深厚软土地区连锁桩的设计探讨
姚煌
【摘要】通过对某软土地区两层地下室连锁桩的设计分析，阐述了连锁桩在宁波地区的首次应用。通过项目实施情况证明该桩型的可行性，并得出了一些结论，供类似项目参考。
【关键词】基坑;软土;两层地下室;连锁桩
【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2022.08.075
引言：
随着城市用地面积日趋紧张，两层及以上地下室如雨后春笋般日益增多，地下室面积也日渐增大。宁波地区常规两层地下室支护桩多采用钻孔灌注桩，但由于泥浆排放问题一直得不到很好解决，亟需一种无泥浆排放且适用于两层以上地下室基坑支护的替代桩型，这对设计人员提出了更高的要求。基坑支护主设计需不断探索，提出满足需求的支护桩型。
连锁桩外轮廓为方形，左右两侧各带两半椭圆形凹槽的预应力混凝土离心桩，是采用离心工艺成型的先张法预应力混凝土空心预制构件，成品见图1。本文通过对某软土地区某两层地下室深基坑的支护结构设计，为大家介绍连锁桩在宁波地区的首次应用。
1、工程概况
拟建场地位于宁波东部新城科技园区，汇海路与光华交叉口西南侧，场地卫星图见图2。
地下室基坑面积为7000m;正负零标高为绝对标高3.700。基坑深度为8.8～9.5m。
基坑支护结构形式的选取必须综合考虑地下室特点、周边环境和地质条件等因素，才能得到既安全可靠、经济合理，又施工方便的基坑支护方案。
1.1 周边环境特点
东、南、西、北四侧的环境情况如下：
地下室东侧到用地红线约5.0m，红线外为汇海路，目前正在施工，在地下室开挖期间已经修建完成，完成后的路宽约16m，路面标高约为黄海高程3.300。
地下室南侧到用地红线约5.0m，红线外为空场地。目前空地范围内存在一定的堆土，经与业主沟通，堆土将在地下室开挖之前卸至黄海高程3.000。
地下室西侧到用地红线约2.0m，红线外为空场地
地下室北侧到用地红线约3.8m，红线外侧为同期施工的东升二期工程，东升二期工程下设两层地下室，与本工程地下室相距10.5m，开挖深度与本工程相仿，工程桩为钻孔桩，基坑支护采用钻孔桩+一道支撑。目前东升二期场地范围内已卸土至黄海高程1.500，见图1-5。经与业主沟通，按照东升地块与本工程同步施工考虑，两个地块的相互关系见图3。
1.2 工程地质特点
土层分布详见图4，参数表见表1，主要特点如下：
（1）软土总厚度为20m左右，土性差，坑底在软土中。
（2）3层粉土土性好，层顶埋深21m，层厚3m，围护桩设计进入该层土。
（3）场地内第①-1层杂填土分布较厚地区有老河道，老河道最深处达3.3米，回填的杂填土主要以碎石、块石及建筑垃圾组成，局部为钻孔灌注桩施工产生的泥浆，回填时未对河底进行清淤工作。基坑开挖前采取坑外设置止水措施、坑内抽水等措施以切断基坑内外的水力联系，确保基坑开挖期间的安全。
2、支护结构选型
本工程地下室基坑周圈开挖深度为8.8～9.5m，开挖深度较深。我院对本工程可能的多种方案进行了充分的分析与比较，具体详见下表。
基于以上多种支护結构的充分对比，本方案采用排桩+一道钢筋砼内支撑。
2.1 竖向支护结构设计
竖向支护考虑采用下挂体系，支护剖面见图5。
2.2 平面支护结构设计
根据本工程特点，平面支护体系采用圆环撑，具体见图6。
2.3 支护桩设计
经于业主单位的充分沟通，本工程支护桩采用无泥浆排放的连锁桩形式，也是连锁桩在宁波地区的首次使用。
（1）桩型简介
连锁混凝土预制桩（简称连锁桩）为外轮廓为方形，左右两侧各带两半椭圆形凹槽的预应力混凝土离心桩，是采用离心工艺成型的先张法预应力混凝土空心预制构件。构件采用高强度抗拉钢材（强度设计值为HRB400的2.8倍）和高标号混凝土（C60及以上），在同样材料用量下可以获得更大的惯性矩、抗弯承载力和抗弯刚度。
将连锁桩进行连锁排列，通过在连锁桩侧壁的注浆孔注浆，用水泥浆堵塞连锁桩之间可能漏水的缝隙，形成连锁混凝土预制桩墙（简称连锁墙），示意图见图7。
（2）连锁桩的施工工艺
连锁桩施工中，首先在施工段中部压入第一个桩作为基准，然后在第一根桩两侧对称施工，由此保证连锁墙垂直度，防止单侧连续压桩挤土效应过大而导致桩位偏移。此外，还可采用铁件焊接之前已施工的连锁桩桩顶端板面，防止因压桩时挤土或摩擦挤压造成已施工连锁桩的桩位或标高变动。为保证桩身垂直度和相邻桩的紧贴，连锁桩采用了特制的桩尖，桩尖具有两个导向机构，呈不对称结构。
（3）连锁桩施工的注意事项
1）施工机械为专业连锁桩打桩机。
2）为减小桩基施工对周边环境的挤土影响，要求进行引孔沉桩。引孔宜采用螺旋钻干作业法施工，引孔的垂直度偏差不宜大于0.5%。
3）引孔作业和压桩作业应连续进行，间隔时间不宜大于3h。
4）注意对桩顶标高的控制，桩顶标高误差不得大于50。建议采用复压的方法，确保沉桩到位。
5）连锁止水孔宜采用水泥砂浆进行填充，浆液的配比、主要性能指标及注浆压力应通过试验确定。水泥砂浆强度等级不应小于M15。
6）注浆管顶端应高出地表不少于200mm，钻孔封口深度不得小于0.5m，四周用干性水泥或水泥-水玻璃浆液封闭。
7）连锁桩严格按照《连锁混凝土预制桩墙支护技术规范》（CECS 436：2016）及《建筑基坑工程技术规程》（DB33/T1096-2014）施工。
3、连锁桩对比钻孔灌注桩的优势
（1）施工速度：1台连锁桩沉桩机每天可以施工约500m长度的连锁桩，而1台灌注桩机每天可以施工约40～50m长度的钻孔灌注桩，即连锁桩施工效率为灌注桩的10倍以上。
（2）桩身混凝土养护：连锁桩为工程预制，现场无需养护，而钻孔灌注桩再混凝土灌注后需养护28天才能达到标准强度。
（3）止水施工：连锁桩只需在两相邻桩对接后形成的椭圆形（长轴12mm，短轴8mm）止水孔内注浆止水。4个人工每天可完成600m长的孔内注浆，无需大型设备;而传统水泥土搅拌桩和高压旋喷桩需形成大直径桩体，一台大型设备每天可完成200～300m搅拌桩或旋喷桩。
（4）地下结构施工：连锁桩可紧贴地下室侧壁，兼做地下侧墙的外膜，减少了地下侧墙外的挖填和基坑换撑施工时间与费用。
另外，连锁桩施工主要用到吊桩设备与沉桩设备，设备配置较为简洁;而钻孔灌注桩施工中需要的设备较多，包括钻孔设备，泥浆循环设备，钢筋笼制作设备和商品混凝土运送车辆等，施工较为不便。
考虑到打桩、混凝土养护、止水施工及养护及挖填和换撑的情况下，连锁桩方案比钻孔灌注桩方案节省工期至少1个月左右。
（5）经济性分析：经测算，采用连锁桩支护方案比常规钻孔灌注桩方案节省造价达70万元。从以上分析可知，连锁桩方案比钻孔灌注桩方案节省工期1个月以上，以一个项目10亿元资金成本测算，每个月的财务成本高达1千万，相比而言，连锁桩方案节约的成本相当可观。
结语：
目前本工程已顺利施工完毕，证明连锁桩可以适用于宁波软土地区。虽然相对于钻孔灌注桩优点突出，但项目实施过程中还是遇到了一些问题，下面谈下自己的思考。
1）进好土层能力较弱
本工程围护桩持力层为3层粉土，桩基施工过程中进入该层土困难，部分桩基沉桩不到位，后截桩处理，后续需对工艺做适当改良，增强进入相对硬土层的能力。
2）定位不准确
连锁桩需要定位准确，才能形成一面平整的墙体，实际施工时由于机械较重，而地基多为软土，打桩过程中定位架容易发生倾斜导致桩身定位及垂直度难以保证，后续改桩型推广过程中需同步改进施工机械。
3）轉角处连接不可靠
由于构造原因，转角位置连锁桩不能很好的相互咬合，实际施工中采用转角位置补打高喷的方法处理，后续可以开发专门的转角异型桩，使转角位置也能很好咬合。
4）接桩工艺较为复杂
目前工艺下的单节桩长不能满足支护桩桩长要求，现场需进行接桩。由于接桩部位往往是支护桩的薄弱部位，要求接头处应设置加强措施。现场在接头位置加焊了钢板，实际受力效果较好，但是现场焊接一方面质量不可控，而且影响施工效率，后续可以深入研究效率高、质量易保证的接桩措施。
参考文献：
[1]JGJ120-2012.建筑基坑支护技术规程[S].
[2]DB33/T 1096-2014.建筑基坑工程技术规程[S].
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