软土地区管桩基础盆式挖土施工工法

'软土地区管桩基础盆式挖土施工工法上世纪90年代以来，在南方省市沿海滩涂和软土地区，高强度预应力混凝土管桩已被推广应用于房屋建筑和桥梁、码头等工程中。管桩属挤土桩，施工速度快，软土地区大量施打后，土体超孔隙水压力较大，开挖时如未进行有效控制，将会引起偏桩、断桩等的质量事故发生。因此，必须针对软土地质特点，在管桩施工、土方开挖方面采取有效技术措施，保证桩基质量和挖土进度。1特点软土是指滨海、湖沼、谷地、河滩沉积的天然含水量高、孔隙比大、压缩性高、抗剪强度低的细粒土。具有天然含水量高、天然孔隙比大、压缩性高、抗剪强度低、固结系数小、固结时间长、灵敏度高、扰动性大、透水性差、土层层状分布复杂、各层之间物理力学性质相差较大等特点。高强度预应力混凝土管桩（PHC）以其桩身混凝土强度高，适应性广，耐冲击性能好，穿透力强，具有承载力高，抗弯抗裂性能好，施工快捷、方便，质量稳定可靠，耐久性好等优点，而被广泛应用于高层建筑基础。2适用范围本工法适用于软土地质区域且基础桩型为高强度预应力混凝土管桩条件下的土方盆式开挖施工。软土地区采用其他预制桩型的土方开挖可参照采用。3工艺原理软土孔隙比大，压缩性高，抗剪强度低，竖向、水平方向的挤压均容易产生变形。同时，由于其含水量大，透水性差，受到挤压容易产生较大的超孔隙水压力，并且难以在短时间内消散。其固结系数小、固结时间长的特点又使其土体受到扰动后难以迅速恢复。 高强度预应力混凝土管桩为挤土桩型，施工速度比较快，由此造成施工区域内的挤土效应。管桩自身抗压强度较高，但抗弯强度较低，不同土层间水平力的作用容易引起桩身断裂。因此，软土地区管桩的施工对土方开挖有着极大的影响。挖土的部署以及采取的技术措施，都应围绕“避免土体应力过快释放，避免土体施工荷载过大，合理控制土体位移与应力释放”这样的原则进行。4工艺流程及操作要点4.1工艺流程由于围护型式的不同，土方开挖的施工工艺流程亦有所区别。考虑南方软土地区较多采用土钉墙结合放坡盆式开挖的型式，相关工艺流程如下：场地整理、加固→管桩施工→应力消散停歇期→土方分层开挖，加强监测↘挖土部署、路基材料准备↗4.2挖土部署(1) 软土地区预应力管桩基础置换率一般在4％左右，土方开挖前应切实了解以下情况，据此编制挖土施工方案，明确挖土部署和技术措施：①场地地质情况，②周边邻近建（构）筑物及需保护管线情况，③围护设计，④桩长、桩间距、置换率等桩基设计情况，⑤打桩顺序、压桩记录等桩基施工情况(2) 土方开挖宜分皮进行，每皮厚度应控制在2m左右（土钉墙围护结构基坑根据土钉墙分层厚度控制），上皮挖除后再开挖下皮。坑内分级挖土留设台阶时，台阶宽度与台阶下挖土深度之比应在5以上。(3) 坑内土方坡道设置应避开塘泥等软弱区块，坡道两侧土体放坡系数在1:1.5以内应考虑喷射砼护坡，土质特别差的应加设Φ6.5@200×200钢筋网片。应尽量避免工程桩位于土方坡道两侧斜坡上，如桩基较密无法避免应考虑灌芯或喷锚加固，或改用钢结构栈桥作为土方坡道。(4) 禁止边压桩边开挖，开挖与桩基全部完成间隔时间应在15天以上（钻打法10天以上）。 (5) 承台、地梁位置如土质仍较差，宜采用人工挖土，避免挖机荷载及震动对土体的影响。(6) 截桩安排应提前考虑。开挖前，应对露出表面的桩先行截除；开挖过程中，应根据挖土流程分段截除。(7) 挖机、车辆选择应尽量避免采用大型设备。应尽量选择小挖机，如PC100以下。坑内运土车辆避免使用10t大车。(8) 挖土部署中应注意路线优化，避免挖土机械来回重复行走。(9) 临时堆放土方不得设于边坡附近。(10) 在围护设计要求的监测措施外，挖土单位应根据开挖要求另行设置测斜管、孔压计等监测措施，信息化地指导土方开挖。4.3挖土技术措施(1) 挖土应逐层均匀进行，桩两侧土体高差不得大于1m。(2) 禁止挖机碰撞桩身。机械开挖至桩顶30cm时桩两侧1m内土体采用人工开挖。(3) 挖机、土方车辆行走路线及两侧工程桩应视具体情况采取喷锚、铺路基箱、填塘渣、换土等加固措施。(4) 坡区及坡顶内外侧3米范围内，管桩内放入6米长6Φ14钢筋笼，箍筋为Φ6@300，钢筋笼顶标高位于桩顶以下1米处，在钢筋笼范围内灌入C20微膨胀混凝土。(5) 在场地软硬土层交界处标高上下2m范围内，也可采取管桩内加筋灌砼的措施。(6) 为减少静力压桩的挤土效应对土方开挖的影响，可选用以下措施：①设置袋装砂井或塑料排水板，以消除部分超孔隙水压力，减少挤土现象。袋装砂井直径一般为70～80mm，间距l～1.5m，深度10～12m。塑料排水板的深度、间距与袋装砂井相同。②应力释放孔，直径400，均匀布置，深度10m左右或为桩长的0.8倍。(7) 挖土时应及时分段截桩，避免桩身自由高度过大。 (8) 开挖过程中应加强开挖面邻近桩位的监测。(9) 围护结构应有足够的强度与刚度，避免侧向土体位移。如发现土体滑移、坑底隆起，则应及时回填三角土反压；如发现围护结构侧向位移，应及时坑外卸土并根据围护结构类型进行加固。4.4桩基问题的处理开挖后如面临桩偏位、倾斜问题，可根据动测情况判定桩身质量，分别加以处理。⑴如果桩身无断裂，可采用千斤顶推（拉）并灌芯的方法进行处理。千斤顶推（拉）力不得大于单桩水平承载力。⑵如果桩身有裂缝，可采用接桩、补锚桩的方法进行处理。⑶如果桩身裂缝较深，且桩倾斜较大，沉井接桩也无法实施。同时，锚桩长度25m承载力不够。此时，可考虑底板相应位置留孔，待底板完成后，打设钻孔桩。4.5对管桩施工的建议管桩打入时的挤土作用会使附近已打好的桩及原有建筑物或周围其他设施产生破坏。挤土程度的大小除了与桩的截面积及某处与桩间的距离有关外，还与桩长、桩型、打桩速率及打桩顺序有较大关系。考虑到管桩施工产生的挤土效应对土方开挖情况的影响较大，为做好预控，提出几点对管桩施工技术措施建议：4.5.1桩机自重与场地软弱土层承载力以ZYJ－500液压静力压桩机为例，桩机自重506T，平面尺寸12m×8.4m，平均压力约5T/m2。如表层或接近表层的土质物理力学性能较差，桩机行走和施打时容易沉陷，不仅不利于施工，而且，表层的深陷导致深层土体的位移、周边土体的隆起，容易引起管桩偏移、倾斜，甚至桩身断裂。因此，在桩机选型和确定打桩路线时，应考虑到表层土地基承载力和软弱下卧层地基沉降问题。采用表层铺设塘渣、枕木、路基箱等方式加固地基，分散桩机荷载。4.5.2减小挤土效应技术措施 (1) 据工程经验，白天打桩引起的土体位移增加值会在夜晚停歇时有约25％的回落，如夜晚继续打桩，挤土效应引起的土体水平、竖向位移会一直增加不回落。因此，应避免24小时不停歇的打桩安排。(2) 桩基置换率大于4％时可采用预钻孔沉桩，孔径约比桩径小50～100mm，深度视桩距和土的密实度、渗透性而定，深度宜为桩长的1/3～1/2（不超过12m），施工时应随钻随打。(3) 工程周边、分期施工的区块周边可考虑应力释放孔、隔震沟、砂井等措施。4.5.3沉桩线路的选定沉桩线路应尽量采取“走长线蛇形线路”，在邻近建筑物或需保护管线区域应考虑“由近及远”的施工方向。由此，可以给超孔隙水压力消散提供尽量长的时间，避免其累积叠加，减小挤土影响。4.5.4压桩速度控制沉桩速度一般控制在lm/min左右为宜，使各层土体能正确反映其抗剪能力。当地基表层中存在大块石头等障碍物时，要避免压偏。5材料草包、松木桩、钢筋、水泥、砂石6机具设备桩机、挖机、运土车辆、空压机、喷射泵、XU-100型地质钻机，注浆泵，千斤顶，反力钢架等。7劳动组织及安全7.1劳动组织现场劳动力工种包括土方工、挖机司机、塔吊司机、车辆司机、钢筋工、混凝土工等，具体数量根据工程规模相应配备。7.2安全措施(1) 夜间施工必须配备足够的照明灯光，以保安全。电器线路专人负责，持证上岗。经常检查漏电保护器是否完好。现场电线不得乱拉、乱接、乱拖。 (2) 出土时进出车辆较多，应有专人指挥作业，做到井然有序以防忙中出错。(3) 挖土时做好土体松动的观察工作，对土体出现的裂缝做24h监测并做好警示牌，以防滑坡伤人。(4) 土方施工机械和运输车辆在进场前进行彻底的检修和保养，确保施工期间的正常运转。(5) 挖土期间基坑边严禁大量堆载，地面堆载数量绝对不允许超过设计支护结构时采用的地面超载值。如确需堆载，应得到设计单位认可。(6) 机械与人工挖土保持大于机械大臂回转半径以上的安全距离，严禁人机同区作业，挖掘机械之间应保持安全距离。(7) 土方开挖后，按现场安全防护要求在基坑的周围搭设安全保护栏杆，避免人员跌落。(8) 注意土壁稳定，发现有裂缝及有倒塌可能时，应立即离开，并及时报告处理。(9) 挖土机启动前检查离合器，空车试运转后正常作业。(10) 挖机放斗时应注意下面平土人员。(11) 车辆出工地清洗车辆，检查挡板，在门口铺麻袋，防止泥浆带出污染马路，派专人检查路面情况。(12) 施工中如遇地下障碍物（包括古墓、各种管道、管沟、电缆）和文物时，立即暂停施工，及时报有关部门，待妥善处理后方可继续施工。(13) 基坑开挖时，两人操作间距应大于2.5m。多台机械开挖，挖土机间距应大于10m，在挖土机工作范围内，不许进行其他作业。(14) 深基坑上下应先挖好阶梯或支撑靠梯，或开斜坡道，并采取防滑措施，禁止踩踏支撑上下。基坑四周应设安全栏杆。(15) 土方开挖宜分层、分段、对称地进行开挖，使支护结构受力均匀。要控制相邻开挖段的土方高差，防止因土方高差过大，产生推力使工程桩位移或变形。(16) 挖土机的进出口通道，应铺设路基箱扩散压力。 7.3应急措施施工现场应备有应急措施的砂袋、钢管、钢筋、水泥、注浆机、发电机等施工工具。地面出现裂缝采取灌浆修补，防止地表水渗入，并及时组织项目部和有关专家查明裂缝产生原因。当出现边坡水平位移超过警戒值，应立即停止相应范围内的土方开挖，必要时采取回填或设置临时支撑松木桩钢板桩加固，以控制变形发展。8质量要求8.1土方开挖土方开挖前应检查定位放线、排水和降低地下水位系统，合理安排土方运输车的行走路线及弃土场。施工过程中应检查平面位置、水平标高、边坡坡度、压实度、排水、降低地下水位系统，并随时观测周围的环境变化。临时性挖方的边坡值应符合下表的规定：土方开挖工程的质量检验标准应符合下表的规定：9效益分析软弱土地质条件下，土方开挖过程中施工部署和技术措施的合理安排，以及管桩施工减小挤土效应的有效控制，可以有效地避免土体位移引起的管桩偏移、断桩、周边道路、建筑物沉降等问题，社会效益显著。同时，减少桩基问题的处理也减少了费用的支出。目前管桩纠偏费用约3500元/根，接桩、补桩费用按实际挖土、钢筋砼工作量计算。'