建筑基础工程采用壁桩及其工法成效分析研究

王 锋

(山西一建集团有限公司北京建筑分公司，北京 102208)



建筑基础工程采用壁桩及其工法成效分析研究

王 锋

(山西一建集团有限公司北京建筑分公司，北京 102208)

介绍了壁桩的定义，结合某高层建筑工程实例，分析了壁桩的设计要点，并阐述了壁桩施工与质量控制措施，指出壁式基础断面较传统基桩更具弹性，可有效节省工程经费。

高层建筑，壁桩，液化评估，沉陷量

0 引言

工法的选择与工程成本具有密切关系，除了材料本身具有市场价格外，技术、机具、人员、工期等变动形成直接或间接的影响，对于连续工程完成后，直接使用原有机器、设备、技术人员及工法施作壁桩与目前普遍化的反循环桩及全套管基桩做法比较，以及各式基桩运用于超高层建筑与深开挖逆打工法选择为本研究动机。本研究是针对壁桩工程运用于超高层建筑载重前与载重后成本效益分析，透过本研究成本模式，对壁桩有更深切的认识，并经过验证确实可以执行，可消除不必要成本支出的管理技术，找出能够在最低成本下达成最佳执行效果的工法，让后续采用本工法的业主，在工程效益上能做更深一层的分析，在不降低质量及安全下让成本、技术、工期达到最高效益为本研究目的。

1 高层建筑基础工程可行性分析

为了有效利用土地空间，增加生活质量，提升建物机能，都无可避免的必须对土地规划、产品设计、施工严谨、管理维护做一系列管控，对于施工过程中要求低噪声、低污染、低震动，如采用全套管基桩、反循环桩、壁桩等，而这些施工方案通常应就施工可行性、工期、经济性与风险等因素加以评估选择。但是仔细评估每一个方案所适用施工条件费事耗时，除非该方案情况特殊，否则可参考过去经验迅速的评选较佳方案，其中高层建筑配合基桩工程决定应视机能需求与所采用工法而定，建筑空间需求与施工法选择应彼此互相配合调整，才能得到安全、方便与经济的方案。

一般国内高层建筑地下室开挖超过15 m，若采用传统明挖工法则在安全、风险评估、工期上考虑均不具经济性，通常设计者应依工程方案设计条件、地形与地层条件、环境条件等因素，就施工可行方案中选择安全、对环境冲击小、工期短与经济的施工法。例如以高层建筑且基础开挖较深并配合壁桩工程，若以逆打工法施工，均可吻合以上因素。

2 壁桩基础设计

2.1 基础型式选用(以某一工程为例)

1)该建筑物最大载重约50 t/m2，如采用筏基，目前开挖计算将为5 m～7 m粉土质黏土层或砂质粉土层，其基础短期容许承载力约36 t/m2，承载力不足。2)本工程在超控区有极高水浮力，无法以结构配重压制。3)本工程施工面积大，为减少工期及增加开挖安全性，决议以逆打工法施工。

小结:综合以上考虑设计采用一柱一桩，基础规划，本工程柱位间距大部分为10 m左右大跨度，且建筑高度较高，荷重大(压力约 3 500 t、拉力约1 500 t)， 经评估基础采用壁桩方式施工。

2.2 基础深开挖分析

近年来随着建筑业的迅速发展，无论政府各项重大公共工程还是超高层建筑物的兴建正方兴未艾，这些工程开挖规模极大，基础开挖深度也越来越深。所以应该采用深开挖方式，其挡土壁、支撑、安全观测等设计攸关工程成败。 目前大城市高层建筑其地下室深开挖方式基于成本、安全、工期考虑及因地形和施工机械改由顺打趋向逆打工法，而且技术已然成熟，但如何经由系统化来决定开挖的方式目前并无一套标准，在学术界，研究有关深开挖施工方式的相关文献寥寥无几，而如何搜集施工上所需数据，将需要工程界努力。

3 壁桩设计与分析

3.1 壁桩定义

建筑物基础构造设计规范对基础型式壁桩说明如下:一般深基础型式，如桩基础与沉箱基础等，是利用基础构造将建筑物各种载重间接传达至较深坚硬地基中，此类基础较适用于上部结构载物重大且浅层土壤软弱情况。近年来，有采用片状连续壁作为基桩使用者，称为壁式基础。

由于壁式基础断面较传统基桩更具弹性，配合上部载重特性，基础断面可做最有效配置，因此可提供更经济设计，有效节省工程经费。当以柱状壁基础支承上部结构载重时，垂直载重是由壁面摩擦阻抗及底面支承力所支承，拉拔载重由壁面摩擦阻抗与壁体有效重量共同承担，侧向载重与倾覆力矩则由壁体正前方地层水平反力支承。而箱状壁式基础由于其特殊箱状构造，加以基础尺寸及表面积均较柱状壁式基础大，因此其承载行为较为复杂。

3.2 筏式基础沉陷量评估

本基础由于建筑物施作完成时，在地下水压未回升且地梁未经加强状况下(柔性筏基)，则由筏基底板压力作用下于高楼区中央及基地角隅处所产生弹性沉陷分别约为 4.3 cm～6.2 cm和0.7 cm～0.9 cm，而此弹性沉陷量是因建筑物载重而立即发生，在随结构物构筑完成时，此弹性沉陷量大都已完全发生。

压密沉陷方面:由于本工程高楼区建筑物荷重低于挖除总覆土重，且在地下水浮力作用下，基础板所受净压力亦小于未施工前土层有效覆土压力，故本工程建筑物完成后，应仅有再压密沉陷量。

高楼区荷重较大柱位区设置地四周连续壁、扶壁、基桩，直接承载部分柱位荷重，减少总沉陷量与差异沉陷;而对连续壁、扶壁、壁桩及基础所连结刚性，在有效分摊与承载部分柱位荷载情况下，实际沉陷量应远小于上述估计值。

3.3 液化评估

本基础地表下 0.5 m～15.5 m深地下氷分布存在砂性土壤层，且本地基地下水位较高，因此须进行 审批液化评估。当最大地表加速度为ZIg/3.5(即0.07g)时，其抗液化安全系数皆大于1，显示中度地震来袭时地基内此砂性土层液化机率甚低；当最大地表加速度为ZIg(即0.23g)时，此砂性土层抗液化安全系数介于0.6～1.2间，液化倾向较高。而本地基开挖深度24.5m，液化潜能高砂性土层大部分在预定开挖深度内，于施工时皆被挖除，故大地震来袭时本地基应具备足够的基础安全稳定性。

3.4 壁桩施工质量与管制

壁桩支承力大小与施工程序及质量息息相关，壁桩施工主要是沟壁施工及质量管理，若地基应力失去平衡，会造成壁面滑落与坍塌。故无论在沟壁掘削阶段，钢筋笼吊放阶段，混凝土浇筑阶段，必须保持沟壁稳定。土块滑落与坍塌若发生在掘削阶段，尚可用掘削机将掉落土块取出，若发生在钢筋笼吊放阶段或混凝土浇筑阶段，将导致连续壁出现泡泥或断层隐忧，甚者造成壁桩无法挽救的地步。因此，除各阶段施工均需考虑沟壁稳定外，亦需配合适当的补助工法，以确保壁桩施工质量。

4 结论与建议

4.1 研究

该工程试桩载重试验成效收益共可节省金额26 134 648元，约占基桩工程费的11.73%，工期约可省15 d。桩尖点承载力均尚未激发，分别仅有19.65 t/m2及32.64 t/m2，远低于卵砾石层的承载力。壁桩施工乃采用连续壁施工机具以抓掘方式施作矩形桩，与一般传统以钻掘方式施作圆形桩相比较，除施作方式不同外，其形状亦不同；而依试桩结果亦显示壁桩承载行为与一般传统圆形桩具相当大差异。对于大口径长桩，基桩愈长、愈粗，则施工困难度愈高，机械选择性愈小，施工质量反而下降。对于逆打柱吊装，能控制于白天施作，其精度往往比夜间施工要高，而且较安全。

4.2 建议

1)对试桩后数据，应建立全国试桩数据库，有系统回馈分析各类地层与基桩行为，作为更合理与精准的设计依据。2)基桩实际承载行为，将视其施工质量而定，本工程壁桩试桩施工程序与方法，应可作为遵循，但其中混凝土浇灌方式仍应改善，如采用冰块代替搅拌用水是很好的方式，且两支相同长度特密管应同时浇灌混凝土。 3)重要结构应要在实施完工后进行后续监测，若基桩仪器能长期保留最为理想，否则最少要能做到监测基础沉陷量。

[1] 秦惠民,叶政青.深基础施工实例[M].北京：中国建筑工业出版社,1992.

[2] 陆震铃，祝国荣.地下连续墙的理论与实践[M].北京：中国铁道出版社,1987.

[3] 史佩栋.21世纪高层建筑基础工程[M].北京：中国建筑工业出版社,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 锋(1980- )，男，工程师

TU753

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