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三轴搅拌桩内插预制板桩的无挤土效应施工技术

更新时间:2009-03-28

自 SMW( Soil Mixing Wall)工法连续墙于 1976年在日本问世以来,作为临时性的挡土墙或防渗墙,广泛应用于地铁车站、基坑围护、垃圾填埋场、污染源的密封隔断、护岸等多种用途[1]。此法造价较低、构造非常简单、工期不长、止水性能非常好,且不会给周边环境带来较大影响[2]。SMW 工法在应用中也存在一些问题,比如型钢的刚性不足,导致变形较大;对于使用年限较长的型钢工法桩基坑支护,型钢的租赁产生很大一笔费用;型钢的回收再利用也存在很多麻烦。经过不断的改进,现三轴搅拌桩内插预制混凝土板桩的基坑围护方式也慢慢应用于工程中。相比于型钢,预制混凝土桩刚性大、免回收,特别是应用于使用年限较长的基坑支护中成本较低。

在本工程中,基坑围护施工采用新设备 ZYW 240围护桩压桩机的插桩方法,将预制混凝土板桩插在搅拌桩体中,此法优势明显,但目前在施工中很难避免由插桩时间间隔长带来的较大挤土效应。参考挤土桩挤土机理,针对此施工工艺进行挤土原因分析,提出减小挤土效应的解决措施。对于现场距离用地红线和煤气管线很近的部位,在板桩的截面积不能改变和应力释放孔无法施工的条件下,采用吊车插桩的施工方法,以减小挤土效应。经过一段时间的施工经验总结,吊车插桩的质量得到保证,且经济快速地完成施工任务,为其他同类工程项目的实施提供借鉴和参考。

捏造行为指的是写论文时为了方便,没有经过考证,捏造出一些不存在或不准确的东西,如无效的文献引用、造假数据夸大研究成果等。学术论文是建立在别人研究的结果上,因此,优秀的学术论文必须有一定数量的参考文献。不少学术期刊规定必须有15篇以上的参考文献,对于没有作研究的作者,很难凑够15篇文献,因此只能随便复制几篇内容相似的参考文献,滥竽充数。在研究成果上,一般要有数据作佐证,才能证明所研究的成果比前人更进一步。有些作者在没有经过实践的情况下,通过总结前人的数据,对数据稍作修改,就当作研究成果写进论文中。

1.4.2 微小残留检测方法 抽取患者CR后不同时间点骨髓液3~4 mL肝素钠抗凝,采用FCM检测(流式细胞仪由美国Becton-Dickinson公司生产),可供选择的单克隆标记方法有6色、8色及10色荧光分析,以CD45/SSC来设门,定义MRD≥1×10-4为阳性,MRD<1×10-4为阴性。

1 项目概况

本工程为上海市浦东新区某工地,基坑周长 1 376 m,开挖面积 117 051 m2,整体设置一层地下室,开挖深度5.65~ 5.75 m,基坑支护使用年限为 2年,基坑安全等级三级。

1.1 工程地质条件

根据勘察报告,除地表1.5 m 厚度为素填土,其余主要以黏土为主。各层黏土类型分类与地层特性见表1。另外,场地内有较多明暗浜,施工时尤其重视明暗浜对施工的影响。场地内地下水蕴藏丰富,潜水含水层水位埋深处于0.5~1.0 m 之间,丰水期埋藏较浅,对工程的影响较大。

 

表1 地层特性

  

分层 分层厚度/内摩擦角 /(°)1 1.5 素填土2 1.1 粉质黏土 1 880 20.0 19.5 3 2.0 淤泥质粉质黏土 1 780 12.0 17.5 m 地层类型 体积质量/kg . m- 内聚力/kPa ³4 1.5 砂质粉土夹淤泥质粉质黏土 1 830 5.0 31.0 5 3.0 淤泥质粉质黏土 1 780 12.0 17.5 6 8.3 淤泥质黏土 1 680 11.0 12.0 7 3.3 黏土 1 740 13.0 13.0

1.2 周围环境

场地周边均为道路,道路上有各种管线,重点监测北边碧云路与西边白桦路的煤气管线。特别是西边白桦路基坑边界离围墙(用地红线)的距离最小为 2.1 m,且道路上的煤气管线离围护体中心的距离仅有 6.2 m,另外有煤气管接头伸入场地内。

1.3 基坑围护设计

基坑围护主要包括支护与止水体系、支撑体系和加固体系三大部分组成。

当板桩插入到设计标高时,溢出的水泥土及时进行处理,控制到一定标高,以便进行下道工序施工。

(2)支撑体系。以前撑式注浆钢管支撑为主,注浆钢管采用 Φ 325×8 钢管,水平倾角为 50°,钢管长 24 m,桩端进入 5-1-5 层黏土层,单根钢管注浆≥ 5 t。

(3)加固体系。坑周被动区土体加固采用双轴 2 Φ 700 @ 1000 搅拌桩 ,加固深度为×坑底以下 4 m,坑底以下水泥掺量 13%,浆液水灰比 0.5~0.6。

2 围护工程施工

基坑围护工程施工主要针对支护与止水体系,即三轴水泥土搅拌桩与预制混凝土板桩的施工,采用新型的 ZYW 240围护桩压桩机进行预制板桩的插桩。

2.1 围护桩压桩机施工

搅拌桩内插预制混凝土板桩的施工,采用 ZYW 240 型围护桩压桩机进行板桩的插设,类似于静压桩的施工方法,将板桩插入三轴搅拌桩体中。

③东北四省区节水增粮行动项目建成后,项目区水资源管理应以“三条红线”为标准,建立相应制度,约束和规范项目区的取用水行为。加强对取水水源水量和地下水水位的动态监测,以及各重要监测断面和取水口计量设施的安装,提高项目区水资源监控能力,实施项目水资源考核管理。

(1)三轴搅拌桩施工参数调整:三轴原来水泥的水灰比从 1 调大到 1.8,掺 20%,降低施工速度,从而增大喷浆量。

2.2 施工中出现的问题

在三轴与板桩施工至场地西边时,对静力压桩插桩施工方法的挤土效应进行了监测。根据场地情况,沿白桦路从北到南每隔 10 m 设置一组监测断面,每组监测断面布置 5 个点位。其中第一个点距离围护体中心距为 6 m,一个断面上的其他点每隔 3 m 布置一个。经过多次监测,选取部分监测结果,如表2 所示。

 

表2 静力压桩挤土效应变形监测表mm

  

断面距离 6 m 9 m 12 m 15 m 18 m W 1 55.0 40.0 24.3 16.0 11.8 W 2 56.5 44.0 27.4 16.0 12.0 W 3 52.0 34.0 21.5 18.0 10.0 W 4 53.7 42.3 22.4 17.0 11.0

参考挤土桩挤土机理,结合现场实际情况,得出以下结论:预制板桩插入采用围护桩压桩机,三轴搅拌桩开始施工4~5 h 后方可压预制板桩,此时水泥土无流动性,并在表层达到了较高的强度;大体积的预制板桩在静压力下插入搅拌桩体的过程,是桩身置换土体的过程,桩底土体在桩端压力的作用下形成附加应力场,附加应力场使桩端土压缩变形,且不断将桩端土转化为桩周土,从而产生了次生应力场[3];挤压应力总是由高应力区向低应力区消散[4],表层搅拌桩强度较高,深层搅拌桩水泥土的上覆压力较大,导致水泥土无法上返,造成表层土的竖向隆起,深层土体沿桩周向外发生水平位移;另外,在饱和土体施工挤土桩时,将产生较高的孔隙水压力,从而降低了土体中的有效应力[5];水泥土向桩周挤压过程中,产生了超空隙水压力,在孔隙水压力消散的过程中,也导致土体的水平移动和竖向隆起。

3 挤土机理分析与解决措施

3.1 挤土原因分析

(1)从设计可以看出板桩占用了整个搅拌桩体 1/3 的体积;另外,黏性土体的孔隙比为 0.67~1.2,孔隙率为40%~55%,该处地下水丰富,土体含水量基本饱和。

(2)施工间距最小距离为 6 m,插桩施工在搅拌桩完成至少 4 h 之后才能开始,远远达不到在搅拌桩施工完成后30 min 内插桩的要求。夏季施工,温度较高,地表的搅拌桩水泥土基本凝固,且达到较高强度。

从表2 中可以看出,围护桩压桩机饱和软黏土中进行预制板桩的插设带来了很大的挤土效应。面对后续施工中距离道路煤气关系很近的部位,围护桩施工的挤土效应是急需解决的问题。

1.4 统计学处理 采用SPSS17.0软件进行统计学分析,计数资料以百分率表示,比较采用χ2检验,计量资料以表示,比较采用t检验,并进行Logistic回归分析,以P<0.05为差异有统计学意义。

3.2 解决措施

用 80 t 履带吊机起吊预制桩,插入指定位置,先依靠自重下插到自然深度,在送桩过程中随着桩体下沉深度增加,逐渐将桩体送入。在桩顶一侧(基坑外一侧)安装 1 根 2.5 m 的标高定位钢筋,板桩下沉过程中采用水准仪严格控制桩顶标高,桩顶标高≤±50 mm,板桩施工后拔除标高定位钢筋。

(2)降低预制桩插桩时桩周的土体强度。在同一应力条件下,挤土效果是强度高的地方变形小,强度低的地方变形大,高应力区往低应力区扩散。如果搅拌桩的强度低于周围土体的强度,那么搅拌桩体不会挤压周围土体,也就不会产生挤土效应。黄显瑛等采用 P·O 32.5 水泥代替 P·O 42.5水泥,通过较长的初凝时间降低插桩时搅拌桩的强度[6]

(3)降低孔隙水压力,或者及时使孔隙水压力消散。打应力释放孔,钻孔放水,减小孔隙水压力。

由于战乱,下江的形势十分吃紧,和祥轩东家黎老板也常住在上河的河口。生意也一天比一天清淡,黎老板也只是无奈地摆摆头。这种情形一直持续到内战爆发。直到有一天,和祥轩的东家黎老板突然收到一封大公子从南京城寄来的信,大公子在南京城里当差。东家打开信一看,是大少爷敦促他把田产和铺面都卖掉,而且是越快越好。黎老板在茶房里气得不行,并恶骂大少爷是“娘的败家子”。他把这封信也给张满春看了,张满春也觉得大少爷太糊涂,挣得一份家业容易吗?既然挣上手了又何必卖掉,不是脑子出了毛病?同样内容的信黎老板之后又收到了好几封,而且一封比一封催得急切。东家只是感叹道,疯了,他简直是疯了。

4 现场应用

本工程围护桩还有西侧白桦路约 210 m 以及南侧明月路 100 m 未施工,且预制板桩均为密插。基坑围护体边界距离围墙最近只有 0.9 m,不具备开挖防挤沟以及施工应力释放孔等施工措施。要是在水泥中添加缓凝剂,缓凝时间在 1~2 h,预计还是会有较大的挤土效应,且增加了施工成本。

经过讨论分析,决定采用吊车插桩的方法,旨在缩短插桩的时间间隔,在水泥土具有一定流动性、未凝固前将板桩插入搅拌桩中,使部分水泥土在插桩时上返,而不是向四周挤压,从而降低或避免挤土效应。

经过相关资料的查询与施工经验总结,通过调整三轴搅拌桩的施工工艺,严格控制预制混凝土板桩的施工,板桩的施工质量能够得到很好的控制。

4.1 三轴搅拌桩施工调整

插桩施工流程为:三轴搅拌桩施工完成→定桩位→桩机就位→复核桩位→吊桩→压桩→送桩→压桩结束移位。

(2)三轴施工方式调整:在三轴搅拌桩跳打的施工方式基础上,施工完套打搅拌桩后,对已完成的大幅搅拌桩进行一次快速复搅(见图1),工序 4 与工序 7 为快速复搅。

  

图1 三轴搅拌桩施工工序图

4.2 预制板桩插桩施工

(1)板桩插桩施工流程见图2。

  

图2 板桩插桩施工流程图

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(3)定位预制桩放置:在基坑外侧平行沟槽方向放置一根定位型钢,规格为 500×300 H 型钢,长度约 13 m,必须放置固定好。三轴搅拌桩完成后,根据预制板桩桩位安装预制板桩槽钢定位卡,槽钢定位卡与定位型钢采用挂钩方式连接,定位误差≤2 cm。

(4)预制板桩吊插:预制混凝土矩形桩插入宜在搅拌桩施工结束后 30 min 内进行,插入前必须检查混凝土板桩垂直度,确保满足垂直度要求。预制混凝土板桩虽然质量大,但是其表面较粗糙,与搅拌桩体的摩擦力大,随着受自重下沉,将在某个位置达到受力平衡而停止下沉。利用这个平衡点,通过调节水泥土的稠度,使板桩受力平衡时桩顶标高高于设计标高,待取出吊桩链条后,在外力的作用下,将板桩压至设计标高。严禁采用多次重复起吊并松钩下落的插入方法。

(1)减小预制桩的截面积。减小占据土体孔隙的体积,从而降低孔隙水压力。采用“工”字型预制板桩,一方面减小了板桩的体积,另一方面由于挤土变形使强度高的地方变形小,强度低的地方被挤压密实,这样有利于预制桩之间的土达到挤密的效果,降低了挤土效应的同时,增强了止水效果。

(1)支护与止水体系。采用三轴搅拌桩内插预制混凝土板桩的支护方式。三轴搅拌桩规格为 3 Φ 1000 @ 1500,预制板桩规格为 750×300,长度为 13 m、17 m,插桩分为密插(间距 750 m)与插二跳一(平均间距 1 125 m)。三轴搅拌桩浆液水灰比 1.5~2.0,水泥掺量 20%,28 d 无侧限抗压强度标准值>0.8 MPa。

(2)板桩施工沟槽置换土清理:根据放样出的围护中心线,用挖掘机沿围护中心线平行方向清理置换土。插桩过程中,每插一根桩都进行返浆的清理,为下一根桩做准备。

4.3 挤土效应监测

在场地外距离围护体 2.8 m 处沿围护体方向每隔 5 m 设置 1 个沉降观测点。从表3 中沉降观测点可以看出,挤土效应大大降低,几乎对场外地层无挤土效应。

本文基于多源数据,首先采用假设检验方法对我国两化融合整体绩效进行实证分析,进而探索性地研究两化融合在增强企业价值创造能力、推动行业综合发展、提升经济发展质量等方面绩效产生的机理,相关指标设计及数据来源如表1所示。①各研究对象的两化融合发展水平及两化融合关键指标等数据均来源于两化融合服务平台的两化融合评估系统(www.cspiii.com/pg/)数据库;②上市企业总市值来源于Wind数据库;③重点行业全要素生产率、第二产业投入产出比和全要素生产率均来源于国务院发展研究中心信息网数据库;④第二产业人均增加值来源于国家统计局。

 

表3 挤土变形监测

  

点号 高程初始值 / m 观测值 / m 沉降值 / mm 14 号 0.539 0.540 1 15 号 0.550 0.552 2 16 号 0.535 0.538 3 17 号 0.530 0.534 4 18 号 0.532 0.533 1 19 号 0.529 0.532 3 20 号 0.534 0.537 3 21 号 0.544 0.548 4 22 号 0.534 0.539 5 23 号 0.524 0.530 6 24 号 0.514 0.517 3 25 号 0.509 0.510 1注:(1)测量时正在 21 号、22 号、23 号监测点附近施工。(2)正数代表抬升,负数代表下沉。

4.4 吊车插桩施工经验总结

(1)搅拌桩体的均匀性、黏稠度是顺利插桩的关键。保证搅拌桩搅拌充足,桩体均匀,水泥土具有一定流动性,稠度适中,确保插桩时土体的强度相对较低。避免水泥土太稀或太稠,太稠了无法依靠板桩自重下插;太稀了容易偏位且桩顶标高不易控制。

(2)保证预制混凝土板桩的垂直度。

(3)定位准确,使板桩中心与搅拌桩中心重合。

(4)有足够的辅助下压力,在遇到问题时能提供足够的下压力。

那天,我从上午起,一刻不停地溜达到下午,虽有倦意,但还是想到处看看,就因为这多逗留的片刻,促成了我和北大的缘分。

(5)无法下插时进行复搅,严禁采用多次重复起吊并松钩下落的插入方法。

4.5 创新点与特点

(1)在三轴跳打施工方式下,施工完成套打桩后,对三轴搅拌桩大幅度进行快速复搅,解决了吊车插桩时出现的第 4 根板桩难下插的问题。

通过我们多N镇党员队伍现状分析发现无论是从年龄结构、性别比例、学历情况都与全国相比存在不小的问题,老龄化严重、女性党员比例和学历偏低的现象不容忽视。

(2)严格控制三轴搅拌桩体质量,利用水泥土自身阻力,依靠板桩自重下行到一定位置,取下吊桩绳索,然后在外力作用下压至标高。减少了焊接吊筋的麻烦,桩顶标高也可以很好地控制。

(3)极大缩短了三轴搅拌桩与板桩的施工时间间隔,下插板桩几乎无挤土效应,尤其是在场地受限、狭小的地方起到很大作用。

(4)预制板桩完全被包裹在三轴搅拌桩体内,围护体占地面积得到保证,整体性好。

5 结 语

本文主要介绍了地基基础施工中,三轴搅拌桩内插预制混凝土板桩围护体的施工。分析了采用新型围护桩压桩机施工所带来挤土效应的原因、原理,并提出了针对性的解决措施:①减小预制桩的截面积;②降低预制桩插桩周围的强度;③降低孔隙水压力,或者及时使孔隙水压力消散。在采用吊车插桩方式后,通过调整三轴搅拌桩的参数与施工方式,达到保证搅拌桩质量并适于插设预制板桩的效果,几乎无挤土效应;同时严格控制板桩垂直度与施工过程,使围护体的质量得到保证。总结了无挤土效应的吊插板桩施工经验,为同类围护施工提供借鉴。

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另外,采用新型的 ZYW 240 围护桩压桩机施工围护桩墙,具有很多优点与优势,但是目前施工挤土效应大,如果能够得到很好的解决,会有很广阔的应用。

参考文献:

[1] 建筑地基基础工程施工规范 GB 51004-2015[S].

[2]王涛.SMW工法在深基坑支护中的应用与研究[J].建材装饰,2015(48):9-11.

[3]孙茂良.挤土桩施工可能引起的工程地质问题及防治对策[J].地质灾害与环境保护,2001,12(4):38-43.

[4]黄东胜,李湖胜,王朝胜.挤土效应机理及其防护措施研究[J].四川建筑科学研究,2009,35(5):90-92.

[5]周乾,何山,吴发红,等.弱挤土效应桩的设计与试验[J].四川建筑科学研究,2011,37(5):103-106.

 
冯明跃,李振平,隋海龙
《建筑科技》 2018年第05期
《建筑科技》2018年第05期文献

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