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高水位地区基坑围护桩漏水的处理方法

374 2020-09-18 11:42:03

桩基围护结构是深基坑支护的主要方式,但在高水位地区的基坑围护桩桩间,由于围护结构桩后水压力比较大及季节性的水位变化,经常会造成桩间竖向止水帷幕破坏,从而发生漏水现象。

由于漏水现象的出现,导致墙后水土压力发生改变,基坑四周地面出现不均匀的沉降或沉陷。同时,由于漏水使基坑内部的施工受到很大的影响。根据围护桩间漏水的受力模型与工程实例的对比分析结果,提出在高水位地区防止桩间漏水的具体方法和漏水的处理方案。

1、问题的提出

在基坑工程施工中,为了防止基坑边坡的坍方,经常会在基坑四周设置各种各样的围护结构。由于在围护桩结构设计时,设计人员一般将桩净距控制在200~1200mm。这样桩间土就要承担基坑四周水土的压力。在高水位地区,由于水压力比较大,所以经常会造成桩间土的破坏(土体抗剪强度低,而水土压力大)并发生漏水、流砂、流泥等现象。

同时,在某些沿海地区的砂土回填区,由于海水与地下水通过中、粗、砾砂层相连,回填区的地下水位随着海水的涨落而升降,这进一步加剧了水压力所产生的危害(动水压力的影响)。在基坑工程施工中,面对这种可能突发的事故,如果没有有效的处理方式,将会产生严重的后果。

2、止水帷幕的设计

止水帷幕的设计包括两部分内容:竖向止水帷幕和水平向止水帷幕。对于嵌岩桩由于底部为不透水层,所以仅进行竖向止水帷幕的设计。

如果地下水位较高,透水性较大的土层(如砂层、卵石层、粉土层和杂填土等)中开挖深基坑,除了采用围护结构挡土外,还需配合设置竖向止水帷幕,以防止水从桩间向坑内渗流,产生流砂(泥)现象。设计步骤如下:

设置深度:一般应穿过透水层进入粘性土层或岩石层1~2m。

帷幕方法:高压喷射注浆法、深层搅拌法、压力灌浆法、射水成墙法、小径钻孔灌注桩等方法。

帷幕厚度:帷幕桩与围护桩结构间搭接宽度应不小于桩长的1.2%~1.5%。

2.1、坑底边旁流土条件的验算

在深基坑工程中,围护结构的设计主要是保证在墙后的水土压力作用下,围护结构自身的稳定以及墙后土体的整体滑动稳定。当坑底以下土层为细砂、粉砂及粉土等容易产生流土的条件下,则尚需进行流土条件的验算。设止水帷幕插入深度为t,坑内外水位差h,则保证不产生流土的条件是:


其中:k为安全系数,一般取1.5~2.0;γ'γw分别为土的浮重度和水的重度%对于粘性土来说,一般无须验算。

2.2、水压力的计算(按嵌岩桩考虑)

计算简图如图1所示。


水压力的分布为梯形分布。当桩间出现渗漏水现象时,墙后填土有效压力增大。假设由于渗漏水使墙后填土的地下水位下降了H深度,则土压力增大了(γ-γ')HKa(其中Ka为主动土压力系数),而水压力减小了H,由于γ-γ'<γw,所以墙后总压力减少了γwH-Ka(γ-γ')H。对于墙来说这是好事,有利于墙的受力但由于墙后水的渗漏,在桩间极易产生流砂(泥),导致基坑四周地面出现不均匀的下沉,甚至沉陷。另外,由于渗漏水的出现是点式的,所以导致基坑四周水压力大小差异过大,围护桩受力不均匀,变形不均匀,会造成局部桩的倾斜过大的问题。

3、工程事故实例

3.1 工程概况

深圳某工程有地下室三层,基坑深度为-15.000m,为确保基坑和基坑四周的安全,采用桩式围护结构,桩径为1400mm,桩距1600mm,地下水位-3.500m,通过砂、砾、卵石层与大海相通。地层条件如下:

0~-3.500m为人工填土,其中0~-0.500m为杂填土,-0.500m~-3.500m为素填土。

-3.500m~-10.000m为海积相沉积土,自上而下依次为淤泥层、细砂层、中砂层及粗砂层,细砂层、中砂层、粗砂层呈松散-稍密-中密状态。N=17~30,土粒愈大,则N值愈大。

-10.000m~-13.500m为冲积层,上部为粘土层,偶含卵石,下部为粗砂、砾砂、卵石的混合体,呈中密-密实状态。N=18~40。

-13.500m~-21.500m为粘土层,由千枚岩变质夹变质石英岩风化而成。N=24~40。

为了防止桩间漏水,在每两个紧靠在一起的围护桩中心轴中点外300mm处设一根旋喷桩,桩径为800mm,桩长同围护桩,并与围护桩一起形成联桩止水帷幕。

(1)旋喷桩施工工艺及技术参数见表1



注:1上表用于桩净间距为0.2m的旋喷桩.当桩净间距每增大0.1m时,可相应增加水压力为2MPa。

2为了方便,可相应增加4MPa的水压力而省去气施工。

(2)浆材配比及性能

1)材料

水泥:425普通硅酸盐水泥

水玻璃:模M=2.4~3.4;浓度为30~40波美度。

水:自来水。

2)配比

水:水泥=1:1(前期施工用)。

水:水泥:水玻璃=1:1:0.02(施工后期用)。

3)比重

16~17。

3.2、事故分析

由于地下水位较高,同时又通过砂层与深圳河相连,所以在旋喷桩施工过程当中,旋喷进土中的水泥在熟化前,由于受到深圳河河水涨落引起地下水位变化的影响,致使其硬化受到了很大的影响,不仅没有形成联桩止水帷幕,甚至有一部分水泥和已经被破坏的土层一起被水带走!另由于地下土层主要是无粘性土与砂土,所以,在水泥浆旋喷时,水气射流的压力应控制在12~16MPa以上,在施工时没有达到。

在基坑开挖过程当中,由于前述原因造成桩间大面积漏水及桩间土的流砂、基坑四周的下沉等现象。

3.3、事故处理

本工程根据以上的分析原因,采用如下方法进行处理。

3.3.1 在基坑开挖过程当中,采用喷射混凝土的技术进行桩间土的加固

(1)在基坑四周紧靠桩的位置先挖土,其深度为500~1000mm,宽度为2000mm,并观察桩间土的变化。

(2)清理漏出桩表面的泥土。

(3)用φ6@600的水平钢筋与桩钢筋连接,并在竖向设φ6@200的钢筋形成钢筋网片。

(4)喷射细石混凝土100mm厚。

3.3.2 在基坑四周紧靠桩的位置挖土时,如果出现漏水位置现象采取以下方法进行处理

(1)先回填此处,并记录此处的位置.

(2)在该处所对应的桩轴线外侧重新设置旋喷桩以达到止水的效果(旋喷桩施工的时间应避开地下水位的变化时间)。

(3)开挖回填处。

3.3.3 在基坑开挖过程当中,如果桩间土出现流砂现象将采取以下方法进行处理

(1)先用砂袋压在洞口处,以防止流砂现象进一步加剧。

(2)等流砂现象稳定后,从上至下按层取出砂袋,每取一层,则在洞口处打入50mm×100mm×600mm方木若干,方木的端部缠棉纱一团(棉纱主要用于过滤水,以防止流砂再一次产生)。

(3)在洞口的中央处预留一根φ50的钢管,插入土中的端部用铁砂网堵口,外管口打一内丝口(在处理好流砂并喷射细石混凝土后,将管口用堵封封口)。

(4)方木压毕后,在方木的表面用同前所述方法喷射细石混凝土,此时,漏水从管口流出。

(5)待喷射细石混凝土浇筑3d后用堵封封住预留钢管管口。

4、防止桩间漏水的技术措施

根据工程实例分析,要防止桩间漏水可以从以下几个方面考虑问题。

1)止水帷幕的设计与施工必须考虑地下水位的变化和土的物理性能指标。在止水帷幕设计时,地下水位如果是动态变化,则旋喷桩喷射进土中的水泥有可能被水带走。为了解决这个问题,采用的方法:一是将钢筋混凝土围护桩改为钢板围护桩;二是将止水帷幕改为基坑四周的人工降水;三是采用地下连续墙。如果出现地下水位的变化,则应回避变化时间。在相对来说水位比较稳定的时候进行施工。有必要时,还可在现场进行旋喷桩喷射水泥的试验,以确定设计与施工的参数。

2)土方开挖前对旋喷桩抽芯检查,确保旋喷桩喷射的质量。当出现断桩时应采取补桩的方法进行处理。

3)基坑开挖过程当中,要注意观察桩间土的含水量变化和变形,当出现含水量增大或变形增大时,应立即采取措施,以防出现漏水或流砂的现象。