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摘要:当前,深度≥8m的“大、深、紧、近”基坑类型在市政工程中越来越普遍,悬臂双排桩支护作为《基坑支护技术规程-JGJ2012》中推荐的新型支护结构,尤其适用于基坑开挖深度较深、变形控制要求较高、周边环境保护要求度高和无法设置内支撑体系的工程。本文结合该支护技术在市政深基坑施工中的一些常见问题进行分析探讨,以为同类工程作参考借鉴的同时,促进该支护技术的进一步发展。
关键词:市政深基坑;双排桩支护;技术
十三五以来,我国市政基础设施建设步入快车道,国家对市政工程的施工质量及工程的社会贡献值也提出了更高的要求,在一定程度上推进了深基坑工程的进一步发展,在一些较难的工程和设计形式较为复杂的市政工程中,深度≥8m的“大、深、紧、近”基坑类型越来越普遍。实践中,深基坑对围护和止水处理要求较高,否则很容易引发土体的滑移、蠕动和隆起等,不但影响到基坑自身的安全性,甚至可能造成工程桩的破坏,因此,深基坑支护问题也就成为了当前市政工程普遍关注的重点。实践证明,将以往的单排桩支护结构转化为双排桩,具有侧向刚度大、施工工艺灵活、安全度高、稳定性好且造价更为经济等优点,成为《基坑支护技术规程-JGJ2012》中推荐的新型支护结构,尤其适用于基坑开挖深度较深、变形控制要求较高、周边环境保护要求度高和无法设置内支撑体系的工程。现本文结合多年施工经验,就双排桩支护在深基坑工程中的一些施工技术要点进行分析探讨。
1双排桩支护主要影响因素分析
要充分发挥双排桩支护结构应有的支护性能,控制基坑变形和保证基坑的稳定性是前提条件。由于双排桩是一种类似门形的悬臂支挡结构,这也就决定了在基坑开挖深度较深、变形控制要求较高的复杂环境下,较难满足基坑工程的要求,因此,必须了解、掌握影响双排桩支护结构变形及受力的主要因素,在此基础上对各项重要技术参数给予合理优化,以确保施工方案的科学合理,如此,双排桩支护结构的优势才能充分实现。实践中,影响双排桩支护结构的主要因素包括排距、桩距、桩长、桩径、嵌固深度、刚度等参数,以排距为例,排距过大或过小都会减小桩间土的空间效应,进而影响到双排桩支护空间协同作用的正常发挥,排距过大容易造成整个支护体系的破坏,而排距过小则会降低整个支护体系的性能,使得双排桩的支护效果只类似于单排桩支护效果,达不到预期的支护目的,严重影响到基坑土体的自稳。因此,在深基坑双排桩支护施工中,合理设计以上技术参数尤为重要。当前,在双排桩结构中以上关键要素参数值的确定到底多少合适,并无明确的理论指导,施工中多根据经验来进行确定。同样以排距为例,结合以往历史工程来看,当排距在3d~5d(有研究说3d~6d)范围内时,双排桩前后排桩的位移小且弯矩接近,整体支护效果最好,基坑的稳定性、安全性较高。其他相关参数设计可参考如下[1]:桩距2d~2.5d,刚度1.0EI,桩径1.O~2.0m,嵌固深度取8~10m,以上各参数值都是经实践证明比较合理的,但在实践施工中还需要迸一步分析土体参数、桩体材料差异引起的影响。
2常见质量问题应急处理
当前,市政深基坑越来越朝着“大、深、紧、近”的方向发展,基坑工程自身的特性以及周边环境的复杂性,决定了在施工中一旦发生问题,势必造成严重损失,因此,在施工过程中采取有针对性的应急措施加以保障,十分必要。
实践中,深基坑双排桩支护施工工序繁多,以冲击钻机成孔灌注桩为例,详细施工流程一般如下:定位并设置护筒→钻机定位、钻进→处理沉渣→移走钻机→插入钢筋笼→插入导管→第二次处理孔底→灌注混凝土→成桩→后压浆等,施工过程中,因种种原因,很容易出现质量问题。结合以往工程实践看,常见质量问题主要有支护桩偏孔倾斜、桩间渗水流砂以及桩间土塌落、桩间护壁破损等。以支护桩偏孔、倾斜的应急处理为例,实践中,由于深基坑工程地层情况复杂,支护桩偏孔偏孔、倾斜现象较为普遍,由于相当部分的深基坑工程地下结构预留施工空间非常狭小,因此一旦发生支护桩偏孔、倾斜等施工偏差,势必对主体地下结构施工造成严重影响。对此,实践中可采用回填片石进行校正处理,将片石回填至偏孔位置2m以上,先以较小冲程反复冲砸,使孔底形成平台, 再加大冲程15m左右至冲击时不再发生偏孔为止。需要注意的是,采用该措施容易造成卡钻问题, 对此可改用混凝土进行回填, 待混凝土强度达到设计强度70%以上时再进行钻进, 达到纠偏、纠斜处理效果。又如,针对桩间渗水、流砂问题,实践中可采取“疏导为主、封堵结合、 加强排水”的方案进行处理,关键技术主要包括帷幕堵漏、回填压脚、加强排水、双液注浆、桩间引流等。
3双排桩失稳变形应对措施
实践中,双排桩支护结构虽然在适当条件下可大幅度提高悬臂支挡高度,在大面积开挖时优势远远高于悬臂单排桩体系,但有研究显示,当基坑深度≥ 9m 时,若基坑开挖深度进一步增大,则双排桩悬臂支护不再适用。尤其是存在泥炭质土等软土夹层的场地,一旦设计的双排桩桩径、桩间距、支护结构刚度等不合理,很容易在施工过程中造成泥炭质土沉降,从而导致双排桩失稳变形。对此问题,可适当性地采用以下两种措施进行改善。一是利用适当角度倾斜桩代替竖直桩,从而在同等条件下减小双排桩的变形与内力。有研究[2]显示,同等条件下,前排桩倾斜的双排桩位移与弯矩小于常规双排桩,且随角度增大位移与弯矩减小,并逐渐收敛,针对特定工况,存在前排斜桩最经济倾斜角度。以基坑开挖至12m深度为例,前排桩倾角在0°~ 5°时, 桩身最大水平位移下降最大,桩身最大弯矩值下降最大;前排桩倾角在10°~15°时,桩身最大水平位移下降最小,桩身最大弯矩下降值最小。说明针对特定基坑工况,存在最经济角度,施工时可采取针对性措施进行调整。二是通过采取适当的加固方案进行缓解。当前,比较常见的加固方式有坑外主动土体钢花管注浆加固、钢花管注浆加固以及坑底被动土体高压旋喷桩加固三种,实际中可在双排桩内力和变形满足的前提下,从经济角度进行择优考虑,以确保加固方案和加固尺寸所需费用最小且效果最好。同样,根据相关研究[3],以上三种不同方案,在最优加固宽度(B)和最优加固深度(H)方面的推荐值如下:①坑外主动土体钢花管注浆加固:B1=6m, H1= 8m;②钢花管注浆加固:B2=2.4m,H2=6m;③坑底被动土体高压旋喷桩加固:B3 =5m,H3=5m。
总之,自20世纪80年代双排桩支护结构在基坑工程中得到成功应用以来,几十年来均取得了较好的经济效益和社会效益,在市政深基坑支护中的应用也越来越广泛。实践中,关于深基坑双排桩支护的研究理论和应用成果虽然很多,但鉴于该支护结构发展的时间不是很长,因而还存在许多不完善之处。因此,在以后的工作中,我们广大研究人员应继续加大对这方面问题的深入研究和探讨,以期促进深基坑双排桩支护技术的不断加深,为该技术的进一步发展添砖加瓦。
参考文献:
[1]于雪倩.深基坑工程双排桩支护影响因素分析及方案优化[D].山东科技大学学位论文,2018.
[2]夏泽秀.深基坑双排桩支护机理及其工程应用研究[D].安徽理工大学学位论文,2017.
[3]陈枝东,张领帅.基坑双排桩失稳加固最优方案分析[J].施工技术,2018(22):69-74.