时间:2022-09-18 04:57:27
序论:好文章的创作是一个不断探索和完善的过程,我们为您推荐十篇咬合桩施工总结范例,希望它们能助您一臂之力,提升您的阅读品质,带来更深刻的阅读感受。
1工程概况
中环线邯郸路地道工程位于上海市杨浦区五角场和大柏树之间的邯郸路下,东西向穿过复旦大学校区。地道全长1080m,属长距离浅埋式地道,采用顺作法施工。结构分U型槽、箱式暗埋、箱式暗埋开孔三种形式。箱式暗埋开孔段长200m,基坑开挖深度11m,宽度42.5m,该段基坑围护结构采用?1000咬合桩,桩长22m,咬合厚度20cm。咬合桩已经在深圳、南京等地地铁项目中得到了应用,施工工艺已较为成熟,但在邯郸路地道工程中的应用是作为一种新型深基坑围护结构在上海地区软土及高地下水位地层中的首次应用。
施工区域工程地质从上至下依次为:①人工填土:成份复杂,结构松散,厚0.8~3.8m;②31:黄—灰色粘质粉土夹粉砂,稍密,中压缩性,夹薄层粘性土较多,土质不均,含氧化铁斑点、云母晶片,厚2.5~10.6m;②32:灰色,砂质粉土,稍密,中压缩性,夹少量粘土,含云母晶片,局部夹粉砂,厚2.4~16.1m;④:灰色,淤泥质粘土,流塑,高压缩性,夹少量粉砂,含碎蚌壳,局部为淤泥质粉质粘土,厚1.3~6.3m;⑤1:灰色,粉质粘土,流塑—软塑,高—中压缩性,夹薄层粉砂,含腐植物、钙结核、有机质,厚3.8~7.6m;地下水位埋深为0.5~1.3m,属潜水类型,主要补给来源为大气降水、地表径流,常因气候、降水降水、地表径流,常因气候、降水等影响而变化。地下水对混凝土无腐蚀性。
2咬合桩施工技术
钻孔咬合桩是近几年来在我国粘性土、砂土以及冲填土等软土层中的基础和地下工程应用较多的一项新技术。施工主要采用“套管桩机+超缓凝型砼”方案。由于地下结构顶、底板较厚,要求侧墙亦有较大刚度与之匹配,钻孔咬合桩整体刚度较大可用作主体结构侧墙的一部分参与主体结构受力,内衬墙因此可采用较经济的设计。并且相对于地下连续墙,钻孔咬合桩本身在经济上有较大优势。
2.1施工机械
本工程根据试桩情况、施工进度安排和工程量的数量采用4台MZ-120液压摇头式套管桩机和2台MZ-100液压摇头式套管桩机。每台机器的生产能力为每天3根。
2.2桩型和平面布置
咬合桩的排列方式采用,为一个素砼桩(A桩,有的工程中A桩也为钢筋混凝土桩,考虑到B桩要切割咬合,A桩中用较小截面的方形钢筋笼)和一个钢筋砼桩(B桩)间隔,如图1所示。先施工A桩,后施工B桩,A桩砼采用超缓凝型砼,要求必须在A桩砼初凝之前完成B桩的施工,B桩施工时,利用套管桩机的切割能力切割掉相邻A桩相交部分的砼,则实现了咬合。
邯郸路地道工程的基坑围护中的两种桩型分别为C30素混凝土桩(A桩)和C30钢筋混凝土桩(B桩),A桩B桩相间布置切割咬合(咬合宽度每侧20cm)成排桩围护结构。如图1所示。
2.3咬合桩咬合厚度的确定
相邻桩之间的咬合厚度d根据桩长来选取,桩越短咬合厚度越小(但最小不宜小于100mm),桩越长咬合厚度越大,按下式进行计算:
d-2(kl+q)≥50mm(1)
(即保证桩底的最小咬合厚度不小于50mm)
式中:l———桩长;
k———桩的垂直度;
q———孔口定位误差容许值;
d———钻孔咬合桩的设计咬合厚度。
2.4工艺流程
(1)单桩施工流程:平整场地测放桩位施工砼导墙套管桩机就位对中压入第一节套管及校核垂直度钻孔测量孔深清孔检查B桩吊放钢筋笼放入混凝土导管浇注混凝土拔出套管。
(2)排桩施工流程:本工程咬合桩排桩是按先施工A桩,后施工B桩的施工原则进行的,其施工流程是:A1—A2—B1—A3—B2—A4—B3……,(如图2所示):
前言
桩的应用迄今至少有12000多年的历史,从木桩发展到现在的钢、水泥、混凝土和钢筋混凝土,主要在近代运用钢筋、水泥、混凝土为材料的桩。
桩基础应用已是一种比较广泛,比较成熟的一种工艺。我国于二十世纪七十年代开始引进,九十年代中期昆明捷程桩工公司首先在我国开发研制出MZ系列全套管钻机,简称磨桩机。 钻孔咬合桩是一种新型的基坑围护结构形式,在深圳、南京围护结构工程运用较为广泛。
概况
随着填海和软基处理工程施工越来越多,同时许多海积淤泥、滨海鱼塘地质条件较差的区域的陆域形成,对这类填海和软基处理工程的基坑开挖和围护结构施工,越来越要求施工技术更安全可靠。
某轨道交通围护结构工程就是采用一种围护结构较安全较可靠的施工工艺,围护结构周长为1856.0m,基坑宽度40米,长度1856.0米,深度最深处达到13.0~16.5米;基坑开挖面积为75680平方米。本项目基坑围护工程采用咬合桩+锚索或支撑的支护方案。
二、工程地质及水文情况
1 地形地貌
拟建场地原始地貌为海域和滨海鱼塘,地面以下普遍分布深厚的海积淤泥,根据机场建设的要求,场地正在进行填海和软基处理工程施工。
2 地层岩性
根据勘察报告,在工程场地范围,分布的主要地层有人工填土(石)(Qml)、第四系全新统海相沉积层(Q4m)、及含有机质中粗砂、第四系晚更新统冲洪积(Q3al+pl)粘土、第四系残积(Qel)粉质粘土。
三、咬合钻孔灌注桩施工工艺
(一)工艺原理
钻孔咬合桩,即采用机械钻孔施工,桩与桩之间相互咬合排列的一种基坑围护结构。施工主要采用“套管钻机+超缓凝型砼”方案。钻孔咬合桩的排列方式采用,为一个素砼桩(A桩)和一个钢筋砼桩(B桩)间隔。先施工A桩,后施工B桩,A桩砼采用超缓凝型砼,要求必须在A桩砼初凝之前完成B桩的施工,B桩施工时,利用套管钻机的切割能力切割掉相邻A桩相交部分的砼,则实现了咬合。
(二)工艺流程及操作要点
(1)导墙的施工
为了提高钻孔咬合桩孔口的定位精度并提高就位效率,在桩顶上部施作砼或钢筋砼导墙,这是钻孔咬合桩施工的第一步。
具体步骤:
①平整场地;②测放桩位;③导墙沟槽开挖;④钢筋绑扎;⑤模板施工;⑥砼浇注施工;⑦等导墙有足够的强度后,拆除模板,重新定位放样排桩中心位置,将点位反到导墙顶面上,作为钻机定位控制点。
(2)单桩的施工工艺流程
①钻机就位
移动套管钻机至正确位置,使套管钻机抱管器中心对应定位在导墙孔位中心。
②取土成孔及外管入土深度控制
a.取土成孔:在桩机就位后,吊装第一节管在桩机钳口中,找正套管垂直度后,磨桩下压套管,压入深度约为2.5~1.5m,然后用抓斗从套管内取土,一边抓土、一边继续下压套管,始终保持套管底口超前于开挖面的深度≮2.5m。第一节套管全部压入土中后(地面以上要留1.2~1.5m,以便于接管),检测垂直度,如不合格则进行纠偏调整,如合格则安装第二节套管继续下压取土……,如此继续,直至达到设计孔底标高。
b.外管入土深度控制:桩机外管入土深度(外管刀头和取土层的差距)是随着土层结构的变化而变化,根据施工现场工程地质层面情况分析。
③钢筋笼制作要求
④钢筋笼安放
⑤灌注砼
⑥咬合桩单桩施工工艺流程如图1所示:
(3)咬合桩施工顺序图
总的施工原则是先施工A桩,后施工B桩,其施工顺序是:A1―A2―B1―A3―B2―A4―B3……,如图4 “咬合桩排桩施工工艺流程图”所示:
(三)关键技术
(1)孔口定位误差的控制
为了保证钻孔咬合桩底部有足够的厚度的咬合量,应对其孔口的定位误差进行严格的控制,孔口定位误差的允许值可按下表2来进行选择。
(2)桩的垂直度的控制
为了保证钻孔咬合桩底部有足够厚度的咬合量,除对其孔口定位误差严格控制外,还应对其垂直度进行严格的控制,根据我国《地下铁道工程施工及验收规范》规定,桩的垂直度标准为3‰。
成孔过程中要控制好桩的垂直度,必须抓好以下三个环节的工作:
①套管的顺直度检查和校正
钻孔咬合桩施工前在平整地面上进行套管顺直度的检查和校正,首先检查和校正单节套管的顺直度,然后将按照桩长配置的套管全部连接起来进行整根套管(15~25m)的顺直度偏差宜小于10mm。
②成孔过程中桩的垂直度监测和检查
a.地面监测:在地面选择两个相互垂直的方向线锤监测地面以上部分的套管的垂直度,发现偏差随时纠正。这项检测在每根桩的成孔过程中应自始自终坚持,不能中断。
b.孔内检查:每节套管压完后安装下一节套管之前,进行孔内垂直度检查,不合格时需进行纠偏,直至合格才能进行下一节套管施工。
③纠偏
成孔过程中如发现垂直度偏差过大,必须及时进行纠偏调整,纠偏的常用方法有以下三种:
a.利用钻机油缸进行纠偏:如果偏差不大于或套管入土不深(5m以下),可直接利用钻机的两个顶升油缸和两个推拉油缸调节套管的垂直度,即可达到纠偏的目的。
b.A桩纠偏:如果A桩在入土5m以下发生较大偏移,可先利用钻机油缸直接纠偏,如达不到要求,可向套管内填砂或粘土,一边填土一边拔起套管,直至将套管提升到上一次检查合格的地方,然后调直套管,检查其垂直度合格后再重新下压。
c.B桩的纠偏:B桩的纠偏方法与A桩基本相同,其不同之处是不能向套管内填砂或粘土而应填入与A桩相同的砼,否则有可能在桩间留下土夹层,从而影响排桩的防水效果。
(3)钻孔咬合桩咬合厚度的确定
相邻桩之间的咬合厚度d根据桩长来选取,桩越短咬合厚度越小(但最小不宜小于100mm),桩越长咬合厚度越大,按下式进行计算:
d--2(KL+q)≥50mm (即保证桩底的最小咬合厚度不小于50mm)
式中:L---桩长;K---桩的垂直度;q----孔口定位误差容许值;d----钻孔咬合桩的设计咬合厚度。
(4)如何克服“管涌”
如图3 “B型桩施工过程中的砼管涌现场示意图”所示,在B桩成孔过程中,由于A桩混凝土未凝固,还处于流动状态,A桩混凝土有可能从A、B桩相交处涌入B桩孔内,称之为“管涌”,克服“管涌”有以下几个方法:
①A桩混凝土的坍落度应尽量小一些,不宜超过18cm,以便于降低混凝土的流动性。
②套管底口应始终保持超前于开挖面一定距离,以便于造成一段“瓶颈”,阻止混凝土的流动,如果钻机能力许可,这个距离越大越好,但至少不应小于2.5m。
③如有必要(如遇地下障碍物套管底无法超前时)可向套管内注入一定量的水,使其保持一定的反压力来平衡A桩混凝土的压力,阻止“管涌”的发生。
④B桩成孔过程中应注意观察相邻两侧A桩混凝土顶面,如发现A桩混凝土下陷应立即停止B桩开挖,并一边将套管尽量下压。一边向B桩内填土或注水,直到完全制止住“管涌”为止。
⑤应考虑A桩比B桩的桩长短50cm。
(5)遇地下障碍物的处理方法
套管钻机施工过程中如遇地下障碍物处理起来都比较困难,特别是施工钻孔咬合桩还要受时间的限制,因此在进行钻孔咬合桩施工前必须对地质情况十分清楚,否则会导致工程失败。对一些比较小的障碍物,如卵石层、体积较小的孤石等,用取土土器即可清除。
(6)克服钢筋笼上浮的方法
由于套管内壁与钢筋笼外缘之间的空隙较小,因此在上拔套管的时候,钢筋笼将有可能被套管带着一起上浮。其预防措施主要有:
①B桩混凝土的骨料粒径应尽量小一些,不宜大于20mm。
②在钢筋笼底部焊上一块比钢筋笼直径略小的薄钢板以增加其抗浮能力。
③成孔垂直度必须达到设计要求。
④钢筋笼制作必须满足设计规范要求。
⑤砼塌落度、和易性必须达到设计规范要求。
⑥浇砼时,若孔底水位较高情况下导管密封必须完好,且不能拔出砼面。
⑦钢筋笼外径不宜大于86。
(7)分段施工接头的处理方法
往往一台钻机施工无法满足工程进度,需要多台钻机分段施工,这就存在与先施工段的接头问题。采用砂桩是一个比较好的方法。在施工段与段的端头设置一个砂桩(成孔后用砂灌满),待后施工段到此接头时挖出砂灌上砼即可。因砂桩施工处不可避免产生施工缝,开挖后会出现渗水现象,因此建议在基坑开挖前所施工的砂桩接缝外侧另增加一根旋喷桩作为防水处理。
(五)超缓凝混凝土的施工控制
钻孔咬合桩施工采用“套管钻机+超缓凝混凝土”方案,超缓凝混凝土的质量直接决定钻孔咬合桩施工的成败。
(1)超缓凝混凝土的生产
在确定混凝土相关参数后,委托混凝土供应商进行混凝土的配比设计和生产。由于钻孔咬合桩施工工艺的特殊性,要求超缓凝混凝土的缓凝期必须稳定,不能波动,否则将有可能给工程带来很大的损失,因此要求混凝土供应商设置专用生产线来生产超缓凝混凝土,其所用的设备、人员、原材料都相对固定,以减少出错的机会,确保混凝土的质量。
(2)超缓凝混凝土的使用
使用过程中必须制定严格的检查制度和监控措施:
a.每车混凝土在使用前在监理的见证下进行坍落度检验及观感质量是否符合要求,坍落度超标或观感质量太差的坚决退回,决不使用。
b.每桩混凝土均在现场取一组试件,监测其缓凝时间及坍落度损失情况,直至该桩两侧的B桩全部完成为止,如发现问题及时反馈信息,以便采取应急措施。
五、事故桩的补救措施
在钻孔咬合桩施工过程中,因停电、砼早凝、设备因素等原因,造成钻孔咬合桩的施工未能按正常要求进行而形成事故桩。事故桩的补救措施主要分以下几种情况:
(一)平移桩位侧咬合
如图4所示,B桩成孔施工时,其一侧A1桩的砼已经凝固,使套管钻机不能按正常要求切割咬合A1、A2桩。在这种情况下,应向A2桩方向平移B桩桩位,使套管钻机单侧切割A2桩施工B桩,并在A1桩和B桩外侧另增加一根旋喷桩作为防水处理。
(二)背桩补强
如图5所示,B1桩成孔施工时,其两侧A1、A2桩的混凝土均已凝固,在这种情况下,则放弃B1桩的施工,调整桩序继续后面咬合桩的施工,以后在B1桩外侧增加三根咬合桩及两根旋喷桩作为补强、防水处理。在基坑开挖过程中将A1和A2桩之间的夹土清除喷上混凝土即可。
(三)预留咬合企口
如图6所示,在B1桩成孔施工中发现A1桩砼已有早凝倾向但还未完全凝固时,此时为避免继续按正常顺序施工造成事故桩,可及时在A1桩右侧施工一砂桩以预留出咬合企口,待调整完成后再继续后面桩的施工。此砂桩处以后需在外侧增加一根旋喷桩作为防水处理。、
【摘 要】 天津地铁3号线华苑主体围护结构全部采用钻孔咬合桩,最大桩长深达32.8m,为国内首创。由于钻孔咬合桩施工技术还不十分完善,如何处理施工中常见的故障,成为广大施工技术人员普遍关注的问题。文中介绍了钻孔咬合桩的基本原理,并结合咬合桩的施工实际,分析总结了常见故障的处理方法,为钻孔咬合桩施工提供了新的思路。
【关键词】 钻孔咬合桩; 超缓凝混凝土; 管涌
1工程概况
天津地铁3号线华苑站位于迎水道与桂苑路交口处,站北侧为规划中的天大天财科技园和麦迪逊商贸广场,西侧为鑫茂民营科技园,南侧为日华里居住区。华苑站为地下岛式车站,二柱三跨钢筋混凝土框架结构,全长200m,标准段基坑净宽20.54m,深17.9m,地下市政管线错综复杂,有电力、雨水、污水、煤气等共14条管线穿越基坑。地下稳定水位埋深约为2.9m。本基坑地层分布有第四系全新统人工填土层,第Ⅰ陆相层、第Ⅰ海相层、第Ⅱ陆相层及第Ⅲ陆相层。岩性主要为粘性土、粉土及粉砂。各土层的性质、层序、厚度及力学性质见下表。
一、工程概况
杭州市某地下车库工程位于新业路、钱江路、富春路、解放东路围合区域,为两层地下车库,地下二层地面标高为-14.3m,建筑面积为29637m2,围护设计由上海岩土工程勘察设计研究院有限公司设计,靠近解放东路与钱江路一侧采用钻孔咬合桩作为围护结构。桩径为1000mm,相邻两桩咬合量为250mm,钢筋桩(B桩)有效桩长为24.45m,素桩 (A桩)有效桩长为19.45m,共有527根桩。
二、施工工艺
钻孔咬合桩是采用CG型全套管钻机钻孔施工,在桩与桩之间形成相互咬合排列的一种基坑围护结构。钻孔咬合桩有支护、承重和止水三重功能。钻孔咬合桩施工第一步是在桩顶上部制作混凝土导墙,目的是为了提高钻孔咬合桩孔口的定位精度并提高就位效率。导墙设计为每侧宽50cm,厚30cm,强度等级为C20钢筋混凝土。桩的排列方式为一根钢筋混凝土桩(B桩)和一根素混凝土桩(A桩)间隔布置。施工时,先施工A桩,后施工B桩,在A桩混凝土初凝之前完成B桩的施工。A桩采用超缓凝混凝土,B桩采用全套管钻机,切割掉相邻A桩相交部分的混凝土,从而实现咬合(如图1所示)。
1、单桩施工工艺
B型(配筋)单桩施工工艺流程如下:
平整场地测放桩位施工混凝土导墙套管钻机就位对中吊装安放第一节套管测控垂直度压入第一节套管校对垂直度抓斗取土,跟管钻进测量孔深清除虚土,检查孔底B桩吊放钢筋笼放入混凝土灌注导管灌注混凝土逐次拔套测定混凝土面桩机移位。
(注:A型桩与B型桩相比,只是少了钢筋笼安放环节,其余基本相同。)
(1)钻机就位
精确测定桩中心位置,作为钻机定位的控制点。
(2)取土成孔
在桩机就位后,吊装第1节管在桩机钳口中,找正桩管垂直度后,磨桩下压桩管,压入深度约为1.5~2.5m。用抓斗从套管内取土,一边抓土、一边继续下压套管,始终保持套管底口超前于开挖面的深度不小于2.5m。第1节套管全部压入土中后(地面以上要留1.2~1.5m,以便于接管),检测垂直度,如不合格则进行纠偏调整,合格则安装第2节套管,继续下压取土,直至达到设计孔底高程。
(3)钢筋笼制作与吊放
钢筋笼制作要符合《钢筋焊接及验收规程》要求,钢筋制作加工要符合图纸尺寸要求,笼体完整牢固。为使钢筋笼有足够的刚度,以保证在运输和吊放过程中不产生变形,每隔2m用Φ20mm钢筋设置一道加强箍。
(4)混凝土灌注
A、B桩混凝土质量要求如表1所示。
水下混凝土灌注采用导管法,导管为Φ250mm的法兰式钢管,埋入混凝土的深度宜保持在2~6m之间,最小埋入深度不得小于1m。严禁将导管提出混凝土面或埋入过深,一次拔出高度不得超过4m。
混凝土灌注中应防止钢筋笼上浮,当混凝土进入钢筋笼底端1~2m后,可适当提升导管。导管提升要平稳,避免出料冲击过大或钩带钢筋笼。
对于A桩,每车混凝土均取1组试件,监测其缓凝时间及坍落度情况,直至该桩两侧的B桩全部完成为止。发现问题立即采取应急措施。
(5)拔管成桩
边灌注混凝土边拔管,始终保持套管底低于混凝土面不小于2m。
2、排桩施工工艺
施工原则是先施工A桩,后施工B桩,其施工流程为A1A2B1A3B2A4B3……,如图2所示。
在施工中根据施工进度要求,一般采用两台桩机相背施工,这样可以解决最终的冷接头问题。但有时可能采用多台钻机分段施工,存在施工段的冷接头问题,必须进行接头处理。处理方法为在施工段与段的端头设置1个砂桩(成孔后用砂灌满),待后施工段到此接头时抽出砂子,灌上混凝土即可,如图3所示。
三、关键技术的质量控制
1、孔口定位误差的控制
在钻孔咬合桩桩顶以上设置钢筋混凝土导墙,导墙上设置定位孔,其直径宜比桩径大20~40mm。钻机就位后,将第1节套管插入定位孔并检查调整,使套管周围与定位孔之间的空隙保持均匀。
2、桩的垂直度的控制
根据设计要求,桩身垂直度偏差按照不大于5‰控制。
1)套管的顺直度检查和校正
钻孔咬合桩施工前,在平整地面上进行套管顺直度的检查和校正。首先检查和校正单节套管的顺直度,然后将按照桩长配置的套管全部连接起来,套管顺直度偏差控制在1‰~2‰。检测方法为:在地面上测放出两条相互平行的直线,将套管置于两条直线之间,然后用线锥和直尺进行检测。
2)成孔过程中桩的垂直度监测和检查
地面监测:在地面选择两个相互垂直的方向,采用经纬仪或线坠监测地面以上部分套管的垂直度,发现偏差随时纠正。这项检测在每根桩的成孔过程中应自始至终进行,不能中断。
孔内检查:每节套管压完后,安装下一节套管之前,都要停下来用“测环”或“线坠”进行孔内垂直度检查。不合格时应进行纠偏,直至合格才能进行下一节套管施工。
3)纠偏
成孔过程中如发现垂直度偏差过大,必须及时进行纠偏调整,常用的纠偏方法有以下3种。
① 利用钻机油缸进行纠偏:如果偏差不大或套管入土不深(5m以下),可直接利用钻机的两个顶升油缸和两个推拉油缸调节套管的垂直度,即可达到纠偏的目的。
②A桩纠偏:如果A桩在入土5m以下发生较大偏移,可先利用钻机油缸直接纠偏。如达不到要求,可向套管内填砂或黏土,一边填土一边拔起套管,直至将套管提升到上一次检查合格的地方;然后调直套管,检查其垂直度,合格后再重新下压。
③B桩纠偏:B桩的纠偏方法与A桩基本相同,其不同之处是不能向套管内填土,而应填入与A桩相同的混凝土。否则有可能在桩间留下土夹层,影响排桩的防水效果。
3、超缓凝混凝土的施工质量控制
A桩混凝土缓凝时间应根据单桩成桩时间来确定,单桩成桩时间与施工现场地质条件、桩长、桩径和钻机能力等因素相关。根据咬合桩施工工艺,A桩初凝时间为
T=3t+k
式中t―――单桩成桩时间,一般取12h;
k―――预留时间,取24h。
一般控制A桩初凝时间为60h,在施工中根据现场情况及时进行调整。在确定混凝土相关参数后,委托混凝土供应商进行混凝土的配比设计和生产。由于钻孔咬合桩施工工艺的特殊性,要求超缓凝混凝土的缓凝期必须稳定,不能波动,否则将有可能给工程带来很大的损失,因此要求混凝土供应商设置专用生产线来生产超缓凝混凝土,其所用的设备、人员、原材料都相对固定,以减少出错的机会,确保混凝土的质量
四、常见工程事故的预防及处理措施
1.“管涌”处理
“管涌”是指在B桩成孔过程中,由于A桩混凝土未凝固,还处于流动状态,A桩混凝土有可能从A、B桩相交处涌入B桩孔内。克服“管涌”有以下几个方法:
①A桩混凝土的坍落度应相对小一些,不宜超过18cm,以便于降低混凝土的流动性。
②套管底口应始终保持超前于开挖面一定距离,以便于造成一段“瓶颈”,阻止混凝土的流动;如果钻机能力许可,这个距离越大越好,但至少不应小于2.5m。
③必要时(如遇地下障碍物套管底无法超前时)可向套管内注入一定量的水,通过水压力来平衡A桩混凝土的压力,阻止“管涌”的发生。
④A桩成孔过程中,应注意观察相邻两侧B桩混凝土顶面,如发现A桩混凝土下陷,应立即停止B桩施工,并一边将套管尽量下压,一边向B桩内填土或注水,直到完全止住“管涌”。
2、钢筋笼上浮处理
由于套管内壁与钢筋笼外缘之间的空隙较小,在上拔套管的时候,钢筋笼有可能被套管带着一起上浮。预防措施主要有:
①B桩混凝土的骨料粒径应小一些,不宜大于20mm。
②在钢筋笼底部焊上一块比钢筋笼直径略小的薄钢板以增加其抗浮能力。
③必须安装钢筋笼导正器。
④混凝土灌注必须按操作规程进行。
3、钻进入岩的处理
套打钻孔咬合桩仅适用于软土地质。如施工中遇到局部小范围区域少量桩入岩情况时,可采用“二阶段成孔法”进行处理。第一阶段:不论A桩或是B桩,先钻进,取土至岩面,然后卸下抓斗改换冲击锤,从套管内用冲击锤冲钻至桩底设计高程,成孔后向套管内填土,一边填土一边拔出套管(即第一阶段所成的孔用土填满)。第二阶段:按钻孔咬合桩正常施工方法施工。
4、事故桩的处理
在钻孔咬合桩施工过程中,因A桩超缓凝混凝土出现早凝现象或机械设备故障等原因,造成钻孔咬合桩的施工未能按正常要求进行而形成事故桩。事故桩的处理主要有以下几种情况。
(1)平移桩位单侧咬合
B桩成孔施工时,其一侧A1桩的混凝土已经凝固,使套管钻机不能按正常要求切割咬合A1、A2桩。处理方法为向A2桩方向平移B桩桩位,使套管钻机单侧切割A2桩,施工B桩(凿除原桩位导墙,并严格控制桩位),并在A1桩和B桩外侧另增加1根旋喷桩作为防水处理。
(2)背桩补强
B1桩成孔施工时,其两侧A1桩、A2桩的混凝土均已凝固,处理方法为放弃B1桩的施工,调整桩序,继续后面咬合桩的施工,以后在B1桩外侧增加3根咬合桩及两根旋喷桩作为补强。
五、结束语
1、本工程地质条件、工程环境复杂,整个基坑处于软土地区中,且地下水丰富,水位较高,采用咬合桩有较强的针对性,加快了施工进度,保证了施工质量,效果明显。
2、采用全套管钻机成孔,无须排放泥浆,施工现场文明;无缩孔、断桩等常见的钻孔灌注混凝土桩的通病。
3、咬合桩的关键工序为全套管成孔和成桩的垂直度控制以及混凝土超缓凝技术。出现故障时,采用上述处理方法,能快速、有效地处理施工过程出现的常见事故,加快了施工进度,保证了施工质量,为钻孔咬合桩施工提供了新的思路,对同类工程施工有参考和借鉴价值。
1 工程概况
静港路站为青岛地铁四号线的第21座车站。车站两端均为盾构区间,且盾构机在大小里程端均为接收吊出。车站位于规划静港路与李沙路交叉路口,沿李沙路“一”字型布置。地面标高6.46~7.04m,车站顶板覆土2.8~3.4m,车站底板埋深16.51~17.51m。本站设计站台长276.0m,为11m岛式站台,车站形式为地下两层双跨(局部三跨)矩形框架结构。车站标准段结构净宽19.7m。本站设3个出入口、1个安全出入口和2组风亭,车站区域及两侧均分布有热力、电力、燃气、有线电视、污水、雨水暗渠、自来水等管线、管沟等,管线一般埋深1~3.5m,其中燃气管道铺设于李沙路路面以下约3m处,车站南段有一条排洪水渠近乎垂直穿过车站,水渠宽5.5m、埋深2m,结合外部环境及设计要求,本站采用半明挖半盖挖形式。
2 水文地质情况
根据地质勘查报告,本站站址范围地层分布自上而下主要有:第四系人工填土、冲洪积中粗砂、冲洪积粉质黏土、冲洪积粗砾砂、碎石土、强~微风化基岩。第四系人工填土厚度2.0~5.5m;冲洪积中粗砂厚度2.5~8.0m;冲洪积粉质黏土厚度3.0~4.8m;冲洪积粗砾砂厚度2.1~3.3m;碎石土厚度4.7~8.6m;强风化凝灰岩厚度1.7~3.9m;中~微风化凝灰岩稳定较好,基岩埋深19~22m。基坑底部为碎石土层。
本站临近海边,地下水位较高,地下水主要为第四系孔隙水及基岩裂隙水,第四系孔隙水主要赋存于局部分布的砂类土层中,富水性中等。基岩裂隙水主要赋存于基岩裂隙发育的风化带中,赋水量小,埋藏较深,水质好,无侵蚀性。基岩裂隙水的透水性因地层的岩性、风化程度、裂隙发育程度等因素存在较大差异,表现出强烈的不均匀性和各向异性。该类型地下水补给来源主要为大气降水及第四系孔隙潜水;岩体中节理、裂隙为良好的径流通道,径流方向随裂隙变化,无规律可循;主要排泄方式为大气蒸发。
3 咬合桩施工工艺流程
经设计专家通过技术方面及经经济方面比较,本车站主体级附属围护结构均采用钻孔灌注咬合桩,桩间距700mm、咬合300mm,桩径1000mm,混凝土桩(素桩)与钢筋混凝土桩(荤桩)相间布置的AB型桩。钻孔咬合桩是采用机械钻孔施工,桩与桩之间相互咬合排列的一种新型基坑围护结构。由于其桩心相交咬合,与传统桩心相切桩相比,防水效果良好,投资节约显著。
3.1 咬合桩施工工艺流程
(1)A型桩为素混凝土桩,采用超缓凝混凝土;B型桩为荤桩。总的原则是先施工A型桩,后施工B型桩,其施工工艺流程是:A1―A2―B1―A3―B2―A4―B3……An―B(n-1),如图1所示。
(2)超缓凝混凝土的要求:为了克服及减少B型桩成孔咬合施工中造成A型桩的破坏,采用超缓凝混凝土。
(3)A型桩混凝土缓凝时间要求:T=3t+K
式中T-A型桩混凝土的缓凝时间(h);
t-单桩成桩所需时间(h);
K-储备时间,一般取1t;
T的基准值般为大于等于60h。
图1
3.2 单桩施工工艺。(见图2)
4 咬合桩施工设备的选择
4.1 需考虑的因素:
(1)紧临海,地下水位高及下穿沟渠等地质水文因素及外界环境因素;
(2)施工所采用设备因素,成桩进度,控制垂直度等所影响成桩质量的因素;
(3)基坑开挖方式、土体加固方式、混凝土的质量、成孔成桩工艺等施工因素。
4.2 咬合桩施工设备介绍:目前国内全套管钻机主要采用两种设备:
(1)360度全套管全回转钻机
优点:1)施工效率高,成桩速度快;
2)功能高端,垂直度易于控制,施工的垂直度可精确至1/500;
3)适用不同地质,可对回转扭矩、回转速度、拉拔力等多种参数进行设置;
4)设备扭矩强大,在A型形桩强度生成时,仍能进行切割施工。
缺点:1)设备施工单价高,施工总成本高;
2)成桩施工周期长,投入设备多,设备占用场地较大,不利于现场施工组织,施工进度不可控。
(2)27度全套管摇动式钻机
优点:1)设备施工单价低,施工总成本低;
2)设备施工使用占地小,对施工场地的要求不高,利于组织足够设备进场施工,施工进度可控。
缺点:1)设备工作压力、提升力均较小,施工效率比较低;
2)施工垂直度控制度不高,只能精_到3/1000,刚好满足设计要求的最底限度,施工过程中,一旦出现偏斜,必须通过拔管回填重新成孔,降低施工工效,费工时费成本。
5 咬合桩施工重难点及有效控制措施
5.1 桩孔倾斜
首先要考虑的是地质原因,在钻孔施工取土过程中检查地质是否存在一部分软层,一部分硬层;其次钻机的倾斜是否及时校正,施工过程中抓斗取土冲力较大,极易造成倾斜;再是在拔套管的过程中混凝土桩体扭曲或一边搅动过大。
控制措施:
(1)首先试拼套管,控制整根套管的顺直度偏差不大于10mm。
(2)坚持多次监测和检查成孔过程中桩的垂直度
1)实时监测:采用线锤或经纬仪监测地面以上部分的套管的垂直度,发现偏差随时纠正。在每根桩的成孔过程中应从开始施工到成孔结束始终坚持,不能中断。
2)屡次检查:每节套管压完后安装后,在下一节套管之前,都要停下来进行孔内垂直度检查,不合格时需及时纠偏,直至合格后才能进行下一节施工。
(3)桩身纠偏,成孔过程中如发现垂直度偏差超限,必须及时进行调整纠偏。
5.2 遇地下障碍物
地下障碍物因其深埋地下,具有不明确性,前期进行地质勘查有时也不能完全探测。
控制措施:采用“分阶段成孔法”进行处理:
(1)第一阶段,不论A型桩还是B型桩,成孔取土至障碍物,更换钻头为冲击锤,从套管内用冲击锤冲钻至桩底设计标高,成孔后向套管内回填土,边回填土边拔出套管,将已成的孔完全回填完毕,回填土可利用原成孔取的土;
(2)第二阶段,回填完毕后,按咬合桩通常的施工方法进行,逐步施工直至完毕。
5.3 管涌
发生管涌有两种情况:一是,随着钻孔深度增加和套管的摇动,富含水砂层在饱和压力水作用下,软化呈流塑状,引起管涌;二是,在B型桩成孔过程中,由于A型桩混凝土还处于流动状态,未凝固,A型桩混凝土有可能从A、B型桩相交处涌入B型桩孔内,发生管涌。
控制措施:
(1)针对第一种情况,主要采取套管底口始终保持超前于开挖面一定距离,以便于造成一段“瓶颈”增加水头路径,阻止饱和砂土的流动,或者在桩内适当注水,保持水压力平衡。
(2)针对第二种情况,常用以下3种方法进行处理:
1)控制A型桩混凝土的坍落度,不宜超过18cm,降低混凝土的流动性;
2)套管底口应始终保持超前于开挖面一定距离,控制在2.5m以上,以便于造成一段“瓶颈”,阻止混凝土的流动。
3)B型桩成孔过程中,应注意观察相邻两侧A型桩混凝土顶面,如发现A型桩混凝土下陷,应立即停止B型桩开挖,并一边将套管尽量下压,一边向B型桩内填土或注水,直到完全止住“管涌”。
B型桩施工过程中防止混凝土管涌措施示意图
5.4 缺陷桩
在钻孔咬合桩施工过程中,因B型桩素桩浇筑的超缓凝混凝土早凝或发生机械设备故障等原因,造成钻孔咬合桩的施工未能按正常要求进行而形成缺陷桩。
处理方法有以下三种:
引言
人工挖孔灌注桩是一种适合应用于地质条件为无地下水或地下水较少的黏土、粉土地区的基础处理方法,由于具有施工操作简单,不需要大型机械设备,占用施工场地小,桩身质量可靠,单桩承载力高等特点,在实际工程中得到广泛的应用。
本文通过日照市万平口大桥这一工程实例,对高地下水位地区钻孔灌注桩与人工挖孔灌注桩做了一个实际的比对,从工期、质量、造价这几个方面做了具体的分析,均得到了理想的效果,为以后类似的工程起到抛砖引玉的作用。
1.工程实例的地理位置及概况
万平口大桥东临日照海滨的万平口广场,西接海曲东路,大桥为五连跨连续上承式拱桥,全长280m,南北宽28.6m,车行道宽22米,连接水运会基地南北区域,桥南面为世界帆船运动基地,北面为奥林匹克水上运动公园,大桥模跨在奥林匹克水上运动公园的入海口处,蔚为壮观,与周边浑然一体,为日照市的标致性建筑之一。
2. 地质条件及主要土层的分布
根据万平口大桥地质勘探资料,该地区地质条件较差,地下水位较高,且受海水潮汐影响,地下水位:场地第“4”层含有较丰富的地下水,主要为孔隙潜水,初见水位埋深入-2~-3.8m,主要靠大气降水,海水侧向流入补给地下水,其水位变化受海水潮汐影响,较复杂。
3.施工过程中面临的主要问题
万平口大桥桩基础,根据常规,原设计为钻孔灌注桩,计划工期60天,桩径2000毫米,桩长18~28m不等,持力层入微风化1.5m,共有桩位56棵。施工单位开始采用大吨位冲孔桩机(8t卷扬机),施工了近一周后,出现许多不合适宜的方面。
①成孔速度缓慢,远远超出计划工期,根据当时的施工现场记录,成一棵桩需一周时间。
②成孔后,又受涨、落潮的影响,淤泥质砂层处易塌孔,出现工程量反复的现象,致使工程量增加。
上述问题,工期、质量都很难保证。面对这些问题,吸取钻孔灌注桩施工中的经验与教训,我们特别邀请了相关专家商讨解决方案,经过反复到施工现场踏勘,提出了一个大胆的想法,就是用人工挖孔灌注桩。施工过程中,又面临在近海区(距南、北港池10m左右)如何施工人工挖孔桩,如何克服第“2”层淤泥质砂层(深度在5一6m之间),同时,要考虑潮汐的影响,要考虑工人的人身安全,工期要求(工期只剩50天)等问题。最后,我们经过试验对比,大胆采用了止水帷幕人工挖孔灌注桩施工工艺,最终按期圆满地完成了施工任务。
4.解决问题的设计方案与施工
人工挖孔灌注桩在高水位地区的施工,以前尚没有成功的案例可以遵循,为此,我们做了大量的研究与探索:
(1)设计主导思想:将两种工艺结合到一个工程上,发挥其各自的优势。
①克服‘2’层淤泥质砂土对成孔的影响;
②克服潮汐对成孔的影响。
(2)具体采取的措施:把止水帷幕的设计思想运用到了本工程之中。即:桩位点放好后,在工程桩的四周,先施工水泥土搅拌桩一排,桩长L =7m左右,在桩的四周形成一道止水帷幕墙,并实施有效的咬合,形成全封闭的拱形结构。
帷幕桩长要超过第“2”层淤泥质砂层,本工程的桩长L =7m以上,桩径选择600毫米,咬合150~200毫米,水泥搅拦桩与工程桩的间距控制在180~200毫米之间为宜。
(3)实际施工步骤:
①施工前,将场地认真整平。
②水泥土搅拌桩,采用干作法,(海边的土均为饱合状)喷灰量宜控制在65 kg/m全程复喷复搅,每一个工程桩的帷幕桩要一气呵成,咬合到位,设备出现故障时,要采取措施,将咬合效果控制在100%成功,我们采取的措施是:对设备故障而未咬合上的部位,采用小型钻探设备进行咬合处理。
③水泥土搅拌桩完成3天后,挖开观察其强度如何,咬合的效果优劣,判断一下是否可以开挖(5天后开始开挖为宜)。
④桩孔开挖过程中,每天的进行速度在每次1m以内,同时采用钢模板、电动葫芦,工地备有速凝剂1~2袋,当发现止水帷幕有漏水现象时,需进行及时补漏,防止出现大面积的漏水。
⑤潮汐的影响:在做-1~-6m桩孔,涨潮时,应停止作业,以防潮水过猛出现意外。在“2”土层内,其拆模时间要长一些,掌握潮汐的具体时间,安全稳妥地进行。
5.最终的工程效果和经验
万平口大桥建设是当年日照市政府市长工程,大桥桩基础工程施工,在工期紧,任务重,质量要求高的情况下,集中工程设计与施工人员的集体智慧,克服了潮汐、砂层给我们带来的客观不利条件,科学地、有计划地圆满完成了工程任务,工程质量优良率100%,使万平口大桥如期通车,成为当年为数不多的优良工程之一,且获得了国家优质工程奖――鲁班奖。
(1)科学地总结出了一套行之有效的施工工艺。
实践出真知。只要肯动脑筋,善于发现问题,善于总结经验,大胆探索,就可以战胜困难,取得成功。海的前沿施工人工挖孔桩,用帷幕桩做保障,用一种工艺与另一种工艺叠加在一个工程上,是一个大胆的尝试,也为那些机械无法完成的工程,提供了一个良好的施工工艺―止水帷幕人工挖孔灌注桩。
(2)周密的施工方案,创造了日照桥梁建设的优良工程
针对施工现场实际情况,通过多种方案的比较,大胆创新,利用两种不同工艺的完美结合,使施工技术的综合应用得到推广,取得了理想的经济效益和社会效益。
参考文献:
1 引言
随着城市的发展,地铁线网规划逐渐增加,城市地铁车站换乘发挥出方便快捷的交通功能,而多线换乘车站正在形成,其中多线平行换乘方式的车站逐渐增多,南京地铁线网中的集庆门大街站就是其中的一个,该站集中了南京地铁线网中2号线、6号线及2号线支线3条线路,形成了多线双岛的一个极大规模的地铁车站。
2 工程概况
南京地铁2号线集庆门大街站是线网规划中的一个重要车站,它既是2号线与6号线的换乘车站,同时也是2号线西延线支线的始发站,车站设计为5线双岛车站(其中一条线路为存车线)。
集庆门大街站位于南京市河西地区江东南路与集庆门大街的交叉路口,江东南路规划道路宽80m,集庆门大街规划道路宽50m,车站设计总长度310.2m、标准段总宽度46.2m、标准段基坑深约15.8m。车站基坑周边建筑物密集,左上角是在建的商场,左下角是长江医院及多幢7层建筑,右下角是利德家园15层高层住宅楼,右上角是建华商厦(7层)。
车站位于河西地区的长江低漫滩区,基坑范围内的主要地层为人工填土、流塑状淤泥质粉质粘土,下部为砂层,其中淤泥质粉质粘土很厚,最厚深度达30m,是典型的软土地层。场地内地下水类型属孔隙潜水,深部砂性土层中地下水有承压性,承压水与长江及内秦淮河水有水利联系。
3 基坑设计介绍
根据该站基坑所处环境及地质情况,基坑安全设计是最主要的问题,而这种流塑状的淤泥质土层有变形快、自身受力差等特点,对于这种超宽基坑的支护结构设计及支撑体系设计尤为重要。
3.1 支护结构设计
根据该站的环境条件及地质情况,设计中对地下连续墙、钻孔灌注桩、套管咬合灌注桩等进行了综合比选分析,通过结构受力、造价、环境影响等多方面分析比较,选择采用目前技术先进成熟的套管咬合灌注桩作为基坑的支护结构,该施工工艺采用钢套管支护、抓斗取土成孔,特别适合粘土地层,与一般的钻孔灌注桩采用泥浆护壁成孔有减少泥浆污染、成孔效果好、孔壁完整等特点,桩身钢筋笼在套管中吊装,避免钢筋笼损害孔壁,在混凝土浇筑过程中拔出套管,成桩分为两期,先期桩采用缓凝型混凝土,二期桩成孔期间利用钢套管切割先期桩混凝土,达到桩身混凝土咬合的功能,从而达到与连续墙一致的支护结构止水效果。
3.2 支撑体系设计
该站由于基坑宽度大、基坑深度相对较深,特别是位于流塑状的淤泥质地层,则要求必须支撑架设快且稳定,否则会产生较大的基坑变形而危及周边建筑物的安全。
根据计算分析,在满足支护结构受力及变形要求下,该基坑共设计了4道支撑及1道倒换支撑,其中第1道支撑采用了整体刚度好、控制变形好的钢筋混凝土支撑,其余支撑采用钢管支撑,同时为保证整个支撑体系的整体稳定,在基坑横向设置了2个临时支点,以满足支撑受力的整体稳定要求。
3.3 软土处理设计
针对流塑状淤泥质土变形快、自身受力差的特点,设计中还考虑对基坑底部土层进行了加固处理,首先沿基坑周边支护结构内进行3m的条带加固,然后沿基坑纵向中间设置了一条3m的加固条带,最后沿基坑纵向间隔3m设置了一条3m宽的横向加固条带。所有加固条带的加固深度均为基坑面下3m,加固工艺采用深层搅拌桩,水泥参量为20%。基坑加固后以满足基坑施工方便,同时相当于在基坑底部预设置了一道加固支撑体系,从而减少基坑开挖过程中的基底变形。
3.4 其他处理措施
针对该站所处环境条件和地质情况,为最大限度的保证施工安全,设计中还对基坑开挖等提出了具体的要求:如基坑开挖中应作到边开挖边支撑,支撑架设应及时,严禁超挖达到控制变形;支撑架设必须保证支撑的整体稳定性,特别是避免架设中的支撑偏心受力等。
4 施工过程中简介
在该站的整个施工过程中,从支护结构施工、土层加固、基坑开挖、支撑架设,设计均实行了现场全过程跟踪,根据现场情况适时提出设计优化措施。
在支护结构施工过程中,套管咬合灌注桩在施工过程中发现在砂层(特别是粉细砂层)抓取土困难,不易保证咬合质量,为此,根据现场情况将桩间咬合由原设计的150mm调整为200mm,以保证桩芯混凝土咬合质量,达到桩间止水的目的。
对于土层加固,原设计在基坑面以上的搅拌桩采用空搅以节约水泥用量,在实际施工过程中发现空搅部分反而破坏了既有土层结构,使原状土产生变化,造成基坑开挖前的支护结构变形,为此调整设计在空搅部分添加5%的水泥参量,使空搅桩产生一定的抗力控制支护结构变形,从而达到控制最终变形的要求。
基坑开挖及支撑架设过程中,由于本站基坑宽度很大,钢支撑的拼装架设的时间比较长,容易在支撑拼装架设期间已发生支护结构一定变形的现象,为此,也根据本站基坑宽度大的特点,特对基坑开挖提出了中间掏槽进行土方开挖的方案,在基坑中间纵向先开挖,满足开挖机具通行,靠近支护结构先采用放坡反压保证土压力平衡,在支撑架设完毕后再开挖两侧土体,从而达到控制支护结构变形的目的。
Abstract: the deep foundation pit bracing engineering project they are temporary, but the reliability of the supporting scheme of foundation pit engineering and rationality of the results is quite important, this paper analyzes the pipe pile through a practical project example, method pile composite gravity of combination support of the application of wall system, and put forward the deep foundation pit bracing engineering control key and experience.
Keywords: method to check the gravity wall pipe pile foundation pit supporting analysis is applied in the construction control effect experience
中图分类号:TU74文献标识码:A文章编号:
目前,随着我国城市建设的快速发展,建筑在向高空发展的同时,地下空间也得到了充分利用,促使深基坑工程也越来越多,同时,对深基坑支护的设计与施工也提出了更高的要求。不同的基坑支护方案对基坑安全、施工进度,成本造价都会产生不同的结果,因此,工程有关各方对此应综合考虑,认真比较以确定最合理的基坑支护方案。
一、两种支护体系的比较
笔者施工的某工程地下部分为整体地下一层,平面形式为倒“L”型,底板埋深自然地坪下6.0米,地下建筑面积19800平米,场地距现有道路、建筑均较近。场地地层分布自上至下分别为人工填土层、粘土层、粉土层、粉质粘土层。根据本基坑的挖深及周边环境,确定基坑安全等级为二级,重要性系数取1.0。最初基坑支护设计采用工法桩、灌注桩支护加水泥搅拌桩止水帷幕的支护体系,西部采用SMW工法桩加内支撑的支护形式,工法桩顶设冠梁,将工法桩连成整体,同时作为内撑支点,工法桩兼做止水帷幕,内支撑设钢筋混凝土梁角撑及对撑,支撑梁下设格构柱及柱下灌注桩;北部东侧及南部东侧采用双排钻孔灌注桩的支护形式,桩顶均用冠梁连接,前后排桩间用连梁拉结,双排灌注桩间设双排搅拌桩止水帷幕;东侧因场地条件允许采用放坡开挖双排搅拌桩止水帷幕止水为通常做法,故本文不再赘述。
该项目基础施工工期仅为4个月时间,经多次施工方案论证,采用该支护体系施工周期至少需要5个月时间,远远不能满足工期要求,最终经方案比较,施工中大胆采用了管桩及工法桩复合重力墙的联合支护体系。由于新的支护体系完全省去了内支撑,从而完全节省了内支撑制作及拆除的时间,理论上不但可以节省工期而且减少了造价,提高了经济效益。
二、管桩、工法桩复合重力墙联合支护体系分析
1、工法桩复合重力墙的应用分析
SMW工法桩是一种劲性复合围护结构,结构抗渗性好,刚度大,不扰动邻近土体,可在粘性土、粉土、砂土、砂砾土、Φ100以上卵石及单轴抗压强度60MPa以下的岩层应用。目前对水泥土与型钢之间的粘结强度的研究还不充分。通常认为:水土侧压力全部由型钢单独承担;水泥土桩的作用在于抗渗止水。试验表明,水泥土对型钢的包裹作用提高了型钢的刚度,可起到减少位移的作用。
SMW工法桩由于水泥土强度较低,变形模量较小,且H型钢表面涂有减摩剂,因此在水泥土与型钢组合结构体中水泥土的强度很难发挥,设计中可忽略水泥土的刚度贡献,而将其作为安全储备。但是,水泥土对型钢的包裹能起到套箍作用,防止型钢失稳,使型钢强度得到充分的发挥。另外,水泥土还可起止水作用,并将承受型钢间由于土压力而产生的剪力,因而在工程中水泥土须具有一定强度和较好的抗渗性能。
本支护体系西部采用工法桩复合重力墙支护兼做止水帷幕,为双轴水泥搅拌桩横向共8排咬合布设(见图1-1剖面)。其中搅拌桩1:桩径700mm,桩顶位于场地地表下1.0m,有效桩长12.0米,组内、排间、组间咬合均为200mm;搅拌桩3:桩径700mm,桩顶位于场地地表下6.0m,有效桩长5.0米,组内、排间、组间咬合均为200mm。“搅拌桩1”里排及外排每组内插普通热轧20a型工字钢,型钢顶位于场地地表下0.8m,长12.0m,中心距1.0m。
“搅拌桩1”为4排,起基坑的支护作用,水泥采用P.S32.5,掺入比为15%,水灰比0.5~0.55,要求全程复搅复喷,桩顶设400mm厚钢筋混凝土盖板同桩宽,混凝土强度等级C30。 “搅拌桩3”为4排,作为复合重力墙,位于开挖基坑的坑底以下不开挖的土体中,起到对“搅拌桩1”的支顶作用,限制了“搅拌桩1”的侧移,使其不但充分发挥了支护止水的作用,而且有效解决了单纯工法桩不设内支撑的过大变形问题。
2、管桩的应用分析
PHC 管桩桩身混凝土强度较高(强度不得低于C80), 再加上使用了高强度、低松弛率的预应力钢筋使桩身具有较高的有效预压力, 因此具有较大的抗弯和抗拉能力。但PHC 管桩为空心管形截面, 其抗弯刚度较实心桩要小, 故在水平荷载作用下易发生挠曲。采用其作为基坑支护桩时,在基坑开挖过程中, 支护桩侧土体将会发生位移,并对桩体施加侧向作用力,同时使桩产生挠曲和内力。桩周土体按移动情况可分为稳定层和不稳定层, 滑动面介于这2 层之间。根据土压力理论, 将不稳定土层中承受土体侧向位移的上部桩段称为“被动”部分;而稳定土层中的下部桩段受到上部桩段传来的荷载,这与桩头直接承受水平荷载的桩类似,称之为“主动”部分。在这一过程中, 桩周土可能达到极限状态并产生极限土压力。
基坑开挖后, 坑内土体卸除, 土体的侧向位移由Δ1和 Δ2两部分组成:Δ1 为原状土体侧向卸荷后产生的侧向变形;Δ2 为重塑区土体卸荷后产生的回弹变形。由于土体侧向变形量相对较大,不利于对管桩的变形控制,因此有必要采取措施以控制管桩的位移并减少桩身弯矩。
接上所述,本支护体系北部东侧及南部东侧采用具有一定抗弯、抗折强度的PHC预应力管桩为挡土排桩,在管桩外侧设置双轴双排水泥土搅拌桩止水帷幕的挡土支护形式(见图2-2剖面)。其中:支护管桩采用PHC500×100 AB型,桩顶位于场地地表下2.2m,有效桩长11.0m,桩中心距1.0m,桩顶设900×500钢筋混凝土冠梁,混凝土强度等级C30;搅拌桩2,桩径700mm,桩顶位于场地地表下1.0m,有效桩长9.0米,组内、组间咬合均为200mm,与“搅拌桩1”排间咬合200mm。
三、施工控制重点
1、水泥搅拌桩的控制重点
“搅拌桩1”及“搅拌桩2”须连续施工,相邻桩间间歇不得超过12小时,超过则应采取补桩或在后施工桩中增加水泥掺量20%~30%;但因施工机械及施工工艺所限,“搅拌桩1”与“搅拌桩3”之间的咬合在12小时的间隔时限内无法完成,但其并不影响整个体系的支护效果,因为间隔时限的要求是保证帷幕施工的连续性以达到止水效果,施工中只要保证起止水作用的“搅拌桩1”能够连续施工即可,“搅拌桩3”施工时只要能够与“搅拌桩1”紧密贴合以达到对“搅拌桩1”的Φ支撑作用即可。
2、型钢插入偏差控制
2.1.H型钢在插入过程中的平面位置和垂直度要用两台经纬仪采用前方直角交汇法控制,调整垂直度偏差在1%以内,再插入搅拌桩内,在沉放过程中还应及时纠偏。
2.2.型钢插入时间应控制在搅拌桩成桩后30min~60min 内插入,若水灰比或水泥掺量较大时,插入时间允许适当延长,但不能超过60min。
3、PHC管桩的控制重点
3.1.管桩采用单节管桩,静压施工,严禁接桩。
3.2.为防止管桩的挤土效应挤断水泥搅拌桩,管桩必须先于搅拌桩施工。
3.3.管桩施工时应控制沉桩顺序,采取引孔压桩、设应力释放孔等措施,以减小挤土效应对临桩及周边环境的影响。
四、支护效果评价及经验总结
本工程基坑开挖后,监测结果显示基坑开挖后支护桩和梁顶最大位移均在可控范围内,可见该联合支护体系对控制支护结构的变形效果明显,不但节省了1个月的计划工期而且取得了明显的经济效益。但施工过程也并非一帆风顺,以下几点在施工中尤应加以重视:
1、重视开挖顺序及垫层的作用。
由于施工场地狭窄,基坑开挖之初未能严格按照施工方案要求分层开挖,致使基坑西部边缘一侧一步开挖到位,3天内其中间区域桩顶最大累计位移已达47mm,远超设计给定的监测预警值25mm,此时立即组织进行了垫层的施工,随着垫层混凝土强度的逐渐提高,3天后位移已趋于稳定,并一直维持波动状态,未在继续发展。后续开挖工作严格按照分段分层开挖的原则施工,使基坑土应力逐渐释放,并且开挖一段浇筑一段垫层混凝土。从实际施工效果看,分段分层开挖可以明显减少桩顶的过快过大变形;同时通过对基坑监测数据的分析,垫层对支护结构的支撑作用还是显而易见的,因此开挖过程中必须注意垫层的及时浇筑。需要强调的是,为起到垫层的支撑作用,垫层浇筑前必须将支护桩壁上的土体清理干净,垫层浇筑时必须完全顶到桩壁上。
2、因该支护体系是工法桩复合重力墙与管桩两种支护形式组成的,其交接处
必然是变形与防渗的薄弱环节,这一点设计中必须给予充分考虑,当场地条件允许时,应使两种支护体的搭接处于基坑可能变形最小处。
3、根据场地土条件不同,管桩的挤土效应会有不同,该工程管桩压桩过程中地表土虽未出现大面积隆起,但土体内力仍波及到相邻道路,引起路面裂缝。鉴于此,在后续压桩施工中,采取在未施工管桩中心每隔3根桩预先钻Φ100mm圆孔释放压桩应力,实践效果不错。
4、进行基坑动态监测。
中图分类号:U455文献标识码: A
2工程概况
某城市地铁区间隧道总长约3Km,采用土压平衡盾构法施工,自2013 年7 月始发,至10 月底累计掘进至440 环,经长距离砂层掘进后,原计划于联络通道位置进行开仓换刀,地面注浆加固施工过程中盾构机被困,停机于445 环。盾构机被困区域地层自上而下依次为 素填土、 填砂、 含有机质砂、 粗砂、 砾砂、含有机质砂、 砾砂及 全风化片麻状混合花岗岩,见图1。地下水主要为第四系孔隙水,水位埋深约3.5m,受海水和河水的侧向补给。隧道上方覆土厚度达15.0m,穿越地层为全断面 砾砂,属强透水层,结构松散,富水性大,对开挖面稳定性极为不利,脱困施工风险大。
图1地质纵断面图
3盾构被困原因
盾构掘进至390 进入全断面砂层后,平均掘进速度、推力及扭矩等出现异常,到440 环进络通道加固区时,掘进速度仅为4mm/min,判断刀具出现较大磨损,故决定在联络通道位置开仓换刀。由于该段地层为全断面砂层,透水性强,旋喷加固效果差,遂决定在盾构机前方做一框状素混凝土墙,待刀盘切入墙体后换刀。所做素混凝土墙墙顶标高至地面以下6m,框内土体采用后退式注浆进行加固,加固范围为隧道底2m,隧道顶3m,如图2所示,受场地条件及墙幅分幅影响,拐角处存在一定的空隙,注浆自框内四角往中间施做,注浆过程中每隔30min转动一次刀盘,防止刀盘被困。由于素混凝土墙施工时发生鼓包现象,导致刀盘实际切入素混凝土墙的深度大于理论值,注浆时,浆液从素混凝土墙接口及正面窜入到刀盘孔隙内,导致刀盘与混凝土墙固结形成整体,盾构机被困。
图2换刀加固图
4盾构脱困措施
盾构机被困后,施工单位本着“设备安全第一”的原则,确定了“先刀盘脱困,再盾体脱困”的总体思路,采取潜孔钻、成槽机、旋挖钻等措施,尝试清除刀盘前方及切口环周边的素混凝土,以达到刀盘脱困的目的,均无效。于是决定在盾构四周做三轴搅拌桩隔水帷幕,并在帷幕内通过降水井降水,通过人工进仓清除刀盘,以达盾构脱困目的。
4.1 三轴搅拌桩隔水帷幕
根据现场实际情况,在盾构四周施做三轴搅拌桩隔水帷幕,如图3 所示,桩径0.8m,桩间咬合约30cm,桩长24-26m,采用“四搅四喷”工艺,为确保搅拌桩质量,施工时主要针对以下参数进行严格控制:
1)垂直度。移动搅拌桩机到达作业位置,并确保桩架垂直度在3‰以内。
2)桩长。施工前在钻杆上做好标记,控制搅拌桩桩长不得小于设计桩长。
3)浆液。采用P.042.5 水泥按1.0-1.5 的水灰比配制水泥浆液。
4)钻速。搅拌桩施工时,确保钻杆下沉速度不大于0.8m/min。提升速度不大于1.2m/min。
5)搭接时间。桩与桩的搭接时间不应大于24h,若超过24h,则需增加注浆量,放缓提升速度。
图3三轴搅拌桩隔水帷幕
通过以上措施进行施工控制,单根桩水泥用量为15-19t,施工过程中发现翻浆置换效果好,经取芯检查,芯样完整性好、连续性高,如图4 所示,可判断三轴搅拌桩隔水帷幕质量较好。
图4三轴搅拌桩芯样
4.2 洞内注浆施工
根据地勘资料,管片底部刚好位于砾砂层与全风化花岗岩层交界位置,砂砾层透水性强,因此,管片底部为帷幕墙隔水薄弱部位。为加强管片底部止水效果,在隔水帷幕对应位置,通过打开吊装孔进行花管注浆,刚花管插入全风化花岗岩层50cm,确保地下水难以涌入刀盘前方作业面。
4.3地面注浆补强
在隔水帷幕施工过程中,由于原素混凝土墙影响,三轴搅拌桩不能完整封闭,故对搅拌桩与素混凝土墙接头处进行注浆补强,为防止浆液窜入盾体周围,刀盘切口环两侧采用丙凝、水玻璃、磷酸等注浆材料对土体进行注浆固结。
4.4人工进仓处理
待三轴搅拌桩隔水帷幕及降水施工完成后,降低土仓内压力观察,发现开挖面稳定,于是人工进入土仓内清理渣土,然后采用风镐、电镐等轻型设备凿除了刀盘前方的素混凝土,凿除顺序为自上而下,碎渣通过螺旋机运出。待刀盘前方凿出0.8-1m 空间后,自上而下凿除刀盘侧面水泥浆,直至露出切口环,使盾构机的刀盘脱困。整个进仓处理过程中,保持持续降水并监测水位的变化。
4.5 盾体脱困
经过上述一系列措施,使得刀盘成功脱困后,便针对盾体进行脱困,盾体脱困采取的主要措施有:
1)盾体。通过从盾尾注入高浓度膨润土对盾体周围进行,同时通过超前注浆孔、盾体上预留径向孔注入油,对盾体形成包裹,减小地面处理、旋喷注浆等对盾构的影响。
2)加大推力推进。被困盾构机的最大推力为3900t,盾体脱困时阶段性加大推力,并通过反复伸缩千斤顶,达到松动盾体的目的。由于加大推力推进时,千斤顶易对后方管片造成破损,因此,需在管片与千斤顶之间安装一道钢环,减小应力集中,同时加强管片螺栓的复紧和管片姿态的监测。
3)外置千斤顶辅助。在盾构自身推力不能满足脱困的情况下,在管片与中盾之间焊接支座安装千斤顶,通过外置千斤顶增大总推力达到脱困目的。
4)震动辅助脱困:在盾壳内,采用风镐、平板振动器等对盾壳进行敲打震动,以达到盾壳与固结体脱离的目的。通过采取以上措施,盾构机成功脱困。
5施工风险及风险控制
5.1 三轴搅拌桩成桩质量,桩的完整性,垂直度。
施工中采用全站仪测量垂直度,控制桩的提升和下沉速度,控制水泥用量,严格执行水灰比;控制桩之间的咬合,全站仪测量定位,纵向咬合一个桩位80cm,横向排距咬合30cm,确保咬合严密,同时对存在缺陷的部位采用后退时注浆补强;成桩后钻芯取样检查成桩质量满足成桩要求。
5.2 注浆引发盾体裹住风险
注浆是为了补强土体,增加土体的自稳性和密实性,浆液如果窜入盾体与地层的空隙,会导致盾体裹住的风险。一是通过控制注浆工艺,控制注浆的压力和注浆量,调整浆液的配比及凝结时间,掌握注浆的经验参数;其次提前作保护措施,在盾体上通过径向孔,超前孔注入聚氨酯和黄油,使盾体周边有一层保护膜。
5.3 降水引起地面沉降
降水施工,地下水流失后引发周边地层及建筑物的沉降。布置沉降观测点,提前对周边建筑物及地面作施工调查取证,设置沉降预警机制,严格控制降水沉降;布置降水观测井,控制降水的深度,满足进仓处理为标准;加强降水过程监测,做好理论计算。
5.4 掌子面崩坍,突水突泥风险
进仓处理过程中,掌子面扰动,临空面增加,水土压力变化,内外水头压力差加大,土体的稳定性遭破坏,地层又处在富水砂层,易导致突水突泥。进仓前地面钻芯取样,对不稳定土体注浆补强;施工中加强掌子面的支护和监测,做到先支护后开挖,并做超前探孔,确认地层情况,确保开挖在稳定的支护下进行,同时加强现场人员的协调和更换,做到不疲劳作业,选派有经验的人员进仓作业。做好应急处理措施。
5.5 盾体脱困,管片及盾尾损坏风险
中图分类号: TV551 文献标识码: A
前言
随着时代的发展和人民的生活水平的提高,建筑物的重要性和安全等级越来越高,且深基坑的开挖深度也越来越大,合理的基坑支护技术是保障建筑物安全施工的关键,为了确保建筑物的稳定性,建筑基础必须要满足地下埋深嵌固的规范要求。建筑结构主体越高,其埋置深度也就越深,对基坑工程施工要求也就越高,随之存在问题也越来越多,这给建筑施工带来了很大的困难。
一、工程简介
某高层建筑工程,建筑面积38550m2平方,地上为25层,地下3层。该工程原为鱼塘,已经人工填砂平整,地形开阔,地面起伏小。拟建工程的地下室底板相对标高-11.40m,地面标高为1.10m,基坑开挖设计深度取12.50m。工程地质与水文地质特征:
1、场地地质特征。根据本工程地质勘察钻探表明,本工程的场地地层可分为:第四系的人工填土层、海陆交互相堆积层、燕山期花岗岩风化层。
2、场地水文地质特征。本工程场地的四周无明显的地表水系存在,地表水不发育。第四系土层含大量孔隙水(以承压水为主),燕山期花岗岩中含少量基岩裂隙水。场地地下水的补给主要靠大气降水及地表水渗入,排泄则以径流及大气蒸发为主。基岩裂隙水与上部孔隙水(以细砂、圆砾层中承压水为主)水力联系密切,勘察期间从钻孔中测得地下稳定水位埋深为0.40~1.30m,标高1.07~1.92m。根据当地地下水长期观察资料,地下水位一般标高为1.70m。
二、基坑支护方案选取
该工程属于深基坑工程;而且地质勘察结果表明,本深基坑工程的地下主要为细砂和深厚淤泥质土层。地下室基坑形状为圆形,因此可以充分利用圆形拱的受力特点进行基坑设计。从本深基坑工程的场地地形条件、地质条件、基坑特点等方面综合考虑,基坑设计采用分台阶进行支护,上级边坡深3.5m,采用双排搅拌桩+土钉墙的复合结构进行支护;下级边坡采用咬合桩拱壁+多道圆环拱内支撑结构型式支护。
三、深基坑施工技术要点
1、基坑开挖
本深基坑工程的土方开挖应遵守分区、分层、分段、对称、均衡、适时的原则。整个基坑分为两大区域,即周边区,支护工作区(按支护底边线向坑内约8m范围)及中心区(即相对自由开挖区)。周边区必须服从支护结构施工单位对土方开挖的技术要求进行开挖,中心区由土方开挖单位自主开挖。本基坑直立支护段对应的基坑周边区必须分层、对称开挖,以便使基坑分段对称受力。
2、基坑支护
(1)土钉墙面层施工
直立段支护型式面层护面采用挂ф6.5钢筋网@200×200mm,土钉部位设置2根通长水平Φ16加强筋和Φ16杆体钢筋与土钉头部焊接牢固后,喷射细石混凝土C20厚100mm护面。
(2)自钻式或击入式钢管土钉施工
根据本深基坑工程的施工现场条件,采用自钻式或击入式钢管土钉(锚杆)采用Φ48钢管,壁厚不小于δ3.25,自钻式采用机械带动旋转钻进,用顶浆法注入水泥浆(遇砂层、流塑状易塑径的淤泥层时边注水泥浆边钻进)。其抗拔力设计值不低于5kN/m。
(3)水泥搅拌桩施工
本基坑的水泥搅拌桩桩径采用D600mm,间距取500mm,采用“四喷四搅”工艺,按“喷浆法”施工。搅拌桩水泥掺入比12%~15%,对应的水泥用量≥70kg/m,水泥采用P.O.32.5R普硅水泥,水灰比0.5~0.55,对应的容重约为1.7±0.05。桩位允许偏差为50mm,垂直度允许偏差为1%,桩径允许偏差为4%,相邻桩施工间隔时间不超过2小时,搅拌桩的设计强度为15天0.6MPa、21天1.0MPa、28天1.2MPa,基坑土方必须在搅拌桩养护21天后开挖,开挖前必须对水泥搅拌桩进行抽芯检测。
(4)咬合桩施工
咬合桩定位施工时要充分确保误差小于20mm,桩的垂直度偏差小于3‰。咬合桩采用搓管桩机施工,施工时液压系统将钢套管超前压入土中,然后用冲抓锤将套管中的泥土抓出成孔。成桩直径为1200mm,桩间距1000mm,咬合200mm,先进行素混凝土桩的施工,后进行钢筋混凝土桩的施工。
3、基坑监测施工
施工监测是深基坑支护的重要手段之一,位移、沉降的变化与实际地质条件、支护方案、施工组织管理、施工工艺及外界环境条件等都有密切的关系,所以应恰当设置位移沉降等基坑安全监测点。本工程坚持动态设计与信息化施工的原则,有效地成为保障本深基坑工程支护安全的重要手段。针对本深基坑工程特点,特采取了如下基坑监测措施,以确保基坑监测准确无误:
(1)监测项目与测点布置:本深基坑工程监测项目包括必测的支护结构的顶部水平位移观测和深度水平位移观测(测斜)、坡顶位移与沉降观测;选测的项目包括搅拌桩内力监测。共设置14个位移观测点,8个沉降观测点,12个混凝土支撑应力观测点。
(2)安全监测频率:①本基坑开挖前三天应对所有测点平行测量3次,取其平均值作为初值。②当基坑开挖后,各测点及各测试项目每天观测1~2次,在开挖过程中视其发展趋势而定,若测值不稳定,应加密观测次数,直至每2~3小时一次,直至稳定为止。基坑土方开挖到底后,若位移沉降值稳定,可每3~5天观测一次,直到基坑可进行土方回填为止。
(3)本基坑安全设计等级及相应的位移、沉降控制值:①本基坑下边坡的安全设计等级为一级,咬合桩支护结构水平位移最大允许值为30mm,预警值为24mm;因上级边坡(即复合土钉墙支护段)支护结构的变形将受下级边坡变形的影响,故上级边坡支护结构最大允许值为50mm,预警值为40mm。支护结构的应力值达到设计允许值的80%以上时即需预警。②沉降、位移观测结果要求在当天及时整理,最迟在2天内反馈给设计单位及工程有关各方。遇险情时或数据有异常情况时必须第一时间告知设计人员及各方。③当实际基坑变形值达到预警值时,应及时将全部观测资料函知设计人员,并召开专题会议,由设计人员踏勘现场,听取情况汇报,共同分析有无异常现象,确定是否需要采取补强加固措施,是否需要启动应急预案。
四、施工过程预防性措施
鉴于本深基坑工程深度较大,本深基坑支护工程施工时,应采取以下预防性措施处理方案:
①针对新出现的与原设计考虑的环境条件不相符的新情况,必要时进行加固处理,增加支护体系的整体刚度。②由于本深基坑工程较深,当边坡支护结构变形值或结构应力值接近允许值,必须立即提出处理方案对支护结构进行补强加固处理,加固措施应确保支护结构有足够的刚度。③当本深基坑支护施工时出现上述情况时,应首先考虑在坑底采用土方、砂袋等进行反压加强或增设斜向支撑等措施;尽可能减少坡顶堆载;同时在条件允许的情况下,也可在坡顶部位进行挖土卸荷。
①要求及时用水泥砂浆对已出现的坡顶裂缝进行封堵,必要时进行灌浆填缝处理。②及时清理坡顶堆放物,以免影响对边坡裂缝发生、发展的观测,坡顶不得有观测不到的死角。
③不允许坡顶堆载及动载(例如载重车)超过设计允许值,如果一定要增加堆载,必须通知设计单位对边坡进行加固处理。
总结:
基坑工程是建筑工程的一个重要组成部分,特别是深基坑工程施工的成败往往事关工程全局。深基坑施工的安全可靠,直接关系着高层建筑的安全性、稳定性和长久性。深基坑的支护工程要从支护的设计和施工两面着手,确保质量。良好的基坑支护施工技术,是整个工程施工顺利的前提与保证,是整个庞大工程的重要开端。因此,加强对建筑深基坑施工技术的认识与研究意义重大。