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1. 前言
当今建筑施工技术迅猛发展,为了满足不同建筑物对地基承载力的要求,地基处理也出现了很多新方法。如:采用抗压桩基础提高地基承载力,在地下水埋深较浅地区采用抗拔桩或抗浮锚杆提高层数较少的建筑物的抗地下水浮力的能力。
这些新兴的地基处理方法虽然保证了建筑物在使用过程中不发生大的沉降或上浮,从而保证了结构安全,但其自身的特点又决定了如果地下防水施工方法选择不当,会造成地下水渗入地下室,影响建筑使用功能,增加施工单位在建筑物使用过程中因防水保修发生的费用。
本文以望京新城B11-1项目A、B区工程基础底板防水施工为例,浅谈带桩基础及有抗浮锚杆的基础底板防水施工方法。
2. 工程概况
望京新城B11-1项目位于北京市朝阳区望京新城南,南临广顺南大街,东临阜通东大街。该项目分A、B两区,总建筑面积21万m2。A区工程整个地下为二层;地上部分:1#楼为4层,2#楼为5层,3#楼为4层(局部3层),4#楼为5层(局部4层),6#楼为18层,总高度为68.7米;整个A区工程地下结构连成整体用作地下车库,地上分为6个单体楼,各单体楼在地上二层通过钢桥相互贯通。B区地下四层(含一个夹层),地下室连为一个整体,地上分为C、D、E三栋塔楼,C、D两栋塔楼均为28层,首层～四层通过裙房连接,E座27层。三栋塔楼总高度均为103.69m。
本工程所在地地下水位埋深较浅,上层滞水在地面下6.7m处,潜水在地面以下9.6m左右。A、B两区的基础埋深都在10m以上,B区达到-18m,两区建筑物的基础均已进入潜水层。加之地上部分建筑物高差变化非常大,这就造成B区的C、D、E和A区的6#楼这四栋塔楼会发生沉降,而其余部分只有三～五层,对地基施加的荷载较小,如不做地基处理,地下水会使建筑物上浮。因此,本工程地基处理形式多样,B区C、D、E主楼下部为抗压桩,裙房部分为抗拔桩;A区1～5#楼采用抗浮锚杆抵抗浮力,6#楼采用CFG桩增强地基承载力。本工程A、B区地下防水均采用SBS改性沥青防水卷材,热熔法施工。
B区的抗压、抗拔桩及A区的抗浮锚杆共同的特点是均有钢筋穿越卷材防水层,并伸入基础底板内。望京地区地下水位又较高,一旦处理不当,地下水会沿基础底板的微裂缝渗入地下室,这样不仅会影响建筑使用功能,而且会使基础底板内的钢筋长期处于潮湿环境中而发生锈蚀,直接影响结构安全。为保证工程质量,有效阻断地下水渗入路径,项目部技术部门相关单位共同研究处理办法,解决这一难题。
3. 设计方案选择
3.1 设计方案选择需考虑的因素。在带桩及带抗抗浮锚杆基础底板防水节点的设计方案选择时主要基于以下三点:
(1)如何有效阻断地下水沿桩身周边或抗浮锚杆水泥浆凝结体周边与土壤接触部位的缝隙渗出的路径。
(2)如何有效阻断地下水沿沿桩内钢筋与混凝土或抗浮锚杆与水泥浆凝结体之间的缝隙渗出的路径。
(3)如何有效阻断地下水沿抗压、抗拔桩混凝土或抗浮锚杆的水泥浆凝结体的缝隙渗出的路径。
3.2 设计方案的确定。
3.2.1 抗压、抗拔桩防水节点的确定。
鉴于以上节点选择需考虑的因素以及B区施工先于A区开始,选择好抗压、抗拔桩桩头部位防水节点,对抗浮锚杆防水节点的选择有指导意义。
B区工程中的抗压、抗拔桩的施工均采用长螺旋钻孔泵送混凝土成桩后插钢筋笼的施工工艺。其工艺流程为:先用长螺旋钻机在基槽内成孔。达到要求深度后,用基坑上的混凝土拖式泵向螺旋钻杆内泵送混凝土,并在泵送混凝土的同时提起螺旋钻杆。这样混凝土自身产生的侧压力起到了泥浆护壁的作用,可以保证桩孔不发生坍塌。当混凝土灌满桩孔后,移走螺旋钻机,并用汽车吊吊起套入长振捣器的钢筋笼,对准桩孔,开动振捣器,钢筋笼在其自重及振捣器的作用下沉入未初凝的混凝土中,由此形成抗压、抗拔桩。最后将素水泥浆通过桩钢筋笼上与置的压浆管压入桩身与周边土壤间的间隙,以达到桩与周边土壤共同承载上部建筑荷载的目的。
由此可以看出,3.1中提及的三种渗水路径,在抗压、抗拔桩上全部具备。只要阻断这三条渗水路径,即可保证地下水不渗入底板内。
为有效阻断渗水路径,项目部技术部门会同业主、设计、监理、桩基施工、防水施工、结构施工单位召开专题会共同讨论,确定桩头防水节点施工方法。
由于本工程地基处理部分的设计及施工均由专业地基处理单位完成,在结构设计及建筑设计中未明确基础底板在桩头部位防水节点的施工方法。专题会上,设计单位建议采用《地下建筑防水构造》(02J301)图集中第60页的1节点作法。
但桩基施工单位提出:桩头应至少伸入基础底板50mm,这样有利于基础底板与群桩基础形成整体;防水施工单位提出:该做法无具体尺寸,可操作性不强。两单位均提出应重新选择桩头防水节点做法。鉴于以上问题,设计单位建议采用88J6-1图集中第78页的2节点。
这种做法最大的缺点是清槽工作量及难度增大,直接影响施工进度。鉴于本工程工期非常紧张,在与会各方共同研究后,决定将上述两种做法综合,即在桩头剔凿时,桩顶标高控制在基础底板下表面向上50mm处。垫层施工完毕后,按照88J6-1图集中选定节点做法的要求进行桩头防水处理。但这样做还有一个问题:图集中要求的桩顶 及桩头周围500mm范围内需抹20mm厚聚合我水泥砂浆,其余的垫层上要用20mm厚1:2.5水泥砂浆做找平层。这道工序实际上是为卷材防水施工提供一个平整的基层,这一目的完全可以通过垫层混凝土浇筑时压面收光实现,即水泥砂浆找平层可取消,但这样聚合物砂浆层边缘会形成20mm的台。为解决这一问题,经各方共同研究确定,将聚合物砂浆层的范围扩大为桩身周边700mm,在聚合物砂浆层施工时,从桩身周边500mm处开始至桩身周边700mm范围内,用聚合物砂浆找缓坡以利于卷材施工。最终做法如图1。4. 桩头防水施工 设计方案已经选定,但该方案毕竟在标准图集的做法上进行了修改,能否有效阻断渗水路径,还需实践检验。为发现并解决施工过程中会遇到的问题,并检查本节点做法是否满足要求,先选取几个桩头进行样板施工。
4.1 样板引路。本工程采用轻型井点降水,但降水设计及施工时基础底板的一些具体做法尚未确定,最终导致降水高度不足,电梯坑底向外渗水。该处是防水施工中最薄弱的部位,可选择这一部位作为样板。
桩头防水施工工艺:清理→涂刷渗透结晶防水涂料→桩头外露钢筋周围剔槽→桩头外露钢筋周围绑扎止水条→桩头及其周边抹聚合物砂浆→卷材防水施工→桩头周边布置膨胀止水条→混凝土防水保护层。
4.2 样板施工方法。
根据本工程实际情况,D座桩基施工最新完成,最早具备垫层施工条件。选取D座核心筒电梯基坑内的四个桩头进行样板施工。具体施工方法如下:
4.2.1 电梯基坑内降水。
4.2.2 清理。
本项工作分三部分内容。垫层混凝土浇筑完毕后,开始对桩头进行清理。首先清理桩顶,将桩头剔凿时松动的混凝土块、石子等清理干净。然后用钢丝刷清理外露桩身上的泥土,最后将桩头周边300mm范围内的垫层上表面清理干净。
4.2.3 涂刷渗透结晶防水涂料。
在桩顶、外露桩身及其周边250mm范围内垫层上表面涂刷水泥基渗透结晶防水涂料。涂料分两层涂刷,第一层厚度不大于1.2mm,第二层为浓缩剂。因渗透结晶型防水涂料在混凝土中结晶形成过程的前提条件需要湿润,所以只需将垫层表面的明水清理干净即可。
渗透结晶防水涂料涂刷完成后,需要在湿润状态下养护2天。由于本工程施工时已入深秋,大风较多,天气干燥,养护过程中每天喷水3～4次。
4.2.4 外伸钢筋周围止水条布置。
渗透结晶防水涂料养护2天后,在外伸钢筋周边剔凿宽10mm,深10mm的凹槽。然后在凹槽内放置膨胀止水条。
将止水条嵌入槽内,并使其首尾相接,布置时应顺止水条本身的弧度围绕在钢筋周围。如右图所示:
4.2.5 聚合物砂浆施工。
聚合物水泥砂浆采用成品干料和乳液拌合而成。施工时将聚合物砂浆置于桩顶,用抹子向四周铺摊。如右图所示:
桩顶满铺20mm厚的聚合物水泥砂浆后,在桩身及桩身周边500mm范围内铺摊20mm厚的聚合物水泥砂浆。施工过程中注意将桩身与垫层相交处的阴角抹成半径不大于20mm的圆弧。
桩身周边500mm范围内砂浆铺抹完成后,在桩身周围500mm～700mm范围内,用聚合物砂浆向垫层找缓坡。
4.2.6 效果检验。
桩头防水样板制作完成后,静置2天,聚合物砂浆已干燥。将电梯坑内降水井中的水泵取出,以检验桩头防水节点方案是否可行。但为防止 地下水从电梯坑中的降水井涌出,安排专人从降水井中向外淘水,保证水不溢出即可。
2天后,垫层表面未涂刷聚合物砂浆的部分,出现较多渗水点,说明地下水沿垫层混凝土的微裂缝渗出。但样板桩头的聚合物砂浆表面干燥,未发现透水点。
以上检验结果表明,本工程采用这种桩头防水节点进行施工是可行的。
4.3 桩头防水节点各层做法作用简述。
桩头防水节点中各层做法起着不同的作用,从而有效地阻断了地下水深入基础底板的路径。
4.3.1 水泥基渗透结晶防水涂料层的作用。
水泥基渗透结晶防水涂料可向混凝土内部渗透,在混凝土中形成不溶于水的结晶体,填塞毛细孔道,从而使混凝土密实,防水。这一层主要阻断了地下水沿桩身混凝土的微裂缝向外渗出的路径。
4.3.2 膨胀止水条。
膨胀止水条主要用于两种材质交界处及容易出现裂缝的部位。在本工程中,桩头外露钢筋周围和桩身周围均设置了膨胀止水条。
钢筋周围的膨胀止水条在地下水沿钢筋和混凝土间的间隙渗出时,遇水膨胀,从而填塞钢筋与混凝土之间的缝隙,达到阻断深水路径的效果。
垫层和桩不是一次浇筑形成的,它们的交界处肯定会有缝隙,一旦交界处的聚合物砂浆防水层出现裂缝,地下水就会渗出,此时桩身周边的膨胀止水条遇水膨胀,填塞缝隙,阻断深水路径,
4.3.3 聚合物砂浆防水层。
该层是起一个备用防水措施的作用,即双保险。一旦出现局部存在深水路径未被有效阻断的情况,聚合物砂浆防水层可阻挡地下水渗入基础底板。
5. 经济分析
本工程桩头防水节点所采用的施工方法与88J6-1图集第78页2节点在经济方面的优势主要体现在以下两个方面:
5.1 土方工程量减少。
采用此方法减少了清槽过程中对桩身周边土方的挖掘及土方外运的工作量。
如采用88J6-1图集中的做法,每根抗压桩周边需挖掘土方的体积为:(抗压桩桩径800mm)
倒圆台体积
V= πh3(R2+Rr+r2)
其中R=1.2m,r=0.9m
V=1.461m3
倒圆台内抗压桩桩身体积
V 桩=πR桩2h=0.42π×0.3=0.151m3
挖方体积
V挖=V-V 桩=1.461-0.151=1.31m3
抗压桩周边挖方量共减少
V土= V挖×558=1.31×558=730.98m3
每根抗拔桩周边需挖掘土方的体积为:(抗拔桩桩径600mm)
倒圆台体积
V= πh3(R2+Rr+r2)
其中R=1.1m,r=0.8m
V=0.858m3
倒圆台内抗压桩桩身体积
V 桩=πR桩2h=0.3 2π×0.3=0.858m3
挖方体积
V挖=V-V 桩= 0.858-0.085=0.773m3
抗压桩周边挖方量共减少
V土= V挖×132=0.773x132=102.04m3
抗压抗拔桩共减少挖方量
V=730.98+102.04=833.02m3
目前人工挖土调整后的单价为13元/m3。采用此施工方法因人工土方挖掘减少的费用为:
833.02×13=10829.26元
5.2 混凝土工程量减少。采用本办法不仅减少了土方挖掘量,而且减少了相应体积的混凝土浇筑量。本工程基础底板混凝土强度等级为C40,抗渗等级P10。浇筑这种混凝土每立方米直接费400元。这样可以减少混凝土施工费用
833.03×400=333208
5.3 总节约费用。
采用本办法施工节省的总费用为:
10829.26+33320844=3331673.26 元
5.4 通过对专用图集两施工节点的结合,使的本工程施工难度降低并有效地缩短了施工工期,为项目创造了良好的效益,并赢得了建设单位、监理单位以及设计单位的一致好评。
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