高水位既有地下室结构补桩关键技术

龚俊杰 赵 昊 汪 刚 李 志 刘 航 王 强

中建三局集团有限公司（沪） 上海 200129

目前，在深基坑、高水位的复杂条件下，国内还没有较为成熟的补桩施工方法。本文依托工程实例，基于深基坑、高水位的复杂工况，对补充桩基施工过程中产生的承压水水位控制、泥浆控制、既有结构保护等一系列问题进行研究探讨，为后续的施工及研究提供工程经验及理论参考[1-3]。

1 工程概况

长征镇214、210街坊商办楼项目位于上海市普陀区，工程总建筑面积约387 000 m2，其中地下建筑面积148 000 m2。根据勘察报告，基坑开挖深度14.7～17.2 m，基坑开挖影响范围内主要分布的含水层为第⑦1层、第⑦2层。第⑦1层层顶最浅埋深为27.9 m，第⑦2层层顶最浅埋深为32.7 m。工程勘察期间，⑦层承压水头的最高水位标高为－2.15 m，埋深为5.85 m。

其中T3—T6塔楼区域为结构拆改区域，相关建筑功能及结构均发生改变，导致已完成地下室结构及部分底板需拆除改造。相对于原设计T5、T6塔楼，新设计塔楼范围有所调整，且原设计的承压桩与抗拔桩进行了一定的转换，经设计单位验算，原有桩基不能满足结构要求，需局部补桩。

2 高水位既有地下室结构补桩施工

2.1 工艺原理

通过前期桩位复核定位及对原结构进行加固，减少补桩施工过程中对既有结构的影响。

桩基深度超过承压水层，在补桩施工中会穿透承压水层而发生承压水上涌的情况。参考连通器的原理，通过设置钢套筒使承压水自上涌至该区域土层的水头标高，在钢套筒内达到水位自平衡，避免了传统类似施工中的持续降水。同时利用钢套筒提供的工作条件，将补桩施工转移至地下室顶板进行，避免了因地下室净高不足而导致的桩机无法施工、平面组织困难等难题，减小了施工难度，保证了施工的质量和安全。

通过相关压力容器壁厚的计算公式及套筒内工作压力的选定，计算出补桩施工所需钢套筒的壁厚。通过分析施工过程中底板与钢套筒交界处的受力情况，以钢套筒底部泥浆压力、土体压力、反坎自重相平衡的计算模型得出钢套筒与底板密封混凝土反坎体积，指导现场施工，确保补桩施工安全可靠。施工流程为：施工准备→楼板加固→楼板及底板开孔→放置钢套筒→成桩及后续施工→钢套筒拔除。

2.2 工序要点

2.2.1 施工准备

1）桩位复核。在接收设计单位的补桩定位图纸后，对桩的定位图与原结构图纸进行叠图复核，查看桩基定位与原结构的主要受力构件发生碰撞的情况。针对碰撞情况与设计协商沟通，在允许范围内对桩定位进行微调，减小因开孔导致的对既有结构的损伤破坏，降低后期修补成本。

2）桩位定位。补桩前需对原结构楼板和底板开孔，因此根据测量平面控制网和高程控制网，构建立体模型，根据桩位复核图纸，使用全站仪及钢尺测定桩位，在桩位处采用“十字栓桩位”作好标记，并用钢筋三脚架加以保护。

3）钢套筒选型。在施工前需要对钢套筒的长度进行计算，施工中钢套筒所需的最短长度不小于插入土壤深度、垫层厚度、底板厚度、地下室深度之和，要求钢套筒插入土体深度不得小于1.0 m。在钢套筒顶部需预留法兰盘，钢套筒长度若不能满足使用要求，需通过焊接接缝的方式接长，钢套筒使用Q235钢材，壁厚根据实际使用情况计算得出。

2.2.2 楼板加固

对桩机施工荷载及结构顶板设计承载力进行复核，对需要加固的区域进行加固处理。采用满堂支撑盘扣式钢管脚手架、型钢回顶、钢板加固等方式对钻机施工范围内的楼板进行加固。

2.2.3 楼板及底板开孔

楼板及底板开孔采用水钻施工，以桩位点为圆心，进行小水钻孔的布置。经查询规范，开孔半径取值为桩半径＋水钻半径＋50 mm。开孔施工要点如下：

1）开孔施工务必确保同一根桩位上、中、下开孔的同心同径。

2）若在水钻孔钻进过程中出现较大的垂直度偏差，则应停止钻孔，用较大孔径的套筒重新套钻，确保垂直度满足施工要求。

3）每层板开孔完成后，采用长1 m且与准备安装的长套筒同径的模型钢套筒进行试安装，观察筒壁与板边界是否有卡蹭现象，若有问题重新修孔，以确保后续长套筒的顺利安装。

4）上、中、下3层板均开孔完成后，利用“十字栓桩位”的桩位控制点，采用线坠和钢尺进行同心度的检查。

2.2.4 放置钢套筒

使用50 t汽车吊进行“两点起吊”，将钢套筒竖起之后再变为“单头吊装”。吊耳采用厚度为25 mm的Q235钢板，连接板尺寸为竖向20 cm×环向15 cm，耳板尺寸为径向20 cm，环向10 cm（耳宽），孔径为5 cm。套筒回直安装前割除吊耳，避免影响套筒下放。

套筒进入底板下原状土深度不得小于1 m，采用液压振动锤完成钢套筒下沉施工。下沉前用油漆在套筒上标记好预定位置，到位即停，后续完成加固措施。套筒安装完成后，采用钢筋以“井”字形焊接固定在每一层混凝土板面上，防止成孔过程中护筒滑落、平移。

2.2.5 成桩及后续施工

由于桩机在地下室顶板进行补桩施工，故成桩垂直度是此类施工的控制要点，要重点关注施工时钻头及钻杆的垂直度。在桩机钻进过程中，每前进5 m测一次成桩垂直度，完成后复核成桩垂直度，确保桩基垂直度满足使用要求。

成桩后7～8 h内应用清水劈通注浆管，使注浆管保持畅通。注浆应在成桩2 d后进行。注浆应保持低压慢速，采用P.O 42.5水泥浆液，水灰比控制在0.55～0.60。工程桩注浆量应根据静载试验结果进行相应调整，以注浆量为主控，以注浆压力为辅控。终止注浆应符合下列条件：注浆量达到设计要求；注浆量不低于设计要求的80%，且压力不小于2 MPa。在混凝土浇筑完成28 d之后进行桩身超声波检测。

2.2.6 套筒拔除

在补桩施工完成混凝土灌注后4～5 h（混凝土初凝后），拆除各层板位置对套筒的加固钢筋，凿除钢套筒与底板密封的混凝土墩，并割除止水环。采用液压振动锤对钢套筒进行拔除，拔除的钢套筒直接吊往下一孔位进行安装。

3 结语

根据现场实际施工过程中发现的问题进行讨论分析与经验总结，对承压水水位进行监测，及时根据监测数据及实际工况采取降水措施，并在补桩施工过程中，通过一系列的计算制定地下室水位控制的相关措施，避免在补桩打开底板的过程中承压水通过钢护筒缝隙上涌至底板，损坏地下室既有结构及对基坑安全产生威胁。此外，补桩施工操作面与普通桩基作业存在较大的差异，故在现场实际作业过程中需要按照定位、加固、开孔、钻孔等一系列工序进行操作，以保证补桩施工的作业安全。综上可见，本文对于目前国内的地下室拆改建补桩工程具有一定的借鉴意义和指导价值，对于高水位补桩的相关理论研究存在一定的参考意义。