预制高性能钢筋混凝土工字型桩在软土深基坑围护中的应用.pdf

浙江建筑 ， 第 2 8卷， 第 8期 ， 2 0 1 1年 8月 Z h e j i a n g C o n s t r u c t i o n，Vo 1 2 8，No 8，Au g 2 0 1 1 预制高性能钢筋混凝土工字型桩在软土 深基坑 围护 中的应用 Ap p l ic a t io n o f P r e f a b r i c a t e d HP C H p i l e i n So f t So i l De e p F o u n d a t io n P i t 吉红波 ， 陈尧火 ， 章小玲 ， 陈伟军 J l H o n g b o，C HE N Y a o - h u o，Z HA NG Xi a o l i n g，C H EN We i q u n ( 1 浙江 中成建工集团有限公司 ， 浙江 绍兴 3 1 2 0 0 0； 2 绍兴县建设 工程安全质量监督站 ， 浙江 绍兴 3 1 2 3 0 0) 摘要 ： 介绍 了预制工字型桩 作为围护体抗侧 向力在实 际工程 中的应用 ， 通过分别 常规 S MW 工法桩 、 钻孔 灌注围护桩 比 较 ， 无 论在施 质量进度的控制性及保证基坑整体 稳定性 ， 还是在节约投资成本和节能减排 的优势 L， 效益均比较 明显 。 关键词 ： 预制高性能混凝土 ； 工字型 ； 基坑围护 中图分类号 ： T U 4 7 1 8 文献标识码 ： B 文章编号： 1 0 0 8 3 7 0 7 ( 2 0 1 1 ) 0 8 0 0 3 60 4 常规 S MW 工法是在三轴搅拌桩施工过程 中待 水泥土混合体未结硬前插入 H型钢或钢板 ， 而预制 高 性能钢 筋混 凝 土工字 型桩 作为 一种 新式 的应 力补 强材替代钢材， 至水泥结硬也可 以形成一道具有一 定强度和刚度的、 连续完整的、 无接缝 的地下墙体 ， 同样在 基坑 围护 中能 达到较 好 的强度 和变 形控 制 。 l 工程概 况 绍 兴世 纪广 场六 期工程 主要 由 1幢酒 店式 公寓 ( 主楼 ) 及其 裙房 组成 ， 其 中主楼 层 高 2 0层 ， 框 剪结 构 ； 裙 房 35层 ， 框 架 结 构 。地 下 室 1层 ， 面 积 为 5 9 8 0 m ，开挖深度大部分为5 2 5 m， 局部6 6 5 I T I ； 地 下室南 北 向长 约6 4 m， 东 西 向长 约 1 0 3 m， 属 于 二 级 深基 坑 。 本基坑东侧为已建世纪广场小区主入 口， 距离基 坑边线7 3 m； 南侧 为袍江工业 区主要 于道 世纪街 ， 距 离基坑边 线2 1 m； 西侧 为益 泉 大酒 店 ， 距离 基 坑边 线 3 0 m； 北侧为 已建 世纪 广 场住 宅 小 区 ， 距 离基 坑边 线 2 6 1 6 m， 且 周边均有重 要管线 ， 环境 比较 复杂 。基坑 开挖深度影响范围内土层物理力学参数见表 1 。 表 1 基坑开挖深度影响范围 内土层物理力学参数 层 号 土层名称 土层 m 厚度 量 天 然 ( k N 重度 m3 ) 粘 聚 k P 力 ak 州 。 2基坑 围护设计概况 围护 结构采 用 三轴强力 水 泥搅拌 桩按 套一 孔法 施工形成止水帷幕( q 8 5 0 6 5 0 ) 植入预制高性能钢 筋混 凝土 非 对 称工 字 形 桩 ( 4 0 0 m m 8 0 0 mm)+一 道钢 筋混 凝土 内支 撑结构 的 围护方 案 。 2 1 竖向 支护体 系 基坑 南 侧 大 部分 是 四桩 承 台 ， 计 算 开挖 深 度 考 虑 到承 台垫层 底 约6 6 5 m， 预制 高 性 能 钢 筋 混 凝 土 非 对称 工字形 桩采 取 隔一插 一 的方 式依 次植 入三 轴 强力搅拌桩帷幕中， 见图 1 。 收 稿 日期 ： 2 0 1 1 0 32 4 作者简介 ： 吉红波( 1 9 7 9 一 ) ， 男 ， 浙江绍 A ， 1 程师 ， 从事建筑工程施工技术管理工作 。 第 8期 吉红波等： 预制高性能钢筋混凝土工字型桩在软土深基坑围护中的应用 3 7 基坑东、 西、 北侧是 比较稀疏的单桩承台， 计算 开挖深度考虑到底板垫层底约5 2 5 m， 预制高性能 钢筋混凝土非对称工字形桩采取隔二插一的方式依 次植入三轴强力搅拌桩帷幕中， 见图 2 。 图 1 6 6 5 m基坑围护剖面图 A-A 剖面 图 2 5 2 5 m基坑 围护剖面图 B -B 剖面 3 8 浙江建筑 2 0 1 1年第 2 8卷 2 2水平 支护体 系 由于本 工 程 围 护桩 的特 殊性 ， 围护 桩 顶部 应 该 凿 掉表 层 的水 泥搅 拌 桩 施 工 冠 梁 ， 再 与 混凝 土 水 平 4 0 0 8 0 0 5 E 字形 围护桩 ， 星 I 】 l a 6 8 2 0 1 设 两 道 箍 )I l 】 r 0 0 支撑梁形成整体作为水平支护体系。 由于工字 型桩 埋入 冠梁 内 ， 挡 住冠梁 箍筋 位置 ， 在 每个 工字 型桩边 紧贴 增设 两道 箍筋 。 水平支撑主梁 水平支撑次梁 图 3冠梁及水平支撑梁 3预 制高性 能钢 筋混凝土非对 称工字形桩 施工工艺流程 ( 1 ) 导沟开挖 ： 确定是否有障碍物及做泥水沟； ( 2 ) 置放 导轨 ； ( 3 ) 设定 施工 标 志 ； ( 4 ) S MW 钻拌 ： 钻掘及搅拌 ， 重复搅拌 ， 提升时 搅拌 ； ( 5 ) 置放预制高性能钢筋混凝土非对称工字形桩； ( 6 ) 固定预制商I 生 能钢筋混凝土非对称工字形桩 ； ( 7 ) 施 工完 成 。 4预制高性能钢筋混凝 土非对称 工字形桩 的性能 4 1 作 用机理 三轴 水 泥搅拌 桩作 为 围护结 构无 法承受 较 大的 弯 矩与剪 力 ， 植入 预 制 高性 能 钢 筋 混凝 土非 对 称 工 字 形桩 可大 大改善 墙体 受力 。工 字形 桩主要 用来 承 受弯矩与剪力， 水泥搅拌桩主要用来止水防渗， 对工 字 形桩还 有 围箍作 用 。 预制高性能钢筋混凝土非对称工字形桩混凝土 等级为 C 5 0， 钢筋 为高强预应力钢筋。工字 型桩设 计图见图 4 ， 实物图见图5 。 4 2 与传 统钻孔 灌 注桩进 行 比较 ( 1 ) 工字形桩截 面的配 筋位于截 面两端 ， 相 比 配筋沿 圆周布置 的钻孔灌注桩抗弯强度提高 2 0 以 上 ( 2 ) 工 字形桩 截 面积 仅 为相 应 钻 孔灌 注 桩 的一 半 ， 可节约 一半 混凝 土用 量 ； 口 图 4工 字 型桩 设 计 图 图 5工 字 型 桩 实 物 图 ( 3 ) 工字形桩一般为工厂化定型施工 ， 效率较高 ； ( 4 ) 工字形桩受力钢筋为预应力钢筋 ， 大大提 高钢筋抗拉强度 ， 达到节约钢材的目的； ( 5 ) 工字形桩作为 围护桩具有施工速度快 ， 质 量可靠 ， 无噪音 ， 无泥浆外运污染环境等优点 。 4 3 与 常规 S MW 工 法桩 进行 比较 ( 1 ) 常 规 S MW 工法 桩 采 用 型钢 作 为 应 力 加 强 材 ， 虽然最后拔出回收但租赁价格比较高 ， 超过一定 工期 后费 用偏 大 ； ( 2 ) 常 规 S MW 工 法 桩 中 的 型钢 需 通 过 汽 车 吊 第 8期 吉红波等 ： 预制高性能钢筋混凝土工字型桩在软土深基坑围护中的应用 3 9 辅助插入搅拌桩 内， 而工字型桩仅利用改进后的三 轴搅拌桩机械吊装插入搅拌桩 内， 减少 了机械设备 投入 ； ( 3 ) 常规 S M W 工 法 桩 止 水 帷 幕 沿 着 型钢 全 长 设置 ， 而工 字形 桩 可根 据 土 质 情 况 并 非 与 桩 一 样 全 长 ， 减少 水 泥搅 拌桩 的工 程量 ； ( 4 ) 工字 型 桩 为非 对 称 桩 ， 根 据 基 坑 围护 设 计 明确各种工况下 的弯矩包 络图 ， 围护桩受力弯矩 大 的一 端翼 缘 长 、 弯矩小 的一端 翼缘 短 ； ( 5 ) 工字型桩顶部 冠梁施工简单 ， 而钻孔灌注 桩顶 部 冠梁施 工 前 需要 凿 桩 、 型 钢 工法 桩顶 部 冠梁 需采 取 隔离 措施 ， 施 工 比较 复杂 。 5 施工 注意事项 作为一种新型 的围护体 系， 施工过程 中需要注 意 以下事 项 。 r 5 1 工字型 桩 的定位 本工程 坑 内一侧 围护 桩所 受 弯矩 大 ， 所 以工 字 型桩翼缘长一端放在坑 内。吊装 工字 型桩 插入 搅 拌 桩 内 的 时 候 特 别 注 意 摆 放 的 方 向 ， 利 用 自重 沉人到设计 标高 后进行 固定 ， 防止工 字型 插入 过 深或 过 浅 。 图 6 工 字型桩作为排桩支护的 实物 图 5 2底板 传 力 带的施 工 拆除混凝土水平支撑前 ， 底板传力带与围护桩 接触部位应先凿掉表层 的水泥搅拌桩再紧紧顶住工 字 型 桩 ， 因为混 凝 土 的刚度 比搅 拌 桩 的刚度 大 ， 实 施 换撑后容易挤碎搅拌桩导致基坑位移变大。 底附近侧移最大 ， 为1 6 m m； 底板传力带施工完毕并 拆 除水 平 支 撑 后 ， 围护 桩 呈 悬 臂 状 态 ， 桩 顶 侧 移 最 大 ， 为2 3 mm。 从空间分布上看 ， 基坑形状为狭长型 ， 在长边方 向中部土体所受约束力最小 ， 水平位移 比其他测点 要大。相邻测点位移差值最 大为5 m m， 最大位移值 在 控制 范 围内 。 6 2地 面 沉 降 本 工 程基 坑 围 护桩 插 入 深度 到 位 ， 坑 底塑 性 隆 起量 比较小 ， 且施 工 速 度 比较 快 、 暴 露 时 间 短 ， 基 坑 被动承压区土体流变 的速率和幅度都 比较小 ， 减少 了墙体被动压力区的土体位移和墙外土体向坑内的 位移 ， 因而地表沉降最大为2 0 m m。 6 3 水 平 支撑轴 力 轴 力监 测 设 置 于水 平 支撑 梁 中 ， 随 着 基坑 开 挖 深度的增加 ， 水平支撑梁 的轴力逐渐增大， 挖至基坑 底后 轴 力 逐 渐 稳 定 ， 所 有 测 点 轴 力 稳 定 于 8 5 0 1 2 8 0 k N。 7造价对 比分析 7 1 与传 统钻 孔 灌注桩 进行 比较 竖向支护体 系若采用 传统 的 q b 8 0 0钻孔灌 注 桩 ， 钻孔灌注桩费用约1 1 0 0 元 m ， 而工厂化定型施 工的工字形桩费用 约1 0 0 0 元 m ， 两者均采用三轴 搅拌桩作止水帷幕 ， 考虑到工字形桩截面积仅为相 应钻孔灌注桩之半 ， 费用节省是显而易见的。 7 2 与 常规 S MW 工 法桩进 行 比较 竖 向支护体 系若 采用 常规 工 法 桩 内插 H 7 0 0 3 0 0 X 1 32 4型钢， 其抗弯刚度远远小于预制高性 能钢筋 混凝 土 工 字 型桩 。 为 了控 制 基坑 变形 ， H 型 钢 间距 比工 字 型 桩 间 距 要 密 。整 个 基 坑 大 致 需 H 型钢7 8 0 t ， 按施 工工 期 为 4个 月 考虑 型 钢 租 赁 费用 2 0 0 0元 t ， 则 租赁 费用 1 5 6万 ， 而本 工 程 工 字 型 桩 工程量 为 1 2 5 0 m ， 按 1 0 0 0元 m 计算 费用 为 1 2 5 万 ， 节 约 3 1万 。 6基坑监测成果8结语 本 工程按基坑开挖顺 序分五个工况对水平 位 移 、 沉降、 水平支撑轴力等进行监测 ， 并进行资料整 理与分析。 6 1 深层 土体 的 水平位 移 当开挖至坑底时， 由于水平支撑和坑底土嵌固 作用这两方面的约束 ， 围护桩呈简支状态 ， 变形在坑 预 制预 应力 钢筋 混凝 土非对 称工 字形 桩抗侧 向 力在本基坑工程 中获得 了成功应用。通过分别与常 规 S MW 工法桩 、 钻孔灌注围护桩作 比较 ， 可 以看出 经济和社会效益都 比较明显 。尤其是在钢材价格居 高不下 、 全国提倡节能减排的大环境下 ， 值得在类 工程 中推广应 用 。