上海软土地层咬合桩围护结构技术的研究
2009-08-18 23:37
上海软土地层咬合桩围护结构技术的研究
摘 要:通过对咬合桩围护结构技术的应用现状与工艺介绍,结合上海某轨道交通深基坑工程实例,对咬合桩围护结构技术在上海软土地层中的应用提出了几点建议,以推广咬合桩围护结构技术的应用。
关键词:深基坑工程,围护结构,钻孔咬合桩,软土地层
随着城市建设的发展和地下空间的开发利用,深基坑工程围护结构技术取得了飞速发展,地下连续墙、钻孔灌注桩加搅拌桩止水帷幕、型钢水泥土搅拌桩(SMW)等成熟施工工艺得到了广泛运用。钻孔咬合桩作为一种新型围护结构形式,在国外早有应用,近年来,在国内深圳、广州、南京、杭州等城市咬合桩工艺也有实践,在施工工艺方面已积累了一些经验,但还不足以形成咬合桩的系统理论,在全国范围内推广应用。
1 咬合桩施工工艺
1.1 工艺原理
咬合桩是指桩身密排且相邻桩桩身相割形成的具有防渗作用的连续挡土基坑围护结构,由于其特点为桩间的相互咬合,故称为咬合桩。它既可全部采用钢筋混凝土桩(荤荤搭配),也可采用素混凝土桩与钢筋混凝土桩相隔布置(荤素搭配)。以荤素搭配咬合桩为例,咬合桩的排列方式为一个素混凝土桩(A桩)和一个钢筋混凝土桩(B桩)间隔布置(如图1所示)。
1.2 施工顺序及工艺流程
施工顺序为:A1→A2→B1→A3→B2→A4→B3→A5→B4→A6→B5→A7→B6,如图1所示。
咬合桩采用机械磨孔、抓斗取土、套管下压施工工艺,其单桩施工流程为:场地平整→桩位测放→导墙施工→桩机就位→套管安放→控制垂直度、压入套管→抓斗取土、跟管钻进→测量孔深→孔底检查→B桩钢筋笼吊放→导管安装、浇混凝土→逐次拔管、测量混凝土面→桩机移位。
1.3 关键技术
1.3.1 导墙定位
为严格控制咬合桩孔口的定位偏差,在咬合桩桩顶以上设置钢筋混凝土导墙进行定位。导墙可以提高钻机的就位效率,避免钻机工作对咬合桩垂直度的影响,也为钻机进行下压和上拔套管作业时提供强有力的支撑。导墙混凝土一般为C20,导墙上定位直径比桩径大40 mm,考虑咬合桩紧贴主体结构,为抵消咬合桩在基坑开挖时的外侧土压力作用下的向内位移而造成的主体结构净空减小及自身的垂直度偏差,实际咬合桩导墙放样时可适度放大,外放60 mm~80 mm。孔口定位误差要严格控制在±10 mm,内墙面垂直度0.3%、平整度3 mm,导墙顶面平整度5 mm。
1.3.2 垂直度控制
咬合桩施工前,先在平整地面上进行套管的顺直度检查校正。钻机就位后,使套管钻机抱管器中心对应定位在导墙孔位中心,采用经纬仪及线锤对钻管进行垂直度控制,垂直度控制在3‰以内。成孔过程中对桩的垂直度检查监测,如发现垂直度偏差过大,及时进行纠偏工作。
1.3.3 管涌控制
在B桩成孔过程中,A桩混凝土未凝固,还处于流动状态,因此A桩混凝土有可能从A桩,B桩相交处涌入B桩孔内,形成“管涌”(如图2所示)。
防止“管涌”发生可以采用以下措施:
1)A桩混凝土坍落度宜尽量小些,采用16 cm±2 cm,以降低混凝土流动性,B桩取20 cm±2 cm;2)套管底口始终保持超过开挖面至少2.5 m的一段深度;3)B桩成孔时注意观察相邻两侧A桩顶面,如发现A桩下陷立即停止B桩开挖,并尽量将套管下压,同时向B桩内填土或补水,直到完全止住“管涌”为止,待A桩混凝土坍落度损失一段时间后再继续B桩。
2 工程实例
2.1 工程背景
该工程为上海某轨道交通区间隧道,其中咬合桩围护区间段长267 m,采用明挖施工,开挖深度10 m~12 m,基坑围护设计采用Φ1 m咬合桩,桩长25 m,桩中心间距800 mm,咬合厚度为200 mm。桩型分A,B,C三类(见图3)。
2.2 地质条件
该工程施工场地属长江三角洲入海口东南前缘,其地貌属于上海地区四大地貌单元中的滨海平原类型,地势较平坦。原地面标高一般在3.6 m~4.2 m之间。工程地质属上海市典型软土地基,场地深度60 m范围以浅地基土划分为13个层次和1个夹层,分布有较大厚度的⑤层土,25 m以下各土层层序不完整,层位不稳定。工程影响范围内从上至下主要包含素填土、粉质黏土、淤泥质粉质黏土、淤泥质黏土、砂质粉土、粉质黏土等。
2.3 主要施工措施及处理方法
2.3.1 混凝土超缓凝技术
超缓凝混凝土是钻孔咬合桩施工工艺成败的关键。为了满足钻孔咬合桩的施工工艺的需要,满足A桩初凝时间i>60 h的要求,本工程中通过多次试验进行比较,得出了最符合工程施工要求的配合比(水灰比为0.448)。本工程采用某品牌42.5水泥和RH25的缓凝剂,缓凝剂掺量为1.6%,基本满足施工要求。
2.3.2 分段接头的处理方法
为保证工期,本工程采用了多台桩机分段施工,因此先后施工段的接头问题在施工时必须考虑并处理。处理方法采用了砂桩,即在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处时挖出砂浇灌混凝土完成接头处理。
2.3.3 事故桩的处理
在本工程咬合桩施工过程中,因A桩超缓凝混凝土质量不稳定出现早凝现象和机械设备故障以及其他人为因素等原因,造咬合桩的施工未按正常要求进行而形成了事故桩。处理时主要采取移桩位单侧咬合法和背桩补强法以及预留咬合桩处理法。
2.4 工程实施效果
2.4.1 围护的咬合与防水效果
咬合效果是咬合桩支护结构充分发挥性能的关键因素。根据咬合时间间隔的不同,咬合面的剪切破坏形态有较大差异,可以归结为3种不同的破坏模式,即粘结破坏、劈裂破坏、咬合面滑移破坏[4]。本工程中通过试验确定的混凝土超缓凝配合比在工程中得以应用并基本满足要求,其中咬合桩的咬合效果和咬合面剪切性能差异较大,同时,该围护结构工程施工完毕后,在基坑开挖时,在咬合位置发现了较多的漏水点。
2.4.2 地表沉降及基坑变形
本工程施工时采用了信息化施工,实行实时监控。监测结果显示:1)地表沉降:在距基坑15 m范围地表沉降超出了允许沉降值20 mm,最大处达40 mm,特别是在咬合桩成桩阶段就有一部分监测点沉降值达到了允许沉降值。2)基坑变形:根据咬合桩围护的测斜观测结果发现,在基坑开挖深度和支撑情况不同时,其变形的变化规律也有所不同。
3 结语
由于该工艺在上海尚处于摸索、熟悉工法阶段,对于不同基坑形式和不同的周边环境,工程中是否采用或实施前是否要采取其他辅助技术措施(地基加固等)仍需周密研讨,并建议从以下几方面适当考虑:
1)钻孔咬合桩是一种新型施工工艺,其受力机理和咬合面剪切性能还需要进一步研究,荤荤搭配的咬合桩作为永久结构使用和荤素桩作为永久结构的一部分使用需充分考虑咬合效果进行设计,并根据超缓凝混凝土的配置情况,选择合适的咬合时间。
2)钻孔咬合桩属干孔作业,无泥浆排放,利于环保,但该工艺引起的地表沉降和对临近建筑物的影响需考虑,尤其是在成桩阶段便产生较大沉降影响需引起重视,必要时采取基础加固等措施。
3)钻孔咬合桩工程造价低,但需考虑施工时混凝土超灌现象和事故桩处理导致成本的增加以及咬合桩侵界现象,另外要严格控制咬合面的渗漏,以免给后期防水处理带来困难。
4)当周围环境条件苛刻,地质条件、基础形式又较差时,作为一级基坑的围护结构咬合桩慎重选用。
参考文献:
[1]刘建航,侯学渊.基坑工程手册[M].北京:中国建筑工业出版社,1997.
[2]余志成,施文华.深基坑支护设计与施工[M].北京:中国建筑工业出版社,2003.
[3]黄少群,王建山.钻孔咬合桩的应用与施工[J].铁道标准设计,2001(4):45-46.
[4]周海波.钻孔咬合桩在地下围护结构中的应用[J].山西建筑,2007,33(14):91-92.
