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水泥搅拌桩用于深基坑支护

394 2022-03-29 14:19:13

(一)工程和地质概况

福建某大厦由主楼、裙房组成,主楼地上二十二层,裙房地上四层,均有二层地下室。地下室底板埋深为天然地面下6.7m,主楼部分桩基独立承台埋深为天然地面下8.7m。

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该场区土层软弱,含水量高,抗剪强度极低。地层剖面见图3-3-32,各层土物理力学性质见表3-3-28。

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(二)基航支护方案选择

大厦地下室占地面积大。形状不规则,西侧三座 5层砖石结构建筑距基坑边缘仅5m,北侧紧邻正在施工的高层,市区两交通主干道紧绕基坑东南侧。由于工期紧,要求基础桩与基坑支护施工同时进行。因此基坑支护必须满足∶

(1)基坑开挖及地下室施工顺利进行。

(2)基础桩打桩、基坑土方开挖、地下室施工不会给紧邻建筑物、道路造成任何危害。

对此常用的支护方案有∶

1)排桩加内支撑

常用灌注桩、人工挖孔桩作排桩。在方案选择段,曾在拟建场地试挖三根人工挖孔桩。但挖至地下7.0m时,均由于7.0m下约2.5m厚的细砂夹淤泥层发生流砂,至使人工挖孔无法进行,采用灌注桩加一道内支撑作围护不仅造价高,而且由于基坑占地面积大,形状不规整,使内撑设置椎度很大。内撑的存在给地下室施工造成许多障碍,地下室施工难度增大、工期延长、综合效益降低。同时由于场地地下水位很高(自然地面下2.4m),为保证周围建筑物、道路的安全,必须对基坑另设止水措施,增加了工程造价。

2)板桩加内支撑

常用钢板桩作板桩。挖深7.0m 时需设二道支撑,二道支撑的存在给地下室开挖及施工增加了很大难度。

3)地下连续墙

遣价高,且本地区无施工机械及专业队伍。

4)水泥搅拌桩挡墙

相互搭接的水泥搅拌桩形成重力式挡墙,不需设置内撑,同时也是极好的止水围幕,还能隔振,消除打桩对周围建筑、道路的振动影响。水泥搅拌桩施工时不排污、无噪音、无振动,是一种安全有效的围护措施,水泥搅拌桩挡墙不需钢材、造价低,与排桩支护比可节省支护造价 10%~15%。

(三)设计与计算

水泥搅拌桩支护结构被视为桩与桩相互搭接成整体的重力式挡墙,其设计步骤∶先设定挡墙宽度及桩长,通过重力式挡墙的一系列验算来调整设定的挡墙宽度及桩长,使各项验算都能够满足重力式指墙的设计要求。计算中。墙背主动土压力、墙前被动土压力按极限平衡理论。计算方法如表3-3-29所示。计算公式如下;

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计算及实测结果表明,墙背主动土压力,增前被动土压力均按饱和重度计算时,抗倾概安全系数偏大。墙背主动土压力按饱和重度计算,墙前被动土压力按浮重度计算并考虑水压,其抗倾覆能力与实际较符合。

5.支护结构局部加强措施

由于该支护结构西侧与三座五层石结构建筑紧邻,相距仅 5m。为确保建筑物的安全,在该侧支护结构中采用了被动区局部加强措施,即在支护结构内侧、基坑底面下打设搅拌桩,以增加抗倾覆、抗滑移能力,增加支护结构的安全系数。据计算,控制挡墙安全的抗倾覆安全系数平均增加了0.2。

(四)施工工艺及质量掉制

该支护结构采用单头浆液搅拌机和单头粉喷搅拌机进行施工。

(1)施工工艺

单头浆液搅拌机械施工工艺①钻进/提升速度1.0ma/min;②钻杆转速80转/min;③四次搅拌、四次喷浆。单头喷粉搅拌机械施工工艺①钻进速度;淤泥层1.47m/min;粘土及淤泥夹砂层用0.8m/min;②喷粉速度∶淤泥层0.5m/min;粘土及淤泥夹砂层0.8m/min;③送粉压力300~500kPa;④四次搅拌、三次喷粉的施工工艺。

(2)质量控制

控制支护结构成桩质量主要由①叶片角度、叶片宽度、搅拌次数;②桩长范围各桩段水泥用量;

③垂直度。为减少由于开挖后墙体侧移所占据的基坑空间,将搅拌桩挡墙向基坑外侧予倾斜 1%左右。

在大厦支护结构施工初期,曾试图在刚成桩的搅拌桩桩心插竹筋,以改善挡墙墙身强度。但实际上竹筋只能进入表层1.0m左右。

(3)水泥土挡墙的隔振

由于大厦施工工期较紧,水泥搅拌桩挡墙施工必须与预制工程桩施工同期进行,450mm×450mm、400mm×400mm二种截面长约 24m 的工程桩共700根。用6T 锤击人土层。大量预制桩的挤入及强烈的锤击振动,无疑对刚成形的水泥土挡墙墙身强度有一定的削弱作用。为减少巨大的挤土作用及锤击振动对挡墙的影响,采用了在挡墙段留一定缺口等措施。

(五)原位观测

为增加经济效益,地下室基坑支护结构通常按临时结构进行设计,安全系数取1.2 左右。在安全系数较低的情况下,为保证在基坑开挖和地下室施工期间的安全,须对支护结构进行严密的监测,以便及时调整施工方案或采取加强措施。确保支护结构的安全,同时为今后的设计提供指导。为此,在大厦支护结构内共埋设了9根长 16m~19m 的测斜管。用美国产 MK4测斜仪进行了开始开挖直至一层地下室完毕的量测。结果表明;

①挡墙只有绕墙址的转动位移,无水平推动位移。说明挡墙安全度由抗倾覆控制,与设计计算相吻合。

②抗倾覆安全系数 K。=1.25时,挡墙最大倾斜率6.5%。墙顶最大位移8.2em发生在与三座石结构相距 5m 的挡墙中敦。

(六)结语

本工程采用搅拌桩支护取得了成功,并从中总结出以下经验∶

①挡墙宽 B=3.2m=0.45H比上海经验B=(0.7~0,95)H挡墙墙宽减少35%50%,使支护结构工程量减少、工程造价降低。同时支护结构占地面积减小。因此墙宽的减少,不仅使经济效益提高,也取得较好的社会效益。

②搅拌桩搭接 5cm,突破了搭接 15~20cm 的先例,起到了在同样具有整体性和良好止水作用的前提下,节省工程量、降低工程造价的效果。

③挡墙搅拌桩与预制工程桩同时施工。搅拌桩不仅经受了施工预制桩带来的强烈的击振动和挤准力。同时还起到了隔振和阻校十的作用。消除了快速施打预制桩对周围建筑物及道路的不利影响。

④从基坑开挖后暴露的搅拌桩情况看,两种搅拌桩成桩质量均良好。在搅拌次数相同的情况下,粉喷桩的成层性较浆液搅拌桩成层性略大,且在上部粘性土中由于缺乏足够的水份,粉喷桩成桩质量较差。因此,要使粉喷桩在上部硬壳层中成桩完好,须在上部桩身加入一定量的水。

⑤在支护结构内侧采用被动区局部加强措施。以增加很少的搅拌桩工程量。获得了抗倾覆、抗滑移能力的大幅度提高。