钻孔灌注桩支护方案应用质量管控探析

2022-09-21杨聿智

工程质量 2022年8期

杨聿智

（国家能源集团国能榆林能源有限责任公司，陕西榆林 719408）

0 引言

在三维世界里水平方向没有支护空间情况下，寻求竖向支护方式是必经之路。要解决支护方式问题就要搞清既有建筑物的结构设计、结构形式及结构所用材料等，还要考虑新建筑物结构设计与原建筑设计是否连续或冲突，才能在选择支护方式和材料时既满足既有建筑的安全性又兼顾新建筑物的适用性，此外，支护的质量管控也是支护成败的重要因素。在综合考虑既有建筑和新建筑设计的同时考虑选择什么样的支护方式和支护材料对既有建筑安全起到保障作用，还对新建筑物没有不利影响就成为关键因素。在水平方向没有支护空间，新建筑物基础又低于既有建筑基础 1.2 m 的狭窄空间里为满足了上述功能和要求，从而引出对结构设计的分析、对基坑支护方案设计质量控制、沉降观察对灌注桩施工的质量控制方法以及灌注桩整体质量管理与控制方法应用的研究。

1 工程概况

郭家湾煤矿职工食堂由于就餐人员增加需新增加结构空间，为了既有建筑安全扩建工程采用增加水平面方向结构空间。由于增加电梯功能，新的改扩建工程基础深度比既有建筑物基础深度增加了 1.2 m，且新建基础外边沿与既有建筑物基础外边沿相距仅 0.55 m，因此不具备放坡条件，施工狭窄和基础不在同一标高处成为本工程施工难点，为此选择施工方案成为关键。施工过程中通过分析大开挖和斜壁支撑是不可行的，因为大开挖势必对既有建筑地基造成扰动，斜壁支撑影响新建建筑无法施工。如果选择钢板桩直臂打入支撑，由于钢板桩抗压能力较低的特性，也不符合有效支撑条件。通过比较选择钢筋混凝土灌注桩，既利用钢筋的强抗拉、抗弯等特性，又利用混凝土强抗压特性，且垂直施工节约空间，起到直臂支护效果。同时考虑到钢筋混凝土灌注桩既对既有建筑物结构安全进行了保护，又利用基层挂钢筋网片抹灰作为新建剪力墙模板，解决了两建筑物相距甚近的施工难题，最终选择了混凝土灌注桩支护方案。钻孔灌注桩按其作用可分一是地基加固的一种方式，通过打桩加大地基的承载能力；二是边坡支护的一种方式，用于边坡维护抵抗土方侧压力，防止土方位移。本工程正是用支护的方式对既有建筑的防护。

为了形象的理解既有建筑和新建筑的关系以及灌注桩布置，下面提供基坑断面图和基坑支护施工图，如图 1～图 3 所示。

图1 基坑断面示意图（单位：mm）

图2 灌注桩支护平面图

图3 基坑支护剖面图［1］（单位：mm）

2 两建筑物结构设计分析

本工程既有建筑为郭家湾煤矿职工食堂，结构形式为混凝土独立柱基础，混凝土框架结构工程。扩建工程为郭家湾职工食堂改扩建工程，结构形式是混凝土框架剪力墙结构。结构安全等级均为一级，结构使用年限均为 50 年。对建筑工程进行合理设计，可提升工程安全性和功能性，减少质量问题发生的风险，进一步提升建筑工程施工质量，有利于延长土木工程建筑的使用年限。土木工程使用年限是评估建筑施工质量的关键性指标，结构设计是使用年限的重要因素。钢筋混凝土材料在国内外广泛应用已有上百年的历史，实践证明钢筋混凝土材料兼具钢筋抗拉、抗弯等优点和混凝土抗压、耐久等优点，且二者线膨胀系数基本一致，具有耐久性、高强性、高流动性、耐火性、可模性、整体性等特性，虽然有着自重大、抗裂性差等缺点，但通过高强混凝土配合比技术处理和钢筋强度技术的提高可以克服以上缺点，是延长结构使用年限很好的材料。混凝土结构设计一方面通过正截面、斜截面、弯剪受力数据提供设计依据，另一方面混凝土结构裂缝采用相应控制措施，提升钢筋混凝土耐久性和抗震性能。按照既有建筑结构设计原则［2］，扩建工程采用钢筋混凝土结构形式，延续了既有建筑的安全等级和使用寿命。从设计八大控制指标（刚度比、刚重比、抗剪承载力之比、周期比、剪重比、位移比、位移角、轴压比）来看，相同结构形式在保证结构延性、结构安全、结构变形等方面具有更简单、更有效的控制方法。相同结构形式在空间使用上也更具有延续性，使得新建物与既有建筑物使用功能没有视觉落差。

3 基坑支护方案设计是质量管控的总阀门

3.1 基坑支护方案设计的理论分析

地基加固技术是土木工程建筑施工当中十分重要的一项技术，能有效地对建筑物质量进行保护，还能避免很多安全事故的发生［3］。基坑支护是对既有建筑结构可靠性的保证措施，结构体系模型和结构材料对结构安全起着至关重要的作用。结构失效模式和钢筋混凝土框架结构变形特征并不是结构可靠度的充分条件，从试验结果看小震、中震大都是独立的，大震相关性较高［4］，所以基坑支护结构形式、选用材料对既有建筑物可靠性非常重要，按照现行极限概率设计规范是可行的。考虑到既有建筑已使用了 10 年，地基已处于稳定状态，新的改扩建工程地基层在原有建筑地基层下 1.2 m 处，且基础外边沿相距仅 0.55 m 的实际情况，JGJ 120－2012《建筑基坑支护技术规程》总则 1.0.3 条规定：基坑支护设计、施工与基坑开挖，应综合考虑地质条件、基坑周边环境要求、主体地下结构要求、施工季节变化及支护结构使用期等因素，因地制宜、合理选型、优化设计、精心施工、严格监控［5］，基坑开挖势必影响到原有建筑地基的受力状态，选择什么样的基坑支护方案对既有建筑地基受力状态影响最小就显得非常重要。在组织榆林市岩土专家、结构专家、有经验的施工专家反复比较论证基础上，排除了大开挖对既有建筑地基扰动、排除了斜壁支撑无法满足现有建筑施工、排除了钢板桩抗压能力较低的缺点，最终采用钻孔灌注桩加固方案。钻孔灌注桩加固方案既起到基坑支护作用，又对既有建筑地基扰动影响最小。JGJ 120－2012《建筑基坑支护技术规程》设计原则 3.1.2 基坑支护应满足下列功能要求：①保证基坑周边建（构）筑物、地下管线、道路的安全和正常使用；②保证主体地下结构的施工空间。

3.2 采用钢筋混凝土灌注桩主要理由和措施

灌注桩在原地面开始施工，并没有直接扰动原地基，最不利的是施工钻孔振动引起的动载荷对原地基影响，但是考虑原地基已处于稳定状态，根据钻孔机振动频率和既有地基失稳应力，经相关人员推算施工动载荷不会对原地基形成破坏状态，在理论上给了信心。为了避免因振动对原地基沉降变形，施工中采取既有建筑设沉降观测点措施，动态监视既有建筑地基状态。

钢筋混凝土灌注桩由于充分发挥抗拉、抗弯、抗剪、抗压、耐久等基本性能［6］，基坑开挖后起到保护既有建筑和保证基坑开挖不放坡的有利状态，同时为了发挥混凝土灌注桩的整体保护作用，所有灌注桩用冠梁连接，使桩顶锚入形成固定端，从而控制基坑开挖过程中桩顶变形，保证基坑的稳定和安全。支护桩的桩顶冠梁冠梁将作为结构受力构件进行设计，此时，JGJ 120－2012《建筑基坑支护技术规程》要求，桩身纵向受力钢筋深入冠梁的锚固长度需要按照 GB 50010－2010《混凝土结构设计规范》对钢筋锚固的规定执行［7］。

灌注桩支护方案设计已经陕西中宏岩土工程有限公司验算，在整体稳定性、抗倾覆稳定性、嵌固深度构造验算、嵌固段基坑内侧土反力验算均满足规范要求。

4 沉降观察使用对灌注桩施工的质量控制方法

本工程建筑物沉降观察是灌注桩施工振动对既有建筑地基影响的有力佐证，以便在施工时适时调整施工方案和提出确保安全的预案措施。虽然本工程沉降观测记录结果从沉降观察曲线表上看基本没什么变化，但是在施工前还是做了充分准备，施工中按照 JGJ 8－2016《建筑变形测量规范》已编制详细的沉降观测方案［8］，这里不作详细赘述，仅就思路方式介绍几点。

4.1 沉降观测点布置

在原建筑物选择临靠新建筑两个不同柱子上布置和原建筑物中部两个不同柱子布置共 4 个观测点。这样布置目的就是观察临近振动点建筑物沉降有无变化，中部观察点观察建筑物沉降有无变化，进而判断对整个建筑物有无影响。

4.2 沉降观测周期

施工开始前记录观测结果，施工开始后 1 d 记录观测沉降结果，目的就是看振动对既有建筑物有无影响；然后 3 d 再记录一次，以后每隔 5 d 记录一次，目的就是较长时间内看振动对既有建筑物有无影响。

4.3 沉降观测数据

建筑物沉降竖向位移记录数值，建筑物裂缝观察记录数值，绘制沉降曲线。

4.4 沉降结果处置

符合 GB 50007－2011《建筑物地基基础设计规范》的地基变形允许值［9］。

5 灌注桩整体质量管理与控制方法

建筑物方案设计阶段是质量控制的起点，我们从新建筑物方案设计审查开始对两建筑物的相容性、延续性、结构安全性一直到施工图审查以及设计交底和图纸会审，严格按基本建设程序履行质量管理与控制方法。施工阶段尤其对影响既有建筑的混凝土灌注桩更加大了控制力度。灌注桩成型质量对保护既有建筑起重要作用，灌注桩施工质量控制至关重要，实际施工中主要通过以下方法进行控制。

1）施工前先进行打试桩和试验桩。试桩为设计人员提供设计参数，参考试桩特征值换算成工程桩的特征值；试验桩为工程桩成孔的施工流程和工艺参数提供依据，确定和检验桩基成孔施工设备、流程和工艺，包括钻机设备选择、成孔工艺、桩位的控制、桩身垂直度的控制、护壁泥浆的浓度、钢筋笼的放置、混凝土的浇注、后压浆参数等。

2）编制灌注桩施工方案，方案对成孔质量控制、钢筋笼制作质量控制、混凝土灌注质量控制都有具体的控制措施以及质量通病处理预案，质量通病见《土木工程施工与管理》中 2.2.6 灌注桩施工常遇问题及预防处理方法［10］。这里重点提一下方案审查程序，根据 GB/T 50502－2009《施工组织设计规范》［11］中 3.0.5 条 2 款规定：“施工方案应由项目技术负责人审批；重点、难点分部（分项）工程和专项工程施工方案由施工单位技术部门组织相关专家评审，施工单位技术负责人批准。”的规定，根据本工程灌注桩重要性提高管控档次，按专项工程施工方案执行，方案经施工单位技术部门组织相关专家评审，施工单位技术负责人批准后再报监理、建设单位审查。

3）选择有经验的专业承包队伍，不仅要有专业承包资质，更注重实地考察业绩，打有准备之仗。

4）做好各项记录，包括打桩记录、放线记录、轴线偏移记录、测温记录、既有建筑沉降观测记录等各项施工记录和监理旁站记录。

5）加强现场工程质量检查、验收，按照 GB 50202－2018《建筑地基基础施工质量验收规范》验收项目和质量检验标准［12］，严格组织验收。验收主要依据施工图、桩基检测报告（依据 JGJ 106－2014《建筑桩基检测技术规范》出具的检测报告［13］）、施工记录、混凝土标养试块试验报告和钢筋的复试报告、桩竣工图和现场检查标高、偏移尺寸等。尤其桩基竣工图，在严格执行NB/T 51051－2016《煤炭建设工程资料管理标准》［14］基础上，对规范上没有特别指出桩基竣工图的具体标注方法，要求以下具体的参数、信息必须如实地反映在竣工图上。

6）实际施工的桩编号（与打桩记录一致）。设计变更的桩，应用红笔写上变更的内容标出变更图号；桩位实际测量偏差值；实际打桩桩顶标高偏差值，灌注桩截桩后的实际标高偏差值；桩基竣工图章，其中审核人应为项目经理。