。底板及换撑带混凝土养护达到一定强度后，即可按常规方法拆除基坑的支撑。

5.6 支护桩内侧继续植筋、砌桩间砖墙、挂钢丝网、喷细石砼、安装连接角钢。

底板施工后，继续在排桩内侧植筋。继续在支护桩之间砌砖墙，此砖墙沿竖向@500设置2φ6拉结筋和支护桩通过铁膨胀连接。头遍细石混凝土喷射后挂钢丝网，再喷第二遍细石混凝土，并随之用灰刀抹平。按照设计要求涂刷防水涂料，作为地下室外墙的外侧胎模。安装连接角钢并焊接对拉螺栓，角钢截面应满足对拉螺栓双面焊缝长度的要求，角钢的肢宽即为地下室外墙钢筋保护层的厚度。

5.7 混凝土墙体施工

墙体钢筋依据设计图纸绑扎，绑扎前应通过连接角钢连接好排桩上的植筋和对拉螺栓，以便支护桩和墙体连为整体参与抗浮工作。浇捣墙体混凝土前，应处理好与底板上翻墙体段连接的水平施工缝，然后分层泵送浇捣混凝土，用插入式振捣器振捣密实，浇水保湿养护14d。

5.8 后作压梁与墙体牛腿施工

当支护桩与地下结构外墙必须脱开或外墙外侧面需要粘贴防水卷材时，应在支护桩压顶冠梁施工时预埋接驳器（直螺纹套筒）和锚筋，或预埋竖向插筋；同时在地下结构外墙施工时预埋侧向接驳器和锚筋，如图3和图6所示。当地下结构无抗震设防特殊要求时，在地下结构外墙施工后设计要求的时间，将压顶冠梁上预埋钢筋与地下室外墙牛腿钢筋绑扎后，搭设模板并隐检验收合格，再整体泵送浇捣混凝土。

当地下结构有抗震设防较高要求时，地下结构底板和外墙应离开排桩，空隙部分可垫泡沫塑料板；然后在地下结构外墙施工后施工牛腿板梁，再施工排桩压顶冠梁上的压梁，同时在后作压梁与牛腿板梁之间垫以油毛毡，如图4和图6所示。

6.质量安全控制

6.1 灌注桩钻孔达到设计深度，应控制孔底沉渣厚度不大于100mm。排桩所用的钢筋笼和混凝土应符合设计要求和文献[1]的规定。灌注混凝土时，应控制提拔导管的速度，严禁将导管提出混凝土灌注面。

6.2 植筋的钻孔成形后，应用吹风机吹净孔内粉尘，然后注填环氧树脂胶粘剂，随之插入钢筋到位，并刮除多余溢出的胶粘剂。

6.3 地下结构底板钢筋绑扎后，应隐检验收合格，包括和支护桩的连接角钢及钢筋，以及工程桩的锚固钢筋，然后泵送混凝土分层浇捣密实，并覆盖保湿养护14d。

6.4 喷射细石混凝土分二遍作业。喷射机的工作风压应在喷头处保持0.1MPa左右，喷头应垂直于支护桩侧面，并保持0.6～1.0m的距离。终凝后应喷水养护至少7d。

6.5 地下室外墙的模板采用对拉螺栓将内侧模板与外侧胎模中角钢焊接固定。墙体采用分层泵送浇捣混凝土，用插入式振捣棒振捣密实。

6.6 施工冠梁和地下结构外墙时，预埋钢筋或接驳器的位置应准确且固定牢靠，分离式后作压梁与后作牛腿之间的油毛毡应衬垫到位，排桩与外墙之间的空隙尺寸应留置到位，防止泥土砂石及建筑垃圾掉落嵌缝。

6.7 基坑开挖期安全措施：基坑四周应作好临边防护栏杆；规范基坑挖土，作好基坑监测和各项应急措施，指导信息化挖土施工，并限制坑边堆放材料和作业机具的荷载。

6.8 地下结构施工期安全措施：禁止作业人员在支撑顶行走，确需支撑作为人行通道时，应设置安全护栏。基坑内各工种需要进行立体交叉作业时，不得在同一垂直方向上操作。

6.9 排桩和基坑挖土及地下结构的施工作业人员应经安全培训，并在作业前进行安全交底，特种作业人员（电工、电焊工、塔吊司机和指挥、脚手架工）应持证上岗。

6.10 作好防火工作。设置足够的防火设施，包括灭火器、水泵和管道。木工棚和油漆间等防火重点部位，应配备专用的消防器材，并采取必要的消防安全措施。

7.结束语

基坑支护桩兼作抗浮工程桩应用技术，经过工程实践的检验获得成功，从而使基坑支护桩在完成基坑支护的临时性使命后，继续发挥抗浮工程桩的作用。其经济效益是明显的，以一般软土地基地下室二层挖深10m的深基坑为例，采用φ800@1000钻孔灌注桩支护，插入坑底18m，坑底以下土层为淤泥质粉质粘土（流塑）厚8m，粘土（软塑）厚6m，粉土（稍密）厚4m，桩周土侧阻力特征值qsia分别为9kPa、12kPa、20kPa，按本文公式计算单桩的抗拔承载力特征值：Ra'=Ul·Σλiqsiali+Gp=463kN。以基坑周长360m计，可提供排桩式总抗拔承载力特征值为84000kN。工程桩为φ800钻孔灌注桩长36m，单桩抗拔承载力特征值为950kN，即利用支护桩兼作抗浮桩约可节省88根抗浮工程桩。考虑布桩的合理性，按0.8折利用支护桩抗浮承载力，单价以1400元/m3计，则可节省抗浮樁基造价为179万元。除去后作式压梁和地下室外墙牛腿的费用26万元，净节约桩基造价153万元。

基坑支护桩兼作抗浮工程桩的成功应用，为节约基坑支护工程造价提供了宝贵的经验。一桩二用，即节约了工程造价，又节约了资源产生节能效果。本技术在深基坑工程中需要设置抗浮工程桩的地区进一步扩大应用，将产生较显著的社会效益。

参考文献

[1] JGJ94—2008.建筑桩基技术规范[S]

[2] GB50202—2002.建筑地基基础工程施工质量验收规范[S]

[3] JGJ120—99.建筑基坑支护技术规程[S]