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深基坑支护常见问题与解决方法

928 2021-02-22 08:52:27

随着我国高层、超高层建筑的大量出现,基础埋置越来越深,同时地下空间开发规模越来越大,明挖隧道、地铁车站、市政广场、桥梁基础等各类大型工程日益增多,都极大地推动了深基坑工程理论与技术水平的快速发展。近年来我国基坑已发展至30m以上,目前常用的深基坑支护形式有:重力式水泥土墙支护结构、排桩支护结构、土钉支护结构,本文通过对以上3种深基坑支护方法在基坑施工中遇到的常见问题进行探讨,汇总出了几种解决方法。

岩土工程深基坑支护常见问题与解决方法

一、重力式水泥土墙常见问题及对策

重力式水泥墙作为深基坑的常用形式,在施工中出现的安全问题有施工缝、施工中遇到短桩、施工对环境的影响、开挖前取芯监测水泥土强度达不到设计要求、基坑开挖高度大于原设计挖深、墙背水位升高,水压力突然增大,以下分别阐述。

1.1、施工缝

重力式水泥墙施工过程中,往往难以避免出现施工缝,在施工过程中,同一台施工机械由于设备维修、维护或停电等原因,造成施工不连续,前后施工的水泥土墙无法有效搭接,或不同施工机械在其平面交界处施工的水泥土墙亦无法搭接,此时应预留施工缝。

施工缝的处理宜采用高压旋喷桩进行有效搭接,预留施工缝的大小应根据拟选用高压旋喷桩的类型及其在该场地的有效成桩直径确定,一般比成桩直径小300~400mm,当水泥挡土墙兼做止水帷幕,应保证高压旋喷与水泥挡土墙有足够的搭接,搭接长度不应小于200mm,高压旋喷桩的桩长同水泥土墙。

1.2、施工中遇地下障碍物出现短桩

重力式水泥土墙施工前,一般均要求对水泥土墙平面位置进行尽可能深的地下障碍物清除工作,但由于工程地质勘探的特点,勘探点间距一般均在20m或更大,同时地下情况千变万化,难以对场地的地下障碍物完全了解清楚;另外场地亦可能存在局部少量埋深较大无法清除的障碍物。因此在水泥墙的施工中遇地下障碍物,导致墙体的施工无法达到设计桩长,出现短桩现象。

个别短桩可能会影响水泥土墙的墙体抗渗性能及整体性;成片出现短桩时将影响水泥土墙的整体性及稳定性,应采取必要的措施,当出现成片的连续短桩现象,同时障碍物较厚时,除了以上的高压旋喷接桩外,还应在墙面外挂钢筋混凝土护面,必要时可设置锚杆,以保证水泥土墙的整体性及稳定性。

1.3、施工对环境的影响

重力式水泥土墙的施工设备一般采用水泥搅拌桩机或者高压旋喷桩机,施工中对原状地基土注入了大量的水泥浆,该水泥浆大部分与地基土拌合并渗入土的空隙中,

但也会产生一定的返浆量,砂层中返浆量较少,黏性土中返浆量较大;同时较大的注浆压力亦会引起周边土体上拱,造成周边地基变形。为了较少返浆量造成土体的上拱,可在墙体外结合清障先行开挖土槽,在施工中及时清走返浆体;对周边建筑物距离较近时可设置隔离槽。

1.4、开挖前取芯监测水泥土强度达不到设计要求根据相关规范要求,

在基坑土方开挖前,应对重力式水泥土墙的桩身强度进行钻孔取芯监测,但由于水泥材料、土层原因,或者由于施工管理原因,实际工程中曾出现取芯式样的抗压强度达不到设计要求。

取芯监测水泥土强度达不到设计要求,一般支护结构的施工设备已退场,且邻近土方开挖,其他的工序已安排就位。水泥土墙的强度主要涉及土体的刚度及截面承载能力,为了提高墙体的抗弯变形及截面承载能力,可随着土方的开挖,在墙面增设锚杆,增设型钢角撑或者内斜撑,该方法对工期影响小且效果好。

1.5、基坑开挖高度大于原设计挖深

由于工程建设的工期短,有时在地下建筑层高及方案尚未完全确定的情况下,要求基坑支护结构及桩基先行施工。土方开挖的过程中,由于建筑设计方案的变更,使基坑开挖高度大于原设计挖深。

这种情况下,原支护结构的稳定性、刚度、强度等均不能满足设计要求,而且土方开挖有时已经开挖过半,能采取的措施较为有限,主要有以下措施:

1)在墙背进行挖方卸载处理。

2)增设一道或者多到锚杆,使得传统的重力水泥土墙与锚杆成为组合支护结构,来满足基坑的稳定要求和水泥土墙的强度要求,同时组合支护结构的刚度亦优于原重力式水泥土墙并使其土墙变形满足要求。

1.6、墙背水位升高,水压力突然增大

基坑支护的施工、土方开挖及地下结构的施工,其总工期少则3个月,多则半年甚至一年以上,期间难免会遇到雨季或者不可预期的暴雨影响,这必然导致坑外水位的升高,使得坑外土压力突然增大。坑外水位的升高,使水压力增大,对重力式水泥土墙的稳定性等有较大影响,同时往往墙体变形增大,在墙后与土体交界处出现水平裂缝,裂缝的出现更进一步加剧水压力的不利影响。为了缓解不利影响,可采取以下措施:

1)在墙背进行挖方卸载处理。

2)墙身增设泄水孔,一般要求在原设计坑外水位标高附近上下各设一道,孔径≥100mm,孔的间距可根据墙厚土层的渗透性确定,一般为1~2m。

3)墙背处设置临时降水井、集水井坑,进行集中降水、排水,以降低坑外水头标高。


二、排桩支护常见问题及对策

2.1、支护桩向基坑内偏位和倾斜

支护桩的设计和施工应考虑其施工偏差对主体地下结构施工空间的影响。根据现有施工设备的性能和技术水平,正常情况下桩位偏差能控制在50mm,桩垂直度偏差能控制在0.5%。当用地紧张、支护结构给地下结构预留的施工空间较小时,设计和施工应准许考虑正常的施工偏差影响,防止支护桩向基坑内偏位和倾斜而缩小施工空间或侵占主体结构的位置,不得不剔凿护坡桩,给基坑带来安全隐患。可采取以下措施:①设计时,排桩轴线定位应预留正常的桩位偏差和桩垂直度偏差所产生的桩偏移量;②施工时,控制桩位和桩垂直度的偏差只向基坑外偏移。

2.2、锚杆钻孔孔口涌水

采用截水帷幕的锚拉式排桩,施工时锚杆钻孔孔口涌水,导致锚杆无法施工注浆流失。可采用以下措施:

1)在粉土、砂土、卵石层中,锚杆钻孔孔口的设计标高设在地下水位以上;锚杆钻孔口位于带下水位以下时,宜采用双套管护壁成孔工艺,不应采用螺旋钻锚杆钻机。

2)锚杆注浆后,需要及时进行封堵、修补。

3)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。

2.3、桩间渗水、流砂

排桩与截水帷幕搭接时,可能出现桩与帷幕之间未完全搭接而出现桩间渗水、流砂,使基坑周围土体下沉,导致相邻建筑物、道路、地下管道不均匀沉降。可采用以下措施:

1)设计时,增加桩和帷幕的搭接宽度。

2)严格控制桩和帷幕的定位和垂直度。

3)高压喷射注浆帷幕,施工时用较小的提升速度,较大的喷射压力,增加水泥用量并及时进行帷幕堵漏,防止流砂使土体产生孔洞。

2.4、桩间土塌落、桩间护壁破损

出现桩间土塌落、桩间护壁破损时,可采取以下措施。

1)设计时,针对具体土层条件采取效果好的桩间护壁方式。

2)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。

3)桩间土塌落形成空洞时,先采用沙袋填充、钢筋网喷射混凝土护壁,对未填充密实的空隙采用打入钢花管注入水泥浆等方式修补。

4)因冻胀、漏水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、对空隙进行注浆填充。

2.5、建筑物基础下地基受扰动

锚杆穿过周边建筑物基础下方,锚杆采用不合理的施工工艺而使其地基受到扰动、变形,造成建筑物基础下沉。

1)锚杆采用套管护壁施工工艺。

2)调整锚杆标高和倾角,尽量远离建筑物基础。

3)锚杆跳打,成孔后立即插入锚杆杆体和注浆,不得分批注浆。


三、土钉支护常见问题及对策

3.1、对风险估计不足

与排桩等传统支护方式相比,土钉支护可节省大量投资。但是,若片面的追求经济利益,则增加了工程的风险。对土钉支护方式的适用性,以下建议可供参考。

1)当场址存在如下三种情况之一时,选择土钉支护则存在着很大风险:①基坑边界以外一倍开挖深度范围内存在对变形敏感的地下网(如煤气管)或重要建筑物或生命线工程等;②沿基坑周边范围存在深厚软土或未完全固结松散深厚杂填土;③土层中存在障碍物,使土钉成孔空难。

2)普通的土钉支护结构,主要使用于土质条件较好、开挖深度<6m的浅层开挖基坑支护。当存在地下水时,须采取有针对性的控制措施,尽可能减少地下水对基坑稳定的影响。

3.2、计算方法选择不当

抗滑稳定分析中,目前主要是圆弧滑动法,对于滑动面不是圆弧时是不合适的,要注意分析地质结构中存在特殊滑动面的影响。

3.3、基坑底或基坑开挖深度范围内存在软土的影响软土的出现,对土钉支护稳定性安全的影响很大,基坑有可能在软土中发生深层滑动、坑底隆起破坏,而目前土钉的稳定分析主要是圆弧滑动法,对深层滑动、坑底隆起破坏则应另外进行分析计算。

3.4、土钉注浆效果差

施工中最常见的问题是土钉注浆质量无法保障,采取的对策如下。

1)当土层中存在块石等障碍物影响成孔时,可改成击入方式。如果局部地段障碍多,土钉设计方案无法实施,施工单位须及时告知设计单位,修改原设计方案。

2)土钉置入土中后,须及时进行注浆,注浆要连续、饱满。

3)土钉锚固体的强度达到设计强度后才能进行下一层土方开挖,至少间隔24h以上。

4)底层复杂时,须对土钉进行抗拔实验,检验实际的抗拔力是否满足设计要求。

3.5、超挖和挖土过快

在土方开挖中,由于赶施工进度或为了施工方便或疏于管理等,常出现超挖和挖土过快现象。分层开挖厚度必须满足同一层土钉施工要求。一般黏性土中,分层开挖不要超过2m;软土中不要超过1.2m。砂性土、软土由于黏聚力小,分层厚度太小,无土钉施工时间,需设置超前支护。土方开挖作业五原则“分段、分层、适时、平衡、对称”,软土中必须严格遵守。软土中,分段长度不要超过10m,采用跳挖法,预留同一高度的长8m土体挡土;黏性土层分段不要超过20m。

3.6、不按设计方案施工

施工过程中,因土钉长度范围内出现障碍物的原因施工无法进行,有的施工方盲目迷信经验,心存侥幸,不顾工程安全,私自修改设计,也不上报设计单位。施工中须加强从业人员责任心和提高施工组织管理水平,选择技术力量强、管理严格、质量意识高、有一定的土钉施工经验的施工单位施工。

3.7、水泥土搅拌桩隔渗帷幕漏水

由于水泥搅拌桩施工中搭接不够等原因导致开挖过程中容易出现漏水险情。可先确定漏点范围,然后采取双液注浆化学堵漏法;现在坑内筑土围堰蓄水,减少坑内外水头差,减小渗流速度,之后再漏点范围内布设直径108mm钻孔,钻孔穿过所有可能出现渗漏通道的区域,再往孔中填充砾石,填堵渗漏裂缝,当坑内外水头差<2m时,开始化学注浆。若漏水量很大,应直接寻找漏洞,用土袋和C20混凝土填充漏洞。

3.8、雨天出现滑塌险情

无论是地下水或地表水渗入土体,它们是影响土钉墙支护安全性首要因素,特别是暴雨期间容易发生滑塌事故,采取对策如下。

1)沿着基坑四周设置排水沟,避免雨水流入坑中。

2)若基坑周围两倍的开挖深度范围内出现裂缝,尽快用水泥浆封堵。

3)雨天须及时抽排坑内积水,确保坑内无积水。

4)若发现地下水管有大量水体渗出,需尽快找到水源处,关闭出水口,或将水体引出,排往他处。

5)加强雨天巡视,发现异常情况,找出原因,尽快采取工程措施。


通过对深基坑支护工程质量影响较大的常见问题的原因及对策的汇总,希望能够对深基坑支护的工作者在施工时遇到类似问题处理时起到指导作用,并且能够通过的以上常见问题的认识联系工程实际情况制定可能发生的常见问题的预防措施和处理措施,施工初期排除隐患,积极预防问题的发生将工程损失降低到最低限度。