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基坑支护设计方案中排桩墙的破坏风险与防治措施

401 2020-08-14 09:48:29


排桩墙设计要点


      排桩墙支护体系是由排桩、排桩加锚杆或支撑组成的支护结构体系的统称,其结构类型可分为:悬臂式排桩、锚拉式排桩、支撑式排桩和双排桩等,各类支护结构的使用条件如下表。

     支护方案的计算要求和构造详建筑基坑支护技术规程JGJ 120-2012,在此不赘述。以下分别讨论其容易被忽略、疏漏的若干设计要点。


悬臂排桩 

桩锚 

桩撑

1

      悬臂排桩结构桩径不宜小于600mm,桩间距应根据排桩受力及桩间土稳定条件确定,钻、冲孔桩最小桩净距不宜小于150mm。当地基土质较好、地下水位较低时,可利用土拱作用稳定桩间土;土性松散、流动或地下水丰富时,应设计横向挡板、钢丝网水泥砂浆或喷射混凝土等措施维护桩间土稳定。流塑状淤泥无法形成良好的土拱效应而从桩间缝隙挤出,应采用水泥土搅拌桩固化,解决止水(渗)、止淤的问题。

支护排桩间的水平土限制桩间土体滑出

2

      支护桩底端处于土层或强风化岩层中,禁止使用吊脚桩(墙);处于中风化软质岩层(单轴抗压强度不大于15MPa)中严格限制使用吊脚桩支护型式。当使用吊脚桩时应采取多道“锁脚”措施,并做好喷面工作。

微型钢管桩+锁脚锚索对吊脚桩端岩肩的保护

3

      在桩锚支护方案中,往往采用顶部小放坡形式(如上图18.20~20.60标高),在支护深度不变的情况下节省支护成本。计算分析时要注意考虑土方开挖至冠梁底且冠梁及锚索未施工这一不利工况,复核小放坡的稳定性,防止由于坡脚不稳出现局部滑坡质量事故。一般地,要求冠梁以上小放坡高度不大于2.0m。

4

      在透水性较强的地层采用桩锚+搅拌桩方案时,锚索穿过搅拌桩破坏止水帷幕的完整性,宜在支护桩外侧增加一排搅拌桩止水。

5

       对于岩面起伏较大、软土等土层分布不均匀的场地,支护桩、止水桩、锚索宜采用双指标控制,即同时满足设计总长度、入岩总折合深度,特别是锚索要满足入岩深度要求。

6

       基坑局部平面呈阳角时(面向基坑内角度大于180°),如下图基坑平面示意图JKLM段所示。采用桩锚方案时,锚索施工过程中容易出现碰撞、干扰,且形成群锚效应,即锚杆在地层产生的应力场相互重叠,支护土体对杆体摩擦力降低,从而减小锚杆的抗拔能力并增加位移量;另外由于阳角区域基坑临空面较大、应力集中等原因,应做好以下工作:

基坑平面阳角区域锚索平面示意图

  • 对桩锚、内支撑支护方案进行比选,提高安全富余度,控制好基坑侧向变形;

  • 锚索施工可按规范允许偏差范围内左右上下调整±3°,有条件时可采用BIM三维建模优化设计角度并进行碰撞检查

  • 采用不同的锚索长度,上下排锚索错开布置;

  • 阳角区段采用双排桩加强,并设置桩顶厚盖板拉结增强支护刚度。

7

       双排桩方案适用于以下情形:支护深度较大,悬臂桩刚度不足;场地限制采用预应力锚索锚固体系;设置钢筋混凝土支撑对施工工期、造价影响很大。

悬臂双排桩支护结构剖面图

       根据成本优化需求、加强刚度需要,双排桩方案在安全合理的前提下,参考以下要点设计:

  • 前排桩间距取1.5-2倍桩径,后排桩间距取3-4倍桩径,前后排桩间距取4-6倍桩径,可较好地实现双排桩共同工作;

  • 采用长短桩支护方式,并采取分段配筋措施,节省支护桩造价;

  • 双排桩冠梁或盖板可留空洞形成栅格状;

  • 加强盖板或冠梁之间的连梁设计、盖板与支护桩连接处增设角板(牛腿结构)、一定宽深范围的坑内被动区土体加固(注意检测验收满足设计要求,以免高估被动区土压力对支护结构的有利贡献)、适当加大后排桩嵌固深度,以上措施均有助于提高双排桩刚度。

排桩加锚杆支护风险分析及防治措施


 1. 支护桩偏位、倾斜过大

       1)   原因分析:施工偏差

  • 根据现有施工设备性能和技术水平,正常情况下桩位偏差应控制在50mm,桩垂直度偏差应控制在0.5%;

  • 当用地紧张、支护结构给地下室结构预留的施工空间较小时,设计与施工应充分考虑正常的施工偏差影响,防止支护桩向坑内偏位、倾斜,而缩小施工空间或侵占地下室结构位置。

        2)   防治措施:

        针对以上主要原因,设计、施工管理时应重点关注以下要点,做好事前防范措施:

  • 设计时,排桩轴线定位应预留正常的桩位、垂直度偏差所产生的桩位偏差量;

  • 施工时,控制桩位、垂直度偏差只能向基坑外层偏移;

  • 当支护结构影响地下室结构施工时,应先做好加固处理,施工单位不得擅自剔凿支护桩,给基坑带来安全隐患。

 2.  锚杆钢腰梁使钢绞线弯折

       1)    原因分析:施工偏差

  • 设计与施工应考虑型钢腰梁净间距与锚杆孔位在垂直方向的施工偏差,如孔位偏差按50mm考虑,腰梁双型钢之间的净距应不小于2倍50mm,即100mm;

  • 考虑到目前的实际施工水平,腰梁双型钢之间的净距宜取更大一些。

“排桩+型钢腰梁+锚索”支护结构现场施工图

       2)    防治措施:

  • 组合型钢腰梁中双型钢之间的设计净间距尺寸,必须满足锚杆杆体能够顺直穿过腰梁的要求;

  • 双型钢之间的净间距关系到锚具垫板的尺寸及厚度,净间距越大,垫板的无支承跨度越大,需加大其厚度保证足够的变形能力(刚度)。


 3.  锚杆钻孔孔口涌水

       1)     采用止水帷幕的锚拉式排桩,施工时锚杆孔孔口涌水,导致锚杆无法施工,注浆液流失。       

       2)     防治措施:

  • 在粉土、砂土、卵石层等透水性较强的地层中,锚杆钻孔孔口的设计标高宜设在地下水位之上;

  • 当锚杆钻孔孔口标高在地下水位之下时,宜采取双套管护壁成孔工艺,有效保护孔壁,降低孔壁受冲刷的程度进而减小地层附加沉降,不应采取螺旋钻锚杆钻机;

  • 锚杆注浆后,需及时进行孔口封堵、修补帷幕;

  • 锚杆宜采用二次高压注浆工艺以弥补地下水流动对一次注浆造成的缺陷。


 4. 桩间土塌落、桩间护壁破损

        1)   原因分析:由于施工质量原因,未达到设计要求,或护壁形式设计不合理等。

喷锚支护加强筋焊接施工现场

        2)   出现桩间土塌落、桩间护壁破损时,应及时进行修补:

  • 设计时,针对具体土层条件采用效果好的桩间护壁方式;

  • 基坑开挖后,桩间土不稳固时,可在桩间护壁面层施工前,先及时用喷射混凝土防护;

  • 桩间土塌落并形成空洞时,可采取沙袋等填充、钢筋网喷射混凝土护壁,对未充填密实的孔隙采用打入钢花管注入水泥浆等方式及时修补;

  • 因渗漏等原因使桩间护壁面层脱落、破损、护壁后出现空洞时,应及时修补加固或返修面层,对孔隙进行注浆填充。

5.  支护桩的嵌固深度不足

       1)   原因分析:由于施工质量原因,未达到设计要求。

       2)   支护桩嵌固深度不足时,施工上可采取在基坑底部增设锚杆、支撑等防治(补救)措施;设计上尚应复核基坑底隆起、基坑整体稳定验算。

6.  滑移面外的锚固长度不足

       1)    原因分析:由于施工质量原因,未达到设计要求。

       2)    锚拉式排桩在拟设置锚杆的部位受基坑外地下建、构筑物影响,滑移面外的锚固长度不足时,可采取以下防止措施: 

  • 改用大倾角锚杆,使锚杆进入建、构筑物底部以下土层;

  • 局部改用内支撑或双排桩方案,减少锚杆对周边环境的影响;

  • 当障碍物高度有限时,在障碍物上下方均设置锚杆。


排桩加内支撑支护风险分析及防治措施


1.  钢格构柱与支撑距离过大

       1)   原因分析:施工定位发生偏差;钢格构柱平面布置避让主体竖向结构。

        2)    处理措施

  • 钢格构柱平面上部分或完全偏离出混凝土支撑截面之外,设计可通过扩大混凝土支撑桁架包住钢立柱;

  • 桁架杆件扩大部分配筋设计应结合偏离尺寸、结构自重及施工超载计算偏心弯矩后确定。


钢格构柱偏离内支撑桁架中线

2.  钢格构柱垂直度偏差过大

       1)   原因分析:施工定位发生偏差;基坑开挖或浇筑桩身混凝土产生位移。

        2)   处理措施

  • 基坑开挖土方期间,钢格构柱暴露出来以后,应及时复核水平偏差和竖向垂直度;

  • 根据实测偏差数据校核钢格构柱承载力;必要时采取限制荷载、设置柱间支撑(一般用槽钢或角钢)等措施,确保钢立柱承载力和稳定性满足要求。

3.  钢格构柱与内支撑桁架钢筋冲突

       1)   原因分析:钢格构柱由四根等边角钢和缀板拼接,由于施工偏差原因,导致钢格构柱平面位置偏移或角钢偏转,加大了桁架钢筋穿越立柱的难度。

        2)   处理措施

  • 钻孔钢筋穿越法:在角钢格构柱缀板或角钢上钻孔,桁架钢筋穿孔而过;适用于桁架截面较小、主筋直径较小、数量较少的情况;需要复核钻孔造成截面损失对承载力的不利影响;

  • 焊接钢板法:在钢格构焊接连接钢板,将难以穿越的桁架钢筋与钢板焊接,实现钢筋内力的传递;焊接钢板不用在角钢、缀板开孔,保证了钢结构的完整性,但在施工第二道及以下内支撑时,需要在已经承压的角钢上进行大量焊接作业,需充分考虑焊接产生高温对钢格构柱承载力降低的不利影响;

  • 梁侧加腋法:扩大钢格构柱-内支撑桁架节点处桁架宽度,使得桁架主筋得以从钢格构柱侧面绕行贯通;该法无需对钢结构钻孔、焊接,但需要局部加腋,并设置附加箍筋,一定程度上增加了现场施工的难度。



结语

       本文对常用基坑支护方案(排桩、排桩加锚杆或支撑)常见的破坏风险及防治措施进行了较系统的梳理。推文不可能列举基坑施工现场发生的各类问题,但解决问题的思路、方法能对基坑设计管理、施工现场管理有一定的参考借鉴作用。