浅水位软土地基常用的挡土围护结构

摘要:结合浅水位软土地基常用的挡土围护结构类型,介绍其在施工中的应用,总结比较其适用条件和优缺点。

Abstract: Combinging types of soil holding structure used in low water level foundation,the paper introduces its application in construction and summarizes its applicable condition advantages and disadvantages.

关键词:浅水位地基;围护结构;桩;连续墙

Key words: foundation of low water level;envelope;pile;continued wall

中图分类号:TU47 文献标识码:A文章编号:1006-4311(2010)18-0106-02

1浅水位软土地基常用的挡土围护结构类型

浅水位软土地区,常用挡土结构的类型:①水泥土重力式挡土墙;②以SMW工法劲性水泥土搅拌桩;③间隔设置的单排灌注桩和预制桩加止水措施(水泥搅拌桩、高压喷射注浆桩、MIP工法桩及桩间注浆等)的组合桩排挡土墙;④全套管钻孔咬合桩;⑤地下连续墙。

2软土地基常用的挡土围护结构优缺点及使用范围

2.1 水泥土搅拌桩

水泥土搅拌桩用于处理正常固结的淤泥与淤泥质土、粉土、饱和黄土、素填土、粘性土以及无流动地下水的饱和松散砂土等地基。当地基土的天然含水量

水泥土搅拌桩优点:施工时无震动、无泥浆废水污染;水泥土实体相互咬合较好,比较均匀,桩体连续性好,强度较高;即可挡土又可形成隔水帷幕;适用与任何平面形状;施工简便;同一墙体可设计成变截面、变深度、变强度。

缺点:坑顶水平位移较大;坑顶宽度较大。

适用范围:《建筑基坑支护技术规程》JGJ120-99[2]中规定:①基坑侧壁安全等级宜为二、三级;②水泥土桩施工范围内地基土承载力?芨150kPa;③基坑深度?芨6m。

2.2 SMW工法桩

SMW劲性水泥土搅拌桩以水泥土搅拌桩为基础,凡适用水泥土搅拌桩的工况都可使用劲性桩法,特别适合于粘土和粉细砂为主的松软地层。

劲性桩适宜的基坑深度与施工机械有关,国内一般基坑开挖深度6~10m,国外尤其是日本由于施工钻孔机械先进,基坑开挖深度达到20m以上时也采用SMW工法,劲性桩法可取得较好的环境和经济效果。目前在国内此法已用于开挖深度14m的基坑,深度受H型钢长度约束[3]。

试验表明,水泥对型钢的包裹作用提高了型钢的刚度,可起到减少位移的作用。此外,水泥土起到套箍作用,可以防止型钢失稳,对H型钢还可以防止翼缘失稳,这样可以使翼缘厚度减小到很薄(可

SMW工法优点:对周围地层影响小;施工噪声小、无振动、工期短;废土产生量小,无泥浆污染;适用土质范围广;抗渗性好。

缺点:我国SMW工法桩设计的规范规程尚未成熟和完善;水泥土与型钢组合构件受力机理尚不十分明确;刚度提高系数,水泥土抗压、抗剪强度设计值及H型钢与水泥土之间的单位面积摩擦力μf等只能依据工程经验采用;由于减摩剂性能或施工质量等原因,H型钢的拔出困难或拔出后较难重复使用,给该工法的经济性提出疑问;H型钢的拔出会对水泥土搅拌桩止水帷幕造成一定破坏,在周边环境要求较高的地段,H型钢可按不拔出设计。

2.3 钻孔灌注桩加止水措施形成的组合桩

钻孔灌注桩与水泥土搅拌桩组合的柱列式挡墙,其钻孔灌注桩为受力结构,水泥土搅拌桩为止水结构。水泥土搅拌桩和钻孔灌注桩结合可形成连拱结构,水泥土搅拌桩作受力拱,钻孔灌注桩作支撑拱角,沿钻孔灌注桩竖向设置适当的支撑。

此类组合桩的优点是能充分发挥所选挡土结构单元特长;桩体刚度较大;施工工艺较简单;有一定的止水性;可作为永久结构的一部分。缺点是泥浆对环保影响大;需要有较大的坑顶宽度。

2.4 地下连续墙

地下连续墙无严格的定义,因为:①由于目前挖槽机械发展很快,与之相适应的挖槽工法层出不穷;②有不少新工法已经不再使用泥浆;③墙体材料已经有过去以混凝土为主向多样化发展;④不在单纯的用于防渗或挡土支护,越来越多地作为建筑物的基础。

地下连续墙优点:低震动,低噪音,刚度大、整体性好,变形小,周围地层不致沉陷,地下埋设物不致受损;较高设计强度、较大厚度或深度均能施工;止水效果好,施工范围可达基坑用地红线,可提高基坑使用面积;可作为永久结构的一部分。

缺点:工期长;造价高、采用稳定液挖掘沟槽,废液及弃土处理困难,需有大型机械设备,移动困难;在很软的淤泥质土、含漂石的冲积层和超硬岩石等特殊的地质条件下,施工难度大,如果施工方法不当或地质条件特殊,可能出现相邻墙段不能对齐和漏水的问题。

2.5 全套管钻孔咬合桩

全套管钻孔咬合桩按第二序列桩切割第一序列桩时,第一序列桩混凝土凝固情况可分为硬切割全套管咬合桩和软切割全套管咬合桩。硬切割全套管咬合桩指在第一序列桩混凝土硬化后,实施第二序列桩对第一序列桩进行切割;软切割全套咬合桩指在第一序列桩混凝土凝固前,实施第二序列桩对第一序列桩的切割。

2.5.1 硬切割钻孔咬合桩

①基本特点:a.采用双螺旋动力头钻机,在全套管护臂情况下进行长螺旋钻成孔成桩,上动力头驱动长螺旋钻杆,下动力头驱动套管;b.邻桩相互咬合一定宽度,形成桩排式地下连续墙。②施工设备:双旋转动力头钻机,上动力头驱动长螺旋钻杆,下动力头驱动套管。③施工程序:a.提起长螺旋钻杆和套管,对准桩孔位置;b.同时驱动套管和长螺旋钻杆,在土中切割钻进;c.当套管完全进入预定土层中后,单独驱动长螺旋钻杆达到设计深度;d.通过长螺旋钻杆内腔向孔低压灌混凝土,边提升钻杆边灌注混凝土;e.混凝土灌满桩孔并且钻杆完全拔出后,拔出套管;f.混凝土初凝前将钢筋笼放入。④特点:a.即使在有地下水时,套管切割无需泥浆;b.桩孔垂直度偏差220mm。⑦施工顺序:先设置第一序列桩,其后设置与其咬合的第二序列桩。

2.5.2 软切割钻孔咬合桩

软切割方式全套管咬合桩是利用超缓凝混凝土的特殊性能,采用高精度系列全套管钻机按专门工艺成孔、成桩的一种特殊桩型,通过桩与桩之间的咬合连接,可形成挡土截水的连续排桩围护结构或地下防渗墙。

全套管钻孔咬合桩施工工艺的关键技术在与先施工桩身混凝土凝结时间要长,3d强度要低,以保证能被后施工桩的钻机套管下沉时切割,同时混凝土的28d强度能达到设计强度等级,因此混凝土能否满足设计与施工要求是该工艺成功的关键之一。这种切割法属于软切割,不会产生施工缝,能起到完全的止水作用。

软切割方式的全套管钻孔咬合桩特点如下:

①采用全套管钻机,在成孔成桩过程中始终有超前钢套管护壁,所以无需泥浆护壁,无须排放泥浆,近于干法成孔;机械设备噪音低,大大减小工程施工时对环境的污染。②对沉降及变位容易控制,能紧邻相近的建筑物和地下管线施工。③能有效的防止孔内流砂、涌泥、并可嵌岩,成桩品质高。④能起到完全的止水作用。⑤混凝土强度可按设计要求提高,可靠性高。⑥全套管的护孔方式使第二序列施工的桩在已有的第一序列的两桩间实施切割咬合,能保证桩间紧密咬合,混凝土终凝出现咬合之后,成为无缝的连续“桩墙”,形成良好的整体连续结构。

软切割钻孔咬合桩与常规的深基坑围护结构形式相比,造价较地下连续墙或加止水措施的钻孔桩低,与加止水措施的挖孔桩造价相当;但钻孔咬合桩垂直精度高,各桩间咬合防水效果好,并且可保证无塌孔、振动小,易于控制桩身质量,保证安全,减小对周边环境的影响。

软切割钻孔咬合桩与地下连续墙功能基本相同,且优于地下连续墙:①采用钢筋混凝土桩和素混凝土桩间隔布置的排列方式可降低配筋率;②钻孔咬合桩是连续施工的,桩间不存在施工缝,抗渗能力更强,而地下连续墙分幅接头处的施工缝往往是防渗的薄弱环节;③施工灵活,钻孔咬合桩施工时可根据需要转折变线,更适合于施工平面多变的几何图形或呈各种弧形的基坑。

3软土地基五种常见挡土围护结构技术特性比较

五种挡土围护结构技术特性比较如表所示。

对比表明在软土地区五种常见的挡土围护结构,全套钻孔咬合桩的综合技术特性显优。

参考文献:

[1]JGJ79-2002 建筑地基处理技术规范[S].

[2]JGJ120-99 建筑基坑支护技术规程[S].

[3]张剑峰,陈昌斌.SMW工法的工程应用和技术进步[J].上海地质,2001(2).