建筑基礎(chǔ)工程采用壁樁及其工法成效分析研究

王 鋒

(山西一建集團(tuán)有限公司北京建筑分公司，北京 102208)

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建筑基礎(chǔ)工程采用壁樁及其工法成效分析研究

王 鋒

(山西一建集團(tuán)有限公司北京建筑分公司，北京 102208)

介紹了壁樁的定義，結(jié)合某高層建筑工程實(shí)例，分析了壁樁的設(shè)計(jì)要點(diǎn)，并闡述了壁樁施工與質(zhì)量控制措施，指出壁式基礎(chǔ)斷面較傳統(tǒng)基樁更具彈性，可有效節(jié)省工程經(jīng)費(fèi)。

高層建筑，壁樁，液化評(píng)估，沉陷量

0 引言

工法的選擇與工程成本具有密切關(guān)系，除了材料本身具有市場(chǎng)價(jià)格外，技術(shù)、機(jī)具、人員、工期等變動(dòng)形成直接或間接的影響，對(duì)于連續(xù)工程完成后，直接使用原有機(jī)器、設(shè)備、技術(shù)人員及工法施作壁樁與目前普遍化的反循環(huán)樁及全套管基樁做法比較，以及各式基樁運(yùn)用于超高層建筑與深開(kāi)挖逆打工法選擇為本研究動(dòng)機(jī)。本研究是針對(duì)壁樁工程運(yùn)用于超高層建筑載重前與載重后成本效益分析，透過(guò)本研究成本模式，對(duì)壁樁有更深切的認(rèn)識(shí)，并經(jīng)過(guò)驗(yàn)證確實(shí)可以執(zhí)行，可消除不必要成本支出的管理技術(shù)，找出能夠在最低成本下達(dá)成最佳執(zhí)行效果的工法，讓后續(xù)采用本工法的業(yè)主，在工程效益上能做更深一層的分析，在不降低質(zhì)量及安全下讓成本、技術(shù)、工期達(dá)到最高效益為本研究目的。

1 高層建筑基礎(chǔ)工程可行性分析

為了有效利用土地空間，增加生活質(zhì)量，提升建物機(jī)能，都無(wú)可避免的必須對(duì)土地規(guī)劃、產(chǎn)品設(shè)計(jì)、施工嚴(yán)謹(jǐn)、管理維護(hù)做一系列管控，對(duì)于施工過(guò)程中要求低噪聲、低污染、低震動(dòng)，如采用全套管基樁、反循環(huán)樁、壁樁等，而這些施工方案通常應(yīng)就施工可行性、工期、經(jīng)濟(jì)性與風(fēng)險(xiǎn)等因素加以評(píng)估選擇。但是仔細(xì)評(píng)估每一個(gè)方案所適用施工條件費(fèi)事耗時(shí)，除非該方案情況特殊，否則可參考過(guò)去經(jīng)驗(yàn)迅速的評(píng)選較佳方案，其中高層建筑配合基樁工程決定應(yīng)視機(jī)能需求與所采用工法而定，建筑空間需求與施工法選擇應(yīng)彼此互相配合調(diào)整，才能得到安全、方便與經(jīng)濟(jì)的方案。

一般國(guó)內(nèi)高層建筑地下室開(kāi)挖超過(guò)15 m，若采用傳統(tǒng)明挖工法則在安全、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、工期上考慮均不具經(jīng)濟(jì)性，通常設(shè)計(jì)者應(yīng)依工程方案設(shè)計(jì)條件、地形與地層條件、環(huán)境條件等因素，就施工可行方案中選擇安全、對(duì)環(huán)境沖擊小、工期短與經(jīng)濟(jì)的施工法。例如以高層建筑且基礎(chǔ)開(kāi)挖較深并配合壁樁工程，若以逆打工法施工，均可吻合以上因素。

2 壁樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

2.1 基礎(chǔ)型式選用(以某一工程為例)

1)該建筑物最大載重約50 t/m2，如采用筏基，目前開(kāi)挖計(jì)算將為5 m～7 m粉土質(zhì)黏土層或砂質(zhì)粉土層，其基礎(chǔ)短期容許承載力約36 t/m2，承載力不足。2)本工程在超控區(qū)有極高水浮力，無(wú)法以結(jié)構(gòu)配重壓制。3)本工程施工面積大，為減少工期及增加開(kāi)挖安全性，決議以逆打工法施工。

小結(jié):綜合以上考慮設(shè)計(jì)采用一柱一樁，基礎(chǔ)規(guī)劃，本工程柱位間距大部分為10 m左右大跨度，且建筑高度較高，荷重大(壓力約 3 500 t、拉力約1 500 t)， 經(jīng)評(píng)估基礎(chǔ)采用壁樁方式施工。

2.2 基礎(chǔ)深開(kāi)挖分析

近年來(lái)隨著建筑業(yè)的迅速發(fā)展，無(wú)論政府各項(xiàng)重大公共工程還是超高層建筑物的興建正方興未艾，這些工程開(kāi)挖規(guī)模極大，基礎(chǔ)開(kāi)挖深度也越來(lái)越深。所以應(yīng)該采用深開(kāi)挖方式，其擋土壁、支撐、安全觀測(cè)等設(shè)計(jì)攸關(guān)工程成敗。 目前大城市高層建筑其地下室深開(kāi)挖方式基于成本、安全、工期考慮及因地形和施工機(jī)械改由順打趨向逆打工法，而且技術(shù)已然成熟，但如何經(jīng)由系統(tǒng)化來(lái)決定開(kāi)挖的方式目前并無(wú)一套標(biāo)準(zhǔn)，在學(xué)術(shù)界，研究有關(guān)深開(kāi)挖施工方式的相關(guān)文獻(xiàn)寥寥無(wú)幾，而如何搜集施工上所需數(shù)據(jù)，將需要工程界努力。

3 壁樁設(shè)計(jì)與分析

3.1 壁樁定義

建筑物基礎(chǔ)構(gòu)造設(shè)計(jì)規(guī)范對(duì)基礎(chǔ)型式壁樁說(shuō)明如下:一般深基礎(chǔ)型式，如樁基礎(chǔ)與沉箱基礎(chǔ)等，是利用基礎(chǔ)構(gòu)造將建筑物各種載重間接傳達(dá)至較深堅(jiān)硬地基中，此類基礎(chǔ)較適用于上部結(jié)構(gòu)載物重大且淺層土壤軟弱情況。近年來(lái)，有采用片狀連續(xù)壁作為基樁使用者，稱為壁式基礎(chǔ)。

由于壁式基礎(chǔ)斷面較傳統(tǒng)基樁更具彈性，配合上部載重特性，基礎(chǔ)斷面可做最有效配置，因此可提供更經(jīng)濟(jì)設(shè)計(jì)，有效節(jié)省工程經(jīng)費(fèi)。當(dāng)以柱狀壁基礎(chǔ)支承上部結(jié)構(gòu)載重時(shí)，垂直載重是由壁面摩擦阻抗及底面支承力所支承，拉拔載重由壁面摩擦阻抗與壁體有效重量共同承擔(dān)，側(cè)向載重與傾覆力矩則由壁體正前方地層水平反力支承。而箱狀壁式基礎(chǔ)由于其特殊箱狀構(gòu)造，加以基礎(chǔ)尺寸及表面積均較柱狀壁式基礎(chǔ)大，因此其承載行為較為復(fù)雜。

3.2 筏式基礎(chǔ)沉陷量評(píng)估

本基礎(chǔ)由于建筑物施作完成時(shí)，在地下水壓未回升且地梁未經(jīng)加強(qiáng)狀況下(柔性筏基)，則由筏基底板壓力作用下于高樓區(qū)中央及基地角隅處所產(chǎn)生彈性沉陷分別約為 4.3 cm～6.2 cm和0.7 cm～0.9 cm，而此彈性沉陷量是因建筑物載重而立即發(fā)生，在隨結(jié)構(gòu)物構(gòu)筑完成時(shí)，此彈性沉陷量大都已完全發(fā)生。

壓密沉陷方面:由于本工程高樓區(qū)建筑物荷重低于挖除總覆土重，且在地下水浮力作用下，基礎(chǔ)板所受凈壓力亦小于未施工前土層有效覆土壓力，故本工程建筑物完成后，應(yīng)僅有再壓密沉陷量。

高樓區(qū)荷重較大柱位區(qū)設(shè)置地四周連續(xù)壁、扶壁、基樁，直接承載部分柱位荷重，減少總沉陷量與差異沉陷;而對(duì)連續(xù)壁、扶壁、壁樁及基礎(chǔ)所連結(jié)剛性，在有效分?jǐn)偱c承載部分柱位荷載情況下，實(shí)際沉陷量應(yīng)遠(yuǎn)小于上述估計(jì)值。

3.3 液化評(píng)估

本基礎(chǔ)地表下 0.5 m～15.5 m深地下氷分布存在砂性土壤層，且本地基地下水位較高，因此須進(jìn)行 審批液化評(píng)估。當(dāng)最大地表加速度為ZIg/3.5(即0.07g)時(shí)，其抗液化安全系數(shù)皆大于1，顯示中度地震來(lái)襲時(shí)地基內(nèi)此砂性土層液化機(jī)率甚低；當(dāng)最大地表加速度為ZIg(即0.23g)時(shí)，此砂性土層抗液化安全系數(shù)介于0.6～1.2間，液化傾向較高。而本地基開(kāi)挖深度24.5m，液化潛能高砂性土層大部分在預(yù)定開(kāi)挖深度內(nèi)，于施工時(shí)皆被挖除，故大地震來(lái)襲時(shí)本地基應(yīng)具備足夠的基礎(chǔ)安全穩(wěn)定性。

3.4 壁樁施工質(zhì)量與管制

壁樁支承力大小與施工程序及質(zhì)量息息相關(guān)，壁樁施工主要是溝壁施工及質(zhì)量管理，若地基應(yīng)力失去平衡，會(huì)造成壁面滑落與坍塌。故無(wú)論在溝壁掘削階段，鋼筋籠吊放階段，混凝土澆筑階段，必須保持溝壁穩(wěn)定。土塊滑落與坍塌若發(fā)生在掘削階段，尚可用掘削機(jī)將掉落土塊取出，若發(fā)生在鋼筋籠吊放階段或混凝土澆筑階段，將導(dǎo)致連續(xù)壁出現(xiàn)泡泥或斷層隱憂，甚者造成壁樁無(wú)法挽救的地步。因此，除各階段施工均需考慮溝壁穩(wěn)定外，亦需配合適當(dāng)?shù)难a(bǔ)助工法，以確保壁樁施工質(zhì)量。

4 結(jié)論與建議

4.1 研究

該工程試樁載重試驗(yàn)成效收益共可節(jié)省金額26 134 648元，約占基樁工程費(fèi)的11.73%，工期約可省15 d。樁尖點(diǎn)承載力均尚未激發(fā)，分別僅有19.65 t/m2及32.64 t/m2，遠(yuǎn)低于卵礫石層的承載力。壁樁施工乃采用連續(xù)壁施工機(jī)具以抓掘方式施作矩形樁，與一般傳統(tǒng)以鉆掘方式施作圓形樁相比較，除施作方式不同外，其形狀亦不同；而依試樁結(jié)果亦顯示壁樁承載行為與一般傳統(tǒng)圓形樁具相當(dāng)大差異。對(duì)于大口徑長(zhǎng)樁，基樁愈長(zhǎng)、愈粗，則施工困難度愈高，機(jī)械選擇性愈小，施工質(zhì)量反而下降。對(duì)于逆打柱吊裝，能控制于白天施作，其精度往往比夜間施工要高，而且較安全。

4.2 建議

1)對(duì)試樁后數(shù)據(jù)，應(yīng)建立全國(guó)試樁數(shù)據(jù)庫(kù)，有系統(tǒng)回饋分析各類地層與基樁行為，作為更合理與精準(zhǔn)的設(shè)計(jì)依據(jù)。2)基樁實(shí)際承載行為，將視其施工質(zhì)量而定，本工程壁樁試樁施工程序與方法，應(yīng)可作為遵循，但其中混凝土澆灌方式仍應(yīng)改善，如采用冰塊代替攪拌用水是很好的方式，且兩支相同長(zhǎng)度特密管應(yīng)同時(shí)澆灌混凝土。 3)重要結(jié)構(gòu)應(yīng)要在實(shí)施完工后進(jìn)行后續(xù)監(jiān)測(cè)，若基樁儀器能長(zhǎng)期保留最為理想，否則最少要能做到監(jiān)測(cè)基礎(chǔ)沉陷量。

[1] 秦惠民,葉政青.深基礎(chǔ)施工實(shí)例[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社,1992.

[2] 陸震鈴，祝國(guó)榮.地下連續(xù)墻的理論與實(shí)踐[M].北京：中國(guó)鐵道出版社,1987.

[3] 史佩棟.21世紀(jì)高層建筑基礎(chǔ)工程[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2000.

On wall piles of architectural base projects and analysis of construction methods’ effectiveness

Wang Feng

(Beijing Architectural Branch, Shanxi No.1 Construction Group, Beijing 102208, China)

The paper introduces the definition of the wall piles, analyzes the design points of the wall piles by combining with some high-rise architectural projects, illustrates the wall piles’ construction and quality control measures, and points out the wall basement is more elastic than the traditional foundation piles, so it saves the construction cost.

high-rise building, wall pile, liquefaction evaluation, settlement volume

1009-6825(2016)30-0083-02

2016-08-17

王 鋒(1980- )，男，工程師

TU753

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