深基坑H 型鋼錨桿復(fù)合樁圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工新技術(shù)研究

高路恒 王斯海

（1、克孜勒蘇職業(yè)技術(shù)學(xué)院，新疆 喀什 844000 2、江蘇工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇 南通 226007）

1 概述

近年來，全社會對節(jié)能環(huán)保要求不斷提高，同時受農(nóng)民工老齡化和短缺影響，形成了裝配式混凝土建筑發(fā)展熱潮。中央提出“力爭用10 年左右時間，使裝配式建筑占新建建筑比例達(dá)到30%”的目標(biāo)，為裝配混凝土建筑大規(guī)模發(fā)展提供了良好契機(jī)，具有巨大的市場需求和廣闊的發(fā)展前景[1]。裝配式混凝土建筑是對施工建造方式的一次革命，加強(qiáng)高效施工關(guān)鍵技術(shù)研究對推動裝配式建筑的發(fā)展具有決定性的意義。建立適合我國國情的裝配混凝土建筑高效施工關(guān)鍵技術(shù)體系，通過持續(xù)改進(jìn)，做到技術(shù)先進(jìn)，又兼顧建造成本和現(xiàn)實工業(yè)化生產(chǎn)能力，以實現(xiàn)裝配混凝土建筑建造方式轉(zhuǎn)型升級，全面推進(jìn)建筑工業(yè)化[2]。

裝配式建筑作為我國“十三五”和“十四五”重點(diǎn)發(fā)展的建造方式，對我國建筑業(yè)提出了更大的挑戰(zhàn)[3]。新技術(shù)的設(shè)計研發(fā)對提高我國在裝配建造領(lǐng)域的綜合水平成為了當(dāng)前亟需解決的一個重要課題[4]。裝配式深基坑地下圍護(hù)結(jié)構(gòu)建造新技術(shù)研究與應(yīng)用作為推進(jìn)我國建筑產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化高效發(fā)展指明了研究的方向，本文公開設(shè)計采用“一種采用擠密注漿法H 型鋼錨桿復(fù)合樁-預(yù)制板墻深基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)”（圖1），圍護(hù)與地下結(jié)構(gòu)施工有效結(jié)合，實現(xiàn)了基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)裝配化施工，為我國建筑業(yè)轉(zhuǎn)型升級提供了一定的理論研究基礎(chǔ)。

圖1 深基坑裝配建造有限元模型

2 一種H 型鋼錨桿復(fù)合樁-預(yù)制板墻深基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工方法

采用擠密注漿法H 型鋼錨桿復(fù)合樁-預(yù)制板墻深基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工技術(shù)遵循“分層、分段開挖，逐層、逐段、逐（轉(zhuǎn)下頁）根設(shè)錨，現(xiàn)場吊裝隨即注漿”為原則，設(shè)計采用采用擠密注漿法H 型鋼錨桿復(fù)合樁-預(yù)制板墻深基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)，即施工遵循“分層、分段開挖，逐層、逐段、逐根設(shè)錨，現(xiàn)場吊裝隨即注漿”為原則，實現(xiàn)了基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)體系裝配化施工，可有效節(jié)省工期，安全可靠，具有擋土和止水的雙重作用。

2.1 H 型鋼錨桿復(fù)合樁-預(yù)制板墻深基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計

H 型鋼錨桿復(fù)合樁-預(yù)制板墻深基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)，包括基坑土體、H 型鋼樁、預(yù)制板墻、高壓注漿孔、滲土層漿體、錨桿等，若干H 型鋼樁分別吊裝且均勻等距置于基坑土體表面，兩兩相鄰的H 型鋼樁之間均設(shè)有預(yù)制疊合板墻，基坑土體一側(cè)的H 型鋼樁翼緣板面上設(shè)有錨桿，錨桿將H 型鋼樁與基坑土體拉結(jié)固定。預(yù)制板墻底部均設(shè)有高壓注漿孔，高壓注漿孔內(nèi)通過高壓機(jī)械注漿形成滲土層漿體，滲土層漿體位于基坑土體和H 型鋼樁、預(yù)制板墻之間。若干錨桿將H 型鋼樁與基坑土體有效拉結(jié)，牢固可靠，實現(xiàn)了基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)體系裝配化施工，可有效節(jié)省工期，具有擋土和止水的雙重作用。H 型鋼錨桿復(fù)合樁-預(yù)制板墻深基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)構(gòu)造如圖2 所示，其中1 代表基坑土體，2代表H 型鋼樁，3 代表預(yù)制板墻，4 代表高壓注漿孔，5 代表滲土層漿體，6 代表錨桿。

圖2 采用擠密注漿法H 型鋼錨桿復(fù)合樁-預(yù)制板墻深基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)示意圖

（1）所述H 型鋼樁2 翼緣板寬度≧350mm，翼緣板厚度≧20mm，所述H 型鋼樁2 腹板高度比預(yù)制板墻3 的厚度大60mm，所述H 型鋼樁2 腹板厚度≧30mm。

（2）所述預(yù)制板墻3 的厚度≧100mm，每段所述預(yù)制板墻3寬度比相鄰兩個H 型鋼樁2 腹板間的間距?。?.5×H 型鋼樁2翼緣板寬度+50）mm。

（3）所述高壓注漿孔4 為鋼套筒結(jié)構(gòu)，所述高壓注漿孔4 的直徑為18～22mm，所述高壓注漿孔4 與預(yù)制板墻3 一體化制成；所述高壓注漿孔4 在距離每段預(yù)制板墻3 底部以上300mm處設(shè)置。

（4）相鄰兩個所述高壓注漿孔4 之間的間隔為1.2m，每段所述預(yù)制板墻3 底部至少設(shè)置2 個高壓注漿孔4。

（5）所述錨桿6 直徑≧12mm，所述錨桿6 設(shè)置于H 型鋼樁2 的翼緣板面每側(cè)中部，若干所述錨桿6 沿著H 型鋼樁2 長度方向均勻布置且間距≦1.5m。

（6）每段所述預(yù)制板墻3 上下連接處的樁身處2000mm 內(nèi)錨桿6 加密布置，加密段的錨桿6 間距≦0.6m。

（7）每段所述預(yù)制板墻3 上下連接處采用后澆混凝土方式連接，所述后澆混凝土段寬度為預(yù)制板墻3 厚度的2.5 倍。

2.2 施工工藝

采用擠密注漿法H 型鋼錨桿復(fù)合樁-預(yù)制板墻深基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工工藝，包括如下步驟：

測量放線定樁位→吊樁就位，校正→H 型鋼樁打設(shè)→分層分段開挖，樁身處理→從上往下“逐層，逐段，逐根”打設(shè)錨桿→預(yù)制板墻吊樁就位→插入加強(qiáng)筋，并與預(yù)制板墻外伸鋼筋綁扎牢固→“分層分段”高壓注漿施工→灌注節(jié)點(diǎn)微膨脹混凝土→重復(fù)步驟（4）～（9）施工→腰梁鋼筋綁扎、模板支設(shè)，混凝土灌注→驗收檢查。

（1）測量放線定樁位：基坑圍護(hù)體系施工前，準(zhǔn)確測設(shè)H 型鋼樁的平面位置，平面誤差控制在5mm 以內(nèi)，每根樁位測設(shè)完畢，做好樁位點(diǎn)的保護(hù)措施，防止人為因素影響后期樁體打設(shè)后的位置偏差[5]。

（2）吊樁就位，校正：H 型鋼樁打設(shè)前，首先將樁體按照工廠設(shè)計制作的樁段吊升就位，并復(fù)核樁位點(diǎn)的平面位置，等待樁體打設(shè)，對出現(xiàn)超過設(shè)計及規(guī)范要求的樁位點(diǎn)及時矯正偏差。

（3）H 型鋼樁打設(shè)：采用的H 型鋼樁在工廠集中生產(chǎn)制作，現(xiàn)場H 型鋼樁打設(shè)時，采用靜力壓樁法施工，樁體打設(shè)每打設(shè)2m 檢查一次樁體的打設(shè)平面與垂直度偏差，其中垂直度偏差控制在1%以內(nèi)，對出現(xiàn)垂直度偏差超過1%的樁體進(jìn)行校正，若難以校正則拔樁灌孔重打。

（4）分層分段開挖，樁身處理：H 型鋼樁打設(shè)完畢，分層分段開挖基坑土層，每層挖土深度為2～3m，對于含水率較大的砂土、粉土，每層開挖厚度控制在2m 以內(nèi)，土層分層開挖過程中，樁體加固錨桿也隨即打設(shè)，邊挖土，邊打設(shè)錨桿，以便加強(qiáng)樁體與土層之間的整體性；另一方面，錨桿隨挖土在樁身打設(shè)前，需將樁身附土及時清理干凈，對H 型鋼樁內(nèi)外側(cè)翼緣板上的預(yù)留錨桿孔內(nèi)的土體清除干凈，在出現(xiàn)大塊石子情況下，需清除干凈，必要時采用鉆機(jī)輔助清理。

（5）從上往下“逐層，逐段，逐根”打設(shè)錨桿：錨桿打設(shè)遵循從上往下“逐層，逐段，逐根”打設(shè)，施工過程中，土層開挖與樁身錨桿打設(shè)兩項工作保持良好的協(xié)調(diào)性，嚴(yán)格控制土層開挖的深度，不得出現(xiàn)超挖現(xiàn)象。

（6）預(yù)制板墻吊樁就位：預(yù)制板墻采用在工廠集中性生產(chǎn)預(yù)制，有效實現(xiàn)了裝配式建造技術(shù)在基坑圍護(hù)中的應(yīng)用，基坑底部第一段預(yù)制板墻吊裝可從頂部垂直吊裝就位，下部其他段的預(yù)制板墻吊裝時需人工輔助預(yù)制板墻嵌套進(jìn)入相鄰兩H 型鋼樁內(nèi)；若基礎(chǔ)開挖深度小于等于6m 時，在確保設(shè)計H 型鋼樁擋土承載力的情況下，將所有段的預(yù)制板墻均從頂部吊裝施工，預(yù)制板墻隨著土層開挖，依靠自重及上端板墻吊裝沉設(shè)的荷載逐段下沉就位；左右兩段預(yù)制板墻之間留250～350mm 的后澆混凝土段，后澆段內(nèi)的左右相鄰兩預(yù)制板墻鋼筋固定連接。

（7）插入加強(qiáng)筋，并與預(yù)制板墻外伸鋼筋綁扎牢固：為增強(qiáng)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的整體性，待基坑內(nèi)的預(yù)制板墻吊裝施工完畢后，在預(yù)制板墻與H 型鋼樁之間的連接節(jié)點(diǎn)處插入加強(qiáng)鋼筋，加強(qiáng)筋與預(yù)制板墻外伸鋼筋綁扎牢固。

（8）“分層分段”高壓注漿施工：施工時，高壓注漿從預(yù)制板墻底部的高壓注漿孔處逐層逐段施工，每段預(yù)制板墻注漿從預(yù)制板墻底部的中部高壓注漿孔處對稱向左右兩方向開展注漿工作，即“從中部向兩側(cè)邊”對稱注漿，注漿壓力不小于0.6MPa，壓力注漿采用多次補(bǔ)壓逐級加壓的方法進(jìn)行注漿，最終注漿程度保證預(yù)制板墻與土層之間漿料密實，使?jié){料可以滲透到土層內(nèi)不小于100mm。

（9）灌注節(jié)點(diǎn)微膨脹混凝土：施工過程中，在H 型鋼樁與預(yù)制板墻之間的節(jié)點(diǎn)處灌注節(jié)點(diǎn)微膨脹混凝土，節(jié)點(diǎn)微膨脹混凝土強(qiáng)度不小于C40，同時比預(yù)制板墻混凝土強(qiáng)度至少高一個等級[6]。

（10）重復(fù)步驟（4）～（9）施工。

（11）腰梁鋼筋綁扎、模板支設(shè)，混凝土灌注：上下兩段預(yù)制板墻施工完畢時，在上下兩段預(yù)制板墻之間設(shè)置一現(xiàn)澆鋼筋混凝土腰梁，腰梁鋼筋與預(yù)制板墻外伸鋼筋連接，腰梁縱向鋼筋采用不少于4 根直徑20mm 的三級以上鋼筋，箍筋采用直徑8mm 的二級以上鋼筋，箍筋間距不大于200mm，腰梁鋼筋綁扎過程中，上下兩預(yù)制板墻外伸鋼筋錨入腰梁內(nèi)的長度不小于1.5Lae，腰梁鋼筋在H 型鋼樁處采用焊接方法與H 型鋼樁腹板焊接。

（12）驗收檢查。

2.3 技術(shù)要點(diǎn)

（1）一種采用擠密注漿法H 型鋼錨桿復(fù)合樁-預(yù)制板墻深基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工工藝，其特征在于：所述步驟（3）中在滿足基坑承載力計算的前提下，H 型鋼樁的翼緣板寬度不得小于350mm，翼緣板厚度不小于20mm，H 型鋼樁的腹板高度比采用的預(yù)制板墻的厚度大60mm，以便于預(yù)制板墻的逐段吊裝施工，同時H 型鋼樁的腹板厚度不小于30mm。

（2）一種采用擠密注漿法H 型鋼錨桿復(fù)合樁-預(yù)制板墻深基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工工藝，其特征在于：所述步驟（3）中樁段連接采用焊接連接。

（3）一種采用擠密注漿法H 型鋼錨桿復(fù)合樁-預(yù)制板墻深基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工工藝，其特征在于：所述步驟（5）中為便于錨桿的施工，錨桿采用鋼絞線代替?zhèn)鹘y(tǒng)錨桿，錨桿直徑至少比H型鋼樁內(nèi)側(cè)翼緣板上的預(yù)留孔小10mm，或者采用在H 型鋼樁內(nèi)外側(cè)翼緣板相對位置處均留設(shè)錨桿施工的預(yù)留孔，方便后期錨桿的打設(shè)，內(nèi)外側(cè)翼緣板上的預(yù)留孔亦至少比錨桿直徑大10mm；其中，錨桿直徑不小于12mm，錨桿長度根據(jù)承載計算確定，設(shè)置于H 型鋼樁的翼緣板面每側(cè)中部，沿著H 型鋼樁長度方向布置，間距不超過1.5m，在每段預(yù)制板墻上下連接處的樁身處2000mm 內(nèi)錨桿加密，加密段間距不超過0.6m。

（4）一種采用擠密注漿法H 型鋼錨桿復(fù)合樁-預(yù)制板墻深基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工工藝，其特征在于：所述步驟（7）中加強(qiáng)筋直徑不小于20mm，且不少于兩根。

（5）一種采用擠密注漿法H 型鋼錨桿復(fù)合樁-預(yù)制板墻深基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工工藝，其特征在于：所述步驟（8）中高壓注漿孔距離每段預(yù)制板墻底以上300mm 處設(shè)置，每1.2m 設(shè)置一個高壓注漿孔，每段預(yù)制板墻底部不少于兩個高壓注漿孔，高壓注漿孔采用鋼套筒制作，在工廠集中化生產(chǎn)時與預(yù)制板墻一體化制成，高壓注漿孔的直徑宜為20mm。

（6）一種采用擠密注漿法H 型鋼錨桿復(fù)合樁-預(yù)制板墻深基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工工藝，其特征在于：所述步驟（11）中在左右相鄰兩預(yù)制板墻后澆混凝土處，腰梁箍筋加密，加密區(qū)不小于600mm，加密區(qū)箍筋間距不大于100mm。

（7）一種采用擠密注漿法H 型鋼錨桿復(fù)合樁-預(yù)制板墻深基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工工藝，其特征在于：所述步驟（11）中腰梁鋼筋在H 型鋼樁處采用在H 型鋼樁腹板上預(yù)留孔的方法，設(shè)置直徑不小于16mm 的穿孔鋼筋與預(yù)制板墻外伸鋼筋連接固定，穿孔鋼筋的根數(shù)根據(jù)實際工程具體情況通過計算確定。

3 結(jié)論

本文公開了一種采用擠密注漿法H 型鋼錨桿復(fù)合樁-預(yù)制板墻深基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)構(gòu)造設(shè)計及其施工工藝，利用H 型鋼樁、錨桿與裝配式預(yù)制板墻通過合理工藝形成整體的基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)，施工遵循“分層、分段開挖，逐層、逐段、逐根設(shè)錨，現(xiàn)場吊裝隨即注漿”為原則，實現(xiàn)了基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)體系裝配化施工，可有效節(jié)省工期，安全可靠，具有擋土和止水的雙重作用。

3.1 深基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)裝配建造新技術(shù)研發(fā)與應(yīng)用應(yīng)得到行業(yè)內(nèi)高度關(guān)注，地下結(jié)構(gòu)裝配建造新技術(shù)的應(yīng)用是對我國建筑業(yè)發(fā)展的更高挑戰(zhàn)。

3.2 深基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)裝配建造新技術(shù)應(yīng)用應(yīng)將“圍護(hù)”與“主體結(jié)構(gòu)”相結(jié)合，二者可以兼顧，有效把控建造成本問題。

3.3 深基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)裝配建造新技術(shù)施工，應(yīng)強(qiáng)化裝配施工地下防水問題，做好構(gòu)件連接地下圍護(hù)施工與結(jié)構(gòu)“止水”關(guān)鍵問題。

3.4 深基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)裝配建造新技術(shù)應(yīng)用不僅僅是建造安全問題，還存在工藝創(chuàng)新優(yōu)化設(shè)計問題，希望可以通過本文的研究對行業(yè)內(nèi)起到引申作用。

3.5 深基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)裝配建造新技術(shù)應(yīng)用開拓了我國裝配式建造領(lǐng)域的廣闊空間，圍繞地下結(jié)構(gòu)裝配施工新技術(shù)設(shè)計研發(fā)為“契機(jī)”，逐步深化我國其他領(lǐng)域地下結(jié)構(gòu)施工新思路、新構(gòu)造、新方法。