水泥搅拌桩 被动区钻孔灌注桩在软土基坑支护中的应用

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  摘要:软土基坑支护传统加固方法包括主动区加固和被动区加固,主动区加固是指加固桩前的土体,被动区加固是指加固桩后的土体。通常采用主动区加固,而主动区和被动区相结合运用到软土基坑支护中,则效果更好。本文结合工程实例,对水泥搅拌桩+被动区钻孔灌注桩基坑支护的设计意图、施工工艺、质量控制进行论述,为主动区和被动区相结合的软土基坑支护提供一些施工经验。
  关键词:水泥搅拌桩;被动区钻孔灌注桩;软土;基坑支护;质量控制
  Abstract: The soft soil foundation pit support traditional reinforcement methods including active area of reinforcement and reinforcement in passive zone, active zone reinforcement refer to the reinforcing piles before soil, ground reinforcement in passive zone refers to the soil reinforcement pile. Usually adopt active zone reinforcement, and active and passive combination applied to soft soil foundation pit, the better. This article unifies the project example, the cement mixing pile passive bored pile foundation pit support design, construction technology, quality control are discussed, for the active and passive area combined with the soft soil foundation pit support with some construction experiences.
  Key words: cement mixing pile; passive bored pile; soft soil; foundation pit; quality control
  
  中图分类号:TU74 献标识码:文章编号:2095-2104(2013)1-0020-02
  
  一、工程概况及工程地质、水文条件
  (一)工程概况
  新媒体读者大厦工程位于天津市中心生态城动漫园院区内02-04地块。建筑占地面积16391.2㎡;总建筑面积为48784.4㎡;建筑层数地下室一层,地上十一层,局部十二层;建筑主体高度48.95米,局部52.35米;结构形式为:地基结构形式为钢筋混凝土钻孔灌注桩,基础结构形式为桩-筏基础,主体为现浇钢筋混凝土框架-剪力墙结构。
  (二)基坑开挖深度
  本工程±0.000相当于大沽标高4.450,场地地表大沽标高约为3.920,相当于建筑标高-0.530。基础底板上皮建筑标高为-5.230,基础承台垫层底标高-6.330(局部承台垫层底标高为-6.730,大部分位于基坑中部),因此基坑深度为5.80m。
  (三)工程地质、水文条件
  1、工程地质条件
  第①层:人工填土为灰黄色-杂色、松散的不均匀建筑垃圾,内部多含平均直径为500~900mm的废桩头。全场分布,厚度1.5m;夯填土为褐灰色流塑无层理含有机质,腐植物,厚1.3-3.1m。
  第②层:粘土为褐黄色可塑无层理含铁质,厚1.7m。
  第③层:a粉土:灰色稍密~中密无层理含贝壳,厚度2.7-3.5m;
  b粉质粘土:灰色软塑有层理含贝壳,厚度1.8-2.5m;
  c粉质粘土:灰色软塑有层理含贝壳,厚度5.1-6.8m。
  2、工程水文地质条件
  本场地地下静止水位0.80~1.20m,相当于标高3.30~2.78m。
  基坑支护方案选型:
  基坑支护选型必须综合考虑地下室、周边环境及地质条件等因素,本基坑有以下特点:
  基坑周边都有管线分布,西侧有七层商场,基坑开挖和地下室施工应考虑对它的影响;
  基坑开挖深度5.8m;
  基坑开挖主要地层为①冲填土,含水率75.5% ,厚度大,土性差,④粉质粘土,含水率38.3%,土性差;
  基坑底③a、③b、③c为淤泥质粘土,厚度大;
  场地上层为1.5m厚的杂填土,在地下水位以上,可卸土1.5m。
  经天津市建设科学技术委员会专家和设计院关于本项目基坑支护设计方案的论证,6m以下的软土基坑支护选用水泥搅拌桩比较适宜,也比较常用,鉴于该地区为土质很软地区,被动区土压力不足,对排桩墙围护结构,必须有很大的插入深度,才能确保围护结构的稳定性,考虑到经济性,建议采用被动区加固,即对坑内土体进行改良加固,以提高被动区土抗力,为支护桩提供较好的嵌固层,同时也能控制基坑位移,确保其稳定性。最终确定为水泥搅拌桩+被动区钻孔灌注桩的支护方案。
  三、基坑支护设计方案
  1、本工程实际自然地坪标高为-0.530m,设计支护桩顶标高为-2.030m,基坑支护施工前应卸土1.5m至设计基坑支护桩顶地面标高。基坑围护采用双头水泥搅拌桩,并设置钻孔灌注桩内支撑。
  2、双头水泥搅拌桩:围护墙采用双ф700@900,有效桩顶标高-2.530,有效桩长9.50m,桩数822组,搅拌桩组内咬合200mm,组与组之间咬合300mm。搅拌桩固化剂采用P.S32.5级矿渣水泥,水泥掺入比不小于15%,水灰比0.45~0.55,要求全程复搅复喷。
  3、被动区加固采用ф600@800钻孔灌注桩,双排桩处桩间距为1600,桩顶建筑标高为-2.530,有效桩长11.5m,混凝土强度等级为C25,共计490根。
  4、冠梁:
  冠梁:截面尺寸800×500,冠梁上皮建筑标高为-2.030;连梁:截面600×500,连梁上皮建筑标高为-2.030。
  四、施工工序及方法
  (一)、施工顺序
  场地平整→测量放线→钻孔灌注桩→双头水泥搅拌桩→冠梁施工。
  (二)钻孔灌注桩(立柱桩)的施工要求
  1、桩位轴线和垂直轴线方向偏差不超过50㎜;
  2、严格控制成桩垂直度,不得大于桩长1%;
  3、桩径允许偏差±50㎜,充盈系数≥1.1,孔底沉渣厚度≤100㎜,钢筋笼安装深度允许偏差为±100㎜;
  4、成孔施工应一次性不间断地完成,成孔完毕至灌注混凝土的時间间隔不应大于24小时;
  5、成孔至设计深度后,应会同工程有关各方对成孔深度等进行检查,确认符合要求后,方可进行下一道工序施工。
  (三)钻孔灌注桩施工工艺
  1、施工工艺流程:
  技术交底→测量定位→埋设护筒(钢筋笼的制作)→钻机就位→钻进成孔→清孔→吊放钢筋笼→安放导管→二次清孔→桩砼浇注→成品保护→质量验收
  2、施工工艺
  钻孔灌注桩现场施工,可分成孔和成桩(即砼灌注)两个环节。在施工工艺流程中,钻进成孔之前的工序,属于成孔范围,其后属于成桩范围。
  成孔前桩位放样和埋设护筒,直接关系到施工桩位的精确度。因此,要求准确、可靠,现场需反复校核。
  桩机设备安装就位,是开钻前的一项主要工作,其就位质量关系到桩位和垂直度的准确与否。要求主动钻杆追制,三点成一线(天车、转盘、孔口三者中心在同一条垂直线上),转盘底座稳固可靠。
  钻进成孔是成孔工艺的主要流程,在成孔过程中要求孔径符合设计要求:孔壁在成型后不坍塌、不变形;桩端孔深要达到进入持力层的设计深度,并要求:在现有地质条件复杂的情况下,力求做到不发生孔内事故。
  钢筋笼的制作与成孔同步进行,在灌注设备就位前,先吊放钢筋笼。由于桩长度较小,不存在吊装高度的限制,钢筋笼无须分节制作,可将钢筋笼一次性吊放到位,然后下放导管到孔内。二次清孔通过导管进行,达到设计要求后,经监理认可,方可进入砼灌注工序。
  灌注工艺的关键,是要保证桩身砼的密实性良好,不断桩。为此要严格控制砼拌合质量和测量精度,以正确控制导管的抽拔节数。
  3、泥浆工艺技术
   (1)成孔泥浆主要性能控制指标
  a、泥浆比重1.2~1.35g/㎝3 b、含沙率<8%
  c、粘度20~30″d、胶体率90%
   (2)泥浆循环系统
  泥浆池→大泥浆泵→水龙头→孔内→沉淀池→下泥浆泵→泥浆池。
  为了能根据施工需要及时调整泥浆性能,每台钻机尽可能单独开挖泥浆池,各自建立一套循环系统。
   (3)调整和处理泥浆性能的要点
  a、严格把好泥浆护壁关。根据钻头遇到地层的特性,及时相应调整泥浆各项性能指标,是确保成孔和成桩过程质量的主要环节。
  b、针对地质情况选用一些性能较好的泥浆备用,钻进过程中尽量利用地层特性造浆。必要时,采用加入白泥粉和外加剂,强化泥浆性能指标,以改善泥浆在环状空间的流态,加强护壁效果和确保清渣达标。
  4、钢筋笼制作
  本工程钢筋笼在现场加工制作,工地搭设钢筋笼制作棚,在棚内操作,以保证制作质量。加工成型的钢筋笼均需挂牌;钢筋搭接长度和位置严格按施工规范处置,钢筋笼制作完毕后,应进行质量验收,各项误差均应控制在规范标准内,做好隐检记录。
  5、砼搅拌工艺
  本工程采用商品砼,要求坍落度为160-220mm。配制砼时,要求商砼厂家所用粗细骨料和水泥皆要做到计量准确,严格按级配通知单投料拌制。
  主要技术要点及对策
  
  
  (四)双头水泥搅拌桩
  1、施工工艺流程
  测量放线→机械就位对中→预搅下沉喷浆搅拌提升→重复搅拌下沉→重复搅拌提升至孔口→清洗机具管线→移至下一桩位
  2、施工示意图:
  
  
  3、施工工艺
  (1)障碍物清理
  因该工法要求连续施工,故在施工前应对围护施工区域地下障碍物进行探测清理,以保证施工顺利进行。
  (2)测量放线
  根据甲方提供坐标基准点、总平面布置图、围护工程施工图。按图放出桩位控制线,设立临时控制桩,做好建(构)筑物工程测量复核单,提请甲方及监理验收。
  (3)开挖沟槽
  根据基坑围护边线用0.4m3挖机开挖槽沟,沟槽尺寸为800×1200mm,并清除地下障碍物,开挖沟槽土体应及时处理,以保证水泥搅拌桩正常施工。
  (4)搅拌桩施工
  桩机就位对中→预搅下沉→下沉的同时制备水泥浆→浆液注入(停滞时间≤2h)→喷浆、搅拌、提升(下沉至设计深度后进行)→重复搅拌(喷浆提升至设计顶面标高时进行)→清洗机具、管路→移位(进行下个桩位施工)
  (五)冠梁、连梁施工
  1、用机械将土方挖至-2.5米,人工再挖300,进行冠梁、连梁钢筋砼结构施工。
  2、冠梁砼强度达到80%,开挖计划中的第三阶段土方。
  3、冠梁及连梁施工前进行立柱上部修整,立柱上部钢筋进入冠梁500mm,必须把进入冠梁的立柱中间和超灌的砼全部凿除,然后进行垫层施工,垫层施工完成进行放线,把油毛毡铺在上面做隔离层,便于下部土方开挖时剥离。
  4、钢筋绑扎
  钢筋翻样要按设计画出翻样图及料单,梁纵筋搭接位置严格按规范施工。
  5、模板施工:
  支模系统采用木胶模板和普通Ф48钢管支撑。
  钢筋绑扎完成后,进行侧模封闭,在侧模外侧钉60×80方木,横向钉牢,然后用1m左右的钢管立于方木外,下部进入垫层100mm,然后在下部用ф10对拉螺杆拉住,上部在竖向钢管外侧固定一道横向钢管,再进行上部钢管对拉,放斜撑进行连梁校正及加固。
  为保证砼成型的质量,必须对上口拉线进行冠梁顶面标高及平整度控制。
  6、砼澆捣
  冠梁及连梁浇捣采用C25商品砼,为防止砼表面收缩产生裂缝,砼浇筑后表面必须进行二次抹面,并用竹扫帚将表面拉成统一深度的细纹。
  为保证砼的质量,必须进行七天的浇水养护,并在模板拆除后进行必要的成品保护。留设二组试块,分别为七天试压件一组,十天试压件一组,以便我们了解砼的强度情况,确定基坑土方开挖时间。
  五、施工要点
  1、施工前应平整场地,地上、地下障碍物清除干净,做到桩机地基平整、坚实、稳固和适用。
  2、搅拌机定位准确,做到对号入座,同时利用搅拌机上设置的线锤和水平尺调整搅拌机的垂直度和水平度,确保搅拌机钻杆保持垂直。垂直度误差不应超出0.3%L(采用经纬仪跟踪)。
  3、预搅下沉时,钻头转速控制在60rpm以内,钻速控制在0.5m/min,提升速度不大于50cm/min,预搅下沉电流控制在70A以内。
  4、在配制水泥浆液时,要求搅拌均匀,每桶水泥浆搅拌不小于2min,水灰比按0.5配制,采用P.S32.5矿渣水泥。
  5、在喷浆搅拌提升过程中,应做到送浆在前,提升在后。做到均匀提升,与注浆同步提升到顶,送浆不得中途停浆。
  六、实施效果:
  基础工程施工完成后,本工程的监测数据为:周边管线最大沉降量5mm;东侧桩顶最大位移30mm,最大沉降量33mm;西侧靠近商场桩顶最大位移22mm,最大沉降量25mm;南侧桩顶最大位移28mm最大沉降量25mm;北侧桩顶最大位移30mm,最大沉降量33mm,均在规定范围内,控制效果良好,满足要求。
   七、结语
  通过对软土基坑采用主动区和被动区相结合的坑内加固和坑周支护方案,不仅克服了因为软土强度低,压缩性高无法提供足够的被动土压力,还可以为支护桩提供很好的嵌固层,使支护体系更趋合理、经济,同时通过被动区加固对基坑位移控制效果更显著,是一种效果更好的基坑支护方式。
  
  参考文献:
  《建筑基坑支护技术规程》(JGJ120-99)
  《软土地基深层搅拌加固法技术规程》(YBJ225-91);
  《建筑基坑工程监测技术规范》(GB50497-2009)
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