在我国政府积极推进下, 近几年新型装配式混凝土工业化建筑进入高潮发展期, 但因基础研究不足, 尚有诸多施工问题未得到很好解决, 如节点构造复杂、施工工序多、专用高效设备少、相应的施工质量检验规范覆盖不全等^[1]。装配式建筑是对施工建造方式的一次重大革命, 加强高效施工关键技术研究对推动装配式建筑的发展具有决定性意义^[2]。本文从基坑围护装配式施工方面介绍了深圳某大型深基坑预制插桩-锚杆整体式基坑围护结构施工方法, 构建大型深基坑开挖装配化支撑结构体系, 对提高施工效率、降低基坑施工成本、环境保护等方面具有一定的应用价值^[3]。

深圳某大型深基坑项目位于深圳盐田区 (见图1) , 装配式框架剪力墙结构, 建筑高度99.5 m, 地上27层为综合商住楼, 地下3层为集中性停车场, 同时兼顾人防工程使用。整个基坑开挖面积为12 873.2 m², 开挖深度11.9m, 项目周边建筑密集, 对环境影响的控制要求较高, 故设计无放坡, 基坑开挖对周边环境影响较大。此外, 由于工期安排较为紧张, 设计要求在地下工程施工中采用装配式技术, 即预制插桩-锚杆整体式基坑围护结构, 围护结构后期作为地下结构主要承重体系的组成部分之一, 设计采用预制混凝土桩311根, 每根桩体分为3次打设、接桩与围护结构整体施工, 每次开挖深度≤450mm, 及时打设预制桩及开挖边坡面的防护, 锚杆长度分为9.6, 7.55, 5.82m 3种类型, 结合锚杆与装配式围护构件实现整体式基坑防护。此外, 整个基坑施工过程中对基坑顶部、开挖过程中桩体变形、锚杆应力、基坑底部位移等实施监控, 并编制专项施工方案, 该技术方案已通过专家论证。

由于该工程采用的预制插桩-锚杆整体式基坑围护结构施工方法属于自主研发的新工艺, 为便于推广应用, 本文将对预制插桩-锚杆整体式基坑围护结构的基本构造、原理、设计要点及施工工艺等方面进行介绍与说明 (见图2, 3) , 其特征在于:包括冠梁、腰梁、桩套管、预制桩、带孔压条、锚杆和混凝土面层, 所述冠梁和腰梁上均设有桩套管, 所述预制桩插入到所述桩套管内, 所述预制桩桩身与带孔压条两端固定连接, 所述带孔压条上的孔位置与锚杆位置相一致, 所述混凝土面层将全部锚杆连在一起共同受力。基本原理主要是将装配式建造技术与锚杆技术相结合, 通过各连接体系将预制桩体受力与锚杆、土层等更好地连为一受力主体, 实现地下结构施工的整体围护作用, 形成施工速度快、构 (配) 件周转使用、降低施工成本以及环保等方面的综合性优势。

1) 所述桩套管为空心钢管, 空心钢管厚度为20~30 mm, 根据不同工程项目具体设计。空心钢管为矩形或圆形, 桩套管内截面尺寸比预制桩各边尺寸大3~5mm, 高度与冠梁和腰梁的截面高度相等。

2) 冠梁为混凝土 (现浇或预制) 冠梁或钢冠梁, 腰梁为混凝土腰梁或钢腰梁, 冠梁和腰梁截面≥500 mm×500 mm。

3) 预制桩为钢管桩, 壁厚为16~20 mm, 截面最小尺寸为500mm, 具体工程按设计要求确定。

4) 带孔压条厚度为12 mm、宽度为100 mm。为方便施工, 带孔压条上的孔洞比锚杆截面尺寸大2 mm, 带孔压条通过螺栓连接于预制桩上。

桩套管-锚杆结构如图4所示, 包括桩套管、带孔肋板和穿锚孔洞, 所述桩套管左、右两侧均设有带孔肋板, 带孔肋板设有穿锚孔洞。其优点在于:施工时, 锚杆通过穿锚孔洞打入周边土层, 增强了桩套管与周边土层之间的连接强度;桩套管-锚杆结构设计作为预制插桩-锚杆整体式基坑围护结构施工的核心构造, 通过合理化设计增强了桩套管与土层的连接强度, 为后续装配式预制插桩工艺提供了良好保障。

桩套管-锚杆结构作为整个围护体系的关键节点之一, 设计主要满足一定的刚度设计要求即可实现其引导桩体正确就位、插桩、接桩等工艺要求, 设计要求应满足施工过程桩体的侧向偏移对桩套管-锚杆结构该节点构造造成的过大变形, 根据工程特点、荷载大小等影响因素, 对该工程围护体系中的桩套管-锚杆节点的设计如下。

1) 包括桩套管、带孔肋板和穿锚孔洞, 所述桩套管左、右两侧均设有带孔肋板, 所述带孔肋板上设有穿锚孔洞。

2) 桩套管为壁厚20~30 mm的空心钢管, 为矩形或圆形, 具体工程按设计要求确定。

3) 带孔肋板为壁厚12~20 mm的钢板, 带孔肋板面积为0.1~0.3m², 带孔肋板短边尺寸≥400 mm, 带孔肋板焊接于桩套管的两侧或在工厂加工时与桩套管一体成型。

4) 穿锚孔洞的直径为16~20 mm, 所述直径宜比设计锚杆直径大3mm左右。

钢结构腰梁-锚杆结构 (见图5) , 其特征在于:包括钢结构腰梁、带孔翼板和穿锚孔洞, 钢结构腰梁上、下两端均设有带孔翼板, 带孔翼板板身上设有穿锚孔。其优点在于:通过在腰梁上、下安装带孔翼板, 在现场装配化施工时, 锚杆通过穿锚孔洞打入周边土层, 增强了钢结构腰梁与周边土层之间的连接强度;钢结构腰梁-锚杆结构设计作为预制插桩-锚杆整体式基坑围护结构施工的细部构造, 通过合理化设计增强了钢结构腰梁与土层的连接强度, 为后续装配式预制插桩工艺提供了良好保障。

钢结构腰梁-锚杆结构主要用于整个围护体系全部或局部采用钢结构构件装配式施工时, 通过该节点构造满足钢结构腰梁的快速安装, 加强结构构件与土层之间的连接强度, 降低基坑支护与施工的安全风险。其主要原理在于采用锚杆将钢结构腰梁有效固定于土层内, 可根据荷载要求合理设计锚杆参数, 确保锚杆能在基坑围护期内的安全施工。

1) 包括钢结构腰梁、带孔翼板和穿锚孔洞, 钢结构腰梁上、下两端均设有带孔翼板, 带孔翼板板身上设有穿锚孔洞。

2) 带孔翼板壁厚为10~20 mm, 带孔翼板的宽度为80~120mm, 带孔翼板的长度与所述钢结构腰梁长度相等, 带孔翼板焊接于钢结构腰梁的上、下两端或在工厂加工时与钢结构腰梁一体成型。

3) 穿锚孔洞的直径为16~20 mm, 孔径宜比设计锚杆直径大3mm, 所述穿锚孔洞之间的间距≤600mm。

预制插桩-锚杆整体式基坑围护结构施工工艺流程如下:场地平整→施工冠梁及固定桩套管→第1阶段土层开挖→第1阶段预制桩就位、插桩→施工第1道腰梁及固定桩套管→安装带孔压条→锚杆施工喷射第1道混凝土面层→第2阶段预制桩接桩、插桩。重复后4个步骤, 直至完成围护结构的施工。

1) 场地平整根据施工区域的测量控制点和自然地形, 将场地划分为轴线正交的若干地块, 先采用机械或人工的方式, 将场地标高平整到施工方案确定的冠梁标高处或平整至冠梁顶标高以上300 mm处, 再采用人工开挖的方式挖至冠梁底标高处, 形成冠梁沟槽, 所述冠梁沟槽宽比设计的冠梁宽大150~200mm, 以便留出适当的安装工作面^[4]。

2) 施工冠梁及固定桩套管当采用现浇钢筋混凝土冠梁时, 首先, 采用锚杆穿过钢制桩套管左、右两端带孔肋板上的穿锚孔洞, 并打入土层中将钢制桩套管固定;然后, 以步骤1) 施工完成的冠梁沟槽作为冠梁的内侧模与底模, 外侧模采用组合钢模板或胶合板模板, 现浇钢筋混凝土冠梁钢筋笼吊放、混凝土浇筑完毕后, 及时养护, 拆除外侧模, 所述钢制桩套管两边应分别焊接8~15根拉结钢筋与冠梁进行拉结, 分段拉结, 分段浇筑混凝土, 直至完成冠梁的全部施工。当采用钢制冠梁施工时, 同样采用锚杆穿过钢制桩套管左、右两端带孔肋板上的穿锚孔洞, 并打入土层中将钢制桩套管固定;然后, 采用吊装机械将冠梁与桩套管吊装于步骤1) 中施工完成的冠梁沟槽内, 分段吊装, 分段焊接, 同时也采用锚杆固定每一段钢制冠梁, 直至完成钢制冠梁和桩套管的全部安装施工;钢制冠梁与钢制桩套管通过焊接连接。冠梁及桩套管施工完毕后, 利用基土作为支撑, 可按照设计要求施工第1道横向支撑。

3) 第1阶段土层开挖确定基坑内土层的实际分布情况, 各土层事先确定合适的开挖方案, 按照分层分段开挖原则, 每层开挖深度为400~500mm。

4) 第1阶段预制桩就位、插桩土层开挖的同时, 以步骤2) 中施工完成的冠梁上的桩套管为基准, 采用静力压桩的方式将第1阶段预制桩对准步骤2) 施工完成的桩套管进行插桩, 第1阶段预制桩的底标高在土层开挖过程中一直保持低于开挖面1 m以下的位置^[5]。

5) 安装第1道腰梁及桩套管腰梁施工前的准备工作与步骤2) 中冠梁施工相同, 先采用锚杆穿过钢制桩套管左、右两端的带孔肋板上的穿锚孔洞, 并打入土层中将钢制桩套管固定, 并开挖出腰梁沟槽, 所述桩套管两边应分别焊接8~15根拉结钢筋与钢筋混凝土腰梁进行拉结, 分段拉结, 分段浇筑混凝土, 直至完成腰梁的安装施工。当采用钢制腰梁时, 钢制腰梁与钢制桩套管采用焊接连接, 腰梁安装前先开挖出腰梁沟槽, 采用锚杆穿过桩套管左、右两端带孔肋板上的穿锚孔洞, 并打入土层中将钢制桩套管固定;然后, 再用吊装机械将钢制腰梁与钢制桩套管吊装于已留设出的腰梁沟槽内, 分段吊装, 分段焊接, 同时也采用锚杆穿过钢制腰梁上、下两端带孔翼板上的穿锚孔洞, 并打入土层中将钢制腰梁固定, 直至完成腰梁的全部安装施工;同时, 腰梁及桩套管施工完毕后, 利用基土作为支撑, 可按照设计要求施工第2道横向支撑。

6) 安装带孔压条带孔压条采用钢板制成, 按照后续锚杆施工的位置、间距, 采用机械钻孔的方式在钢板上留设出锚杆位置孔, 所述带孔压条采用螺栓连接于步骤4) 施工完成的预制桩上。

7) 锚杆施工根据设计确定的锚杆孔位、孔径、长度、倾斜度进行钻孔, 钻至设计深度后, 采用压力风冲洗孔, 通过步骤6) 中带孔压条上的锚杆位置孔插入锚杆及注浆管, 进行注浆、养护、张拉与封锚工作^[6]。

8) 喷射第1道混凝土面层喷射混凝土用水泥为硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥或矿渣硅酸盐水泥, 粗骨料为碎石、卵石或两者的混合物, 所述粗骨料石子粒径为5~10mm, 细骨料为中细砂, 所述细骨料石子粒径为2~3mm^[7]。

9) 第2段预制桩接桩、插桩将第2段预制桩与步骤4) 施工完成的第1阶段预制桩进行接桩, 预制桩接桩后进行再次插桩前, 需先松动步骤6) 施工完成的带孔压条, 确保预制桩可继续插桩、沉桩, 预制桩接桩采用焊接连接, 焊缝厚度小于预制桩与桩套管间的最大空隙, 施工过程中, 带孔压条与预制桩的螺栓连接数量可先控制在总数的30%~40%, 待全部土层开挖完毕后, 及时完成所有螺栓连接^[8]。

10) 重复以上步骤5) ~8) , 直至完成围护结构的全部施工。

1) 所述步骤2) 和5) 中的冠梁与腰梁为现浇钢筋混凝土或预制钢筋混凝土或型钢制成, 冠梁和腰梁与桩套管通过现场浇筑连接或灌浆套筒连接, 冠梁和腰梁截面尺寸≥500mm×500mm, 高度与桩套管高度相等, 桩套管为空心钢管, 壁厚≥20mm, 形状为矩形或圆形, 具体工程按设计要求确定。

2) 所述步骤2) 或5) 中拉结钢筋长度为800~1 000 mm, 直径为12~20 mm, 拉结钢筋应与冠梁或腰梁内部钢筋焊接连接, 焊接连接率不小于拉结钢筋总数的70%。

3) 所述步骤4) 和9) 中预制桩为钢管桩, 壁厚为16~20mm, 截面最小尺寸为500mm, 预制桩的各边尺寸比桩套管内截面尺寸小3~5mm。

4) 所述步骤6) 中带孔压条为钢板材料, 带孔压条的厚度为12mm, 宽为100mm, 带孔压条上的孔洞比设计锚杆截面尺寸大2mm。

本文介绍了深圳某大型深基坑预制插桩-锚杆整体式基坑围护结构施工方法, 利用结构桩与锚杆形成整体的基坑围护结构, 在冠梁和腰梁结构上设有桩套管, 按照开挖深度“分段接桩, 分段插桩, 锚杆分段围护”, 地下结构施工完毕, 冠梁、腰梁、桩套管、预制桩等可部分或全部回收再利用, 在基坑工程施工方面更好地实现了装配式施工, 构建了大型深基坑开挖装配化支撑结构体系, 在提高施工效率、降低基坑施工成本、环境保护等方面具有一定的应用价值。技术方案通过专家论证, 可行有效, 实施效果好。