软土地基静压工程管桩挤斜基坑围护桩的处理

2015-07-29 385 0

龚新晖1,樊京周2,严谨1,严平3
(1.杭州南联土木工程科技有限公司,310013,浙江杭州;2.杭州南联地基基础工程有限公司,310013,浙江杭州; 3.浙江大学建筑工程学院,310058,浙江杭州)

  【摘 要】 介绍了在软土地基中工程管桩静压施工时将已施工完成的地下室基坑围护桩(预制工字形(SCPW工法))挤斜挤偏,对基坑围护结构造成重大安全隐患,基坑围护设计根据工程实际情况,对基坑围护结构进行了有效加强处理,使偏斜围护桩能够得以继续使用,避免了因围护桩报废需要重新设计施工带来的项目建设工期严重拖延及建设成本大大增加的重大损失,也确保了基坑、周边建(构)筑物的安全及地下室顺利施工,为软土地基静压工程桩施工、基坑围护工程设计施工取得了宝贵经验。
  【关键词】静压工程桩;预制工字形桩(SCPW工法);挤斜围护桩后的加强处理

  1.基坑工程概况
  1.1工程概况
  杭州申花某项目地块工程位于杭州市拱墅区,北至已建道路和城市河道,南为规划用地和已建项目,西侧与东侧均为已建道路。本工程由5幢26层高层住宅、6幢7层小高层住宅、3幢两层和1幢三层商业用房及集中地下车库组成。其中,高层及地库区域外的多层建筑设一层地下室,集中地下车库设两层地下室,其它项目不设地下室。建筑物采用静压管桩基础型式。基坑一层地下室开挖深度为3.80~5.20m,基坑二层地下室开挖深度约9.00米。详见下图1。
软土地基静压工程管桩挤斜基坑围护桩的处理
图1地下室基坑工程总平面图
  1.2 工程地质条件
  基坑开挖影响范围地层情况如下:
  0杂填土(mlQ4):灰色-浅灰色,稍湿,松散,主要由碎石块、建筑垃圾和粘性土组成,碎石砾径不均,2~10cm均可见,偶见块石,顶部含较多植物根茎。全场分布,层厚1.50~4.40m。①1粘土(al-mQ43):灰黄-灰褐色,软可塑,含氧化斑点及青灰色条纹、少量有机质,干强度及韧性中等,无摇震反应,切面较光滑,土质欠均匀。少量钻孔分布,层厚0.00~3.30m。②1淤泥质粘土(mQ43):灰色,流塑。切面较光滑,干强度及韧性中等,稍有光泽,含有机质和腐植质。全场分布,层厚2.10~12.90m。②2粉质粘土(al-mQ42): 灰色,软可塑,韧性较高,干强度中等,切面有光泽,土质不均匀,局部夹粘土,偶见粉土团块,略具层理。全场分布,层厚2.30~10.50m。③淤泥质粘土(mQ42):深灰色,流塑。含有机质和腐植质,局部相变为淤泥,遇水有滑感,切面光滑,干强度高,韧性高。全场分布,层厚3.20~11.10m。④粉质粘土(al-lQ41):灰色,软可塑,切面稍具光泽,韧性中等,干强度中等,局部见粉土夹层。全场分布,层厚2.00~9.90m。⑤粘土(mQ32):灰黄色-灰绿色,硬可塑状,含铁锰质斑点和高岭土团块。光泽反应稍光滑,干强度中等,韧性中等,无摇震反应。全场分布,层厚6.60~23.50m。以下为土性较好的粉砂、强~中风化泥质粉砂岩(K1)、中风化流纹岩(K1)等。土层主要土性指标及基坑开挖支护设计参数见表1。
层号
层名
重 度
固结快剪
室内实验渗透系数
γ
φ
c
Kh
Kv
kN/m3
°
kPa
cm/s
cm/s
杂填土
(18.2)
(8.0)
(10.0)
/
/
1
粘土
18.2
16.4
17.2
3.5E-06
4.2E-06
1
淤泥质粘土
16.9
9.1(8)
10.5(10)
2.4E-07
2.9E-07
2
粉质粘土
18.6
20.2(16)
34.7(30)
5.5E-05
6.2E-05
淤泥质粘土
17.4
(10)
(12)
5.5E-05
6.2E-05
粉质粘土
18.5
(20)
(32)
5.5E-05
6.2E-05
注:()内为计算取值。
表1 基坑开挖影响范围内土层物理力学参数表
  2. 基坑围护设计方案
  2.1 基坑工程特点
  本基坑工程开挖面积较大,基坑总体上呈不规则多边形,基坑围护边线比较曲折,长约630m。基坑工程外围高层和多层建筑设一层地下室,开挖深度3.80~5.20m;中间设二层集中地下车库,开挖深度约9.00m。基坑开挖深度范围内主要涉及杂填土,粘土,淤泥质粘土,粉质粘土,淤泥质粘土,粉质粘土等。杂填土土性较差,厚度较大,对基坑放坡开挖影响较大,其下发育厚层淤泥质粘土,呈高压缩性,强度低,渗透性小,基坑开挖基本处于该层范围内,对地下室放坡开挖及围护结构受力十分不利,为影响基坑开挖施工的主要不利软土层。再下层为粉质粘土,土性稍好,总体上基坑土性较差,对基坑整体安全稳定性、围护结构受力变形控制十分不利。项目北地块工程北为城市道路和河道,东、西为城市道路且埋设有管线,需重点保护;南为规划用地和已建项目,周边环境敏感。本基坑工程属于一级基坑工程,相应基坑工程安全等级的重要性系数γ0=1.1。

  2.2 基坑围护设计方案
  基坑整体采用SCPW工法围护桩墙结合一道水平钢筋混凝土内支撑结构,保证基坑整体稳定;在基坑集中地下车库外为高层或多层地库建筑区段,上部采用放坡结合土钉进行围护,其它区段,桩顶抬高,上部采用小放坡及桩锚结构进行围护,并增设高压旋喷桩书泥土被动区加强;坑内西侧较大高差处采用高压旋喷桩重力式挡墙结构支护。基坑内外采用排水沟、集水井明泵降排水方案。其典型剖面做法如下图2。
软土地基静压工程管桩挤斜基坑围护桩的处理
图2 基坑典型剖面大样图

  2.3 SCPW工法简介
  这是新近开发的围护工法,已获国家专利,并在2006年8月由浙江省建设厅组织了技术鉴定并予推广,荣获杭州市2009年度科技进步奖三等奖,于2011年8月通过浙江省省级工法评定,并荣获中国岩石力学与工程学会科技进步奖三等奖及浙江省岩石力学与工程学会科技进步奖一等奖。该围护做法与SWM工法类似,是通过三轴强力水泥搅拌土再植入预制钢筋混凝土T形或工字形桩,使其与水泥搅拌桩帷幕形成挡土止水桩墙结构。此工法植入的钢筋混凝土工字形桩是工厂化生产,采用预应力高强度钢棒配筋,C50砼,高温蒸汽养护,生产速度快(3天可拆模起吊),桩身刚度大,抗弯强度高(相当直径800钻孔桩)。工字形截面的配筋位于截面两端,同等抗弯强度下工(T)形桩钢筋用料要比Φ800圆桩减少约20%;同等配筋下工(T)形桩抗弯强度要比Φ800圆桩提高约30%;工字桩截面积0.1865m2,钻孔桩截面积0.5024m2,砼用量节约38%,因而单根桩造价要比传统圆桩节约30%左右。且本围护工法与传统钻孔桩围护相比具有基本无(少)挤土、无泥浆外运和环境污染、无(低)噪音、施工速度快、适用性强等优点,符合城市可持续发展,环保文明施工,绿色节能减排等政策理念。相比SMW工法,其具有围护墙刚度大,一次性投入,无回收等费用,也不存在由于工期延误而增大费用之缺点,正常情况下其围护桩墙费用要比SMW工法节约10%左右。由于强力搅拌土体或钻孔注浆引孔,再植入抗侧向力工字形桩,因而可适用各种土质的围护工程和边坡稳定工程。

  3. 静压工程管桩挤斜基坑围护桩的处理
  3.1 静压管桩与土方开挖不合理交叉施工产生的后果现状
  基坑北侧外高层1#、2#、3#、4#、5#楼的管桩、基坑内6#、7#、8#、9#、10#楼的北侧部分管桩及基坑北侧东侧围护桩基本同期完成。施工计划最先开挖顺序为5#楼、4#楼、1#楼、2#楼及3#楼浅坑。开挖的同时在静压施工6#、7#楼的北侧地库管桩。
  随着开挖施工及静压管桩施工的进行,因浅坑土方量不大且开挖速度较快,开挖至4楼浅坑底时,现场出现坑底土隆起100~150mm、坑中坑少量土方总也挖不完、施工好的垫层很快出现隆起破坏、4#楼区段北侧道路出现下沉及裂缝、高层管桩及基坑围护桩墙整体向北偏斜等情况,围护桩偏斜最大位移约2.00m,对基坑围护结构造成重大安全隐患。
  3.2静压工程管桩挤斜基坑围护桩的处理
  基坑围护设计根据工程实际情况,为避免因围护桩报废需要重新设计施工带来的项目建设工期严重拖延及建设成本大大增加对围护结构进行了有效加强处理,使偏斜围护桩能够得以继续使用,具体如下:
  1)立即停止静压管桩施工及土方开挖工作,迅速完成高层管桩纠偏及基础底板施工。
  2)基坑北侧高层南区段围护桩墙产生向北侧的整体偏移,部分工字桩已偏入高层筏板基础内,造成围护结构压顶梁无法按原方案实施,以及帷幕出现倾斜破坏。为确保基坑安全及地下室顺利施工,采取补救加强措施:
  (1)将偏入筏板基础内的工字桩高于筏板面的桩顶部分凿除,工字桩主筋锚入高层基础底板内整体浇筑,并确保桩顶混凝土面进入底板至少50mm,预埋锚筋;
  (2)为修复已经破坏的帷幕,沿着高层基础底板外缘增设两排高压旋喷桩,内排高压旋喷桩内插直径为48钢管或松木桩,完成其他基础底板工作后,迅速完成基础底板施工;
  (3)在开挖高层南侧深基坑时,先开挖至支撑梁底,并掏空其下一部分土,浇筑C20素混凝土,待素混凝土达到设计强度后,沿着高层基础底板外缘浇筑一宽度为1m,高度为0.85m的围梁(如图3所示)。压顶梁可分段施工,根据实际情况可在压顶梁与支撑梁交点处预留施工缝,并将支撑梁钢筋头甩出,以便后期支撑梁施工;不允许在两支撑节点间设置施工缝;
  (4)根据基坑高层南侧工字桩偏位情况和扰动后土体指标的下降对围护结构整体安全性进行验算,需在高层1#、2#、3#、4#、5#楼南侧区段围护桩墙内增设被动区加固;
  (5)基坑东侧多层建筑11#楼根据项目计划,需立即进行该楼的地上主体结构施工。出于对基坑和主体结构安全性的考虑,对该楼施工节点调整如下:在基坑围护结构支撑梁施工完成后、二层地下室底板施工前,楼主体结构可完成至三层楼板面,待地下二层底板及换撑带施工完成、混凝土强度且养护时间不少于楼主体结构至结顶,楼西侧围护桩墙内侧增加高压旋喷桩被动区加固。
  3)增设应力释放沟
  (1)地下室为管桩基础且分布密集,部分管桩基础已施工完成。为减小后续管桩施工挤土对已施工完成的管桩及围护桩墙的影响,特在已施工管桩与未施工管桩间增设一道挤土应力释放沟。
  (2)应力释放沟做法为:采用三轴强力搅拌桩机按不套孔进行强力搅拌施工,搅拌直径850mm,搭接长度200mm,搅拌深度20.00m,以一定压力(不小于20MPa)将泥浆注入土体进行强力搅拌,通过强力搅拌破坏原土体结构并置换出部分土体而形成一道应力释放沟。搅拌施工工艺采用二次注浆二次搅拌,采用四道以上搅拌叶片增加土体搅拌次数,下沉提升速度不大于1.00m/min,水泥掺量5%。管桩施工中若两侧监测孔监测结果相同,则应力释放沟失效,需从新打设或采取其它措施。
软土地基静压工程管桩挤斜基坑围护桩的处理
图3 围护桩墙偏斜后调整加强做法大样图

  4)4#楼区段北侧路面裂缝加固做法及应急措施
  4#楼北侧道路靠近虾龙圩河区段出现纵向裂缝。裂缝长度约22m,宽度约10cm。虾龙圩河水位高于基坑底面约1.00m。为保证基坑安全,现采取以下措施进行加固处理:
  (1)沿裂缝打设3000@500 ∅48钢管土钉,钢管上要求开花眼,花眼采用梅花形布置;
  (2)通过钢管灌注水泥浆。水灰比控制在0.6~0.8;
  (3)加强监测,包括河水位标高变化、地面裂缝、是否产生漏水等,及时向业主及设计单位反馈现场实际情况;
  (4)施工单位应根据现场情况准备相应应急预案,如出现短时间强降雨、漏水或其它紧急情况的紧急处理措施,并在现场提前储备相应抢险物资等。
  5)对基坑监测方案进行加强调整
  (1)增加对管桩施工挤土效应的监测,在应力释放孔两侧新增测斜监测孔,管桩施工时若释放沟两侧监测孔监测数据相同,则应力释放沟失效,需重新打设应力释放沟或采取其它措施;
  (2)加强对高层1#、2#、3#、4#、5#楼及11#、12#楼的监测,在楼周边新增测斜监测孔和沉降监测孔;
  (3)基坑开挖期间,增加监测频率,遇有不正常情况立即送报建设各方并建议措施。
  4. 被挤偏斜围护桩墙调整加强处理后实施效果
  整个基坑开挖顺序为西部、东部、中部,出土口安排于中部北侧3#与4#楼之间。其中基坑西部区段于2014年11月中旬开始上层土方开挖,开挖至支撑梁底后进行支撑梁施工;2014年12月中旬支撑梁施工完成;2015年01月初开始下层土方的开挖,2015年01月中旬开挖至坑底,开始进行基础底板的施工,2月中旬完成基础底板的施工。因邻近春节,工期非常紧张,施工方投入大量的人力物力进行开挖后“抢工”,故其他区段开挖施工紧随其后,在2月18日前完成整个基坑基础底板的施工。整个基坑共布置测斜孔23只,测斜管埋深22.00m,沉降监测点53个,轴力监测11组,监测结果正常合理,均在设计报警值范围内发展变化。基坑西部典型监测孔Sm4、Sm18(Sm4设置于深基坑北侧外5#与4#楼之间,Sm18设置于Sm4的正对基坑南侧外)在基坑开挖初期、开挖至支撑梁底、开挖至坑底的位移发展情况如图4所示。在根据基坑监测情况,整个基坑开挖及地下室施工过程非常顺利,基坑安全稳定,周边建(构)筑物无明显沉降或者裂缝,坑边土体变位正常可控,SCPW工法围护桩墙结合一道钢筋砼内支撑支护结构达到了安全可靠、施工快捷的很好效果,保证了建设项目计划节点的顺利完成。
软土地基静压工程管桩挤斜基坑围护桩的处理
图4 测斜孔Sm04、Sm18水平位移曲线图
  5. 结语
  本文介绍了在软土地基中工程管桩静压施工时将已施工完成的地下室基坑围护桩挤斜挤偏,对基坑围护结构造成重大安全隐患,基坑围护设计根据工程实际情况,对基坑围护结构进行了有效加强处理,使偏斜围护桩能够得以继续使用,避免了因围护桩报废需要重新设计施工带来的项目建设工期严重拖延及建设成本大大增加的重大损失,也确保了基坑、周边建(构)筑物的安全及地下室顺利施工,为软土地基静压工程桩施工、基坑围护工程设计施工取得了宝贵经验。同时也介绍了SCPW工法围护桩墙设计施工原理及其做法,其安全可靠、施工快捷、经济环保的特点,为基坑工程提供了一种安全可靠的支护结构形式选择及应用积累了有效经验。
  参考文献:
  [1] 龚晓南 深基坑工程设计施工手册 中国建筑工业出版社 1998
  [2] 中国土木工程学会土力学及岩土工程分会 深基坑支护技术指南. 中国建筑工业出版社,2012
  [3] 浙江省标准.建筑基坑工程技术规程(DB33/T1096-2014)[S].浙江省标准设计站.2014
  [4] 杭州市拱墅区申花单元R21-17地块基坑围护设计方案[R]. 杭州南联土木工程科技有限公司.2014

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