CN101748735A - 软土地区减少桩偏斜的基坑开挖方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供的软土地区减少桩偏斜的基坑开挖方法，在软土地基中完成桩基施工后，再进行基坑开挖，在基坑开挖前先在基桩[21]周围挤土区内以干法钻进工艺打卸压孔[22]，所说卸压孔是垂直孔，并是依桩基的对称中心对称地打在基桩周围，卸压孔孔底低于基坑底。本发明提供的软土地区减少桩偏斜的基坑开挖方法，通过在桩周挤土区打卸压孔来降低桩侧总压力，释放挤土应力，施工方法简单，可有效降低桩的偏斜量。本发明与分层开挖施工方法相比，可一次性开挖到基底，减少了截桩次数，工序安排简单，施工速度快。本发明与排水固结法相比，桩侧应力释放速度快，施工时间大大缩短，施工简便，开挖不受影响。
Description
技术领域 本发明涉及的是一种软土地区减少桩偏斜的基坑开挖方法，尤其是在软土地基采用挤土桩施工并进行深基坑开挖时减少桩偏斜的方法，属固定建筑物之基础挖方、桩技术领域。
背景技术 沿海地区的软土地层分布较为广泛，在这种地层上开展的各类土建工程中，基础常采用的是桩基础。在一些进行桩基础施工后需开挖深基坑的工程中，发现在深基坑开挖时，往往会出现桩偏斜的问题，这一问题在软土地基采用挤土桩施工并进行深基坑开挖时是十分普遍的，是工程中具有共性的一类工程问题。
造成桩偏斜的发生与桩基类型、桩的施工方法、场地工程地质情况、基坑开挖方法和采取的工程措施诸因素有关。当采用预制混凝土方桩或预应力混凝土管桩时，通常采用静压设备或振动、锤击等沉桩设备施工，由于这类桩属挤土桩，在施工过程中不可避免的会引起地层中总应力和孔隙水压力上升，如果施工工艺控制不当，还有可能导致土体隆起及侧向移动，这种效应称为“挤土效应”。若场地工程地质条件为软弱土地基，由挤土效应产生的土体中超静孔隙水压力的消散非常缓慢，总应力的释放速度也十分缓慢，从而直接影响到施工速度和安全。当在这种地基中进行深基坑开挖时，如果不对开挖过程进行严格地控制，造成开挖面两侧压力不均衡，就很容易出现桩偏斜的现象。
一旦发生桩偏斜，就需要采取各种纠偏技术予以校正或补桩，这增加了工程建造的成本，同时也给工程建造带来一定的隐患。针对这种问题，工程中常采取分层开挖来控制桩的偏斜，但这种方法需多次截桩，施工成本较高，也影响施工进度。还有就是通过采用地基中打塑料排水板法加速地基的固结，来实现地基应力的释放，但由于排水固结法需一定的时间，影响工期，而且在地基中插入塑排后影响开挖施工，效果并不理想。
本发明中所称的基桩是指用作基础的单根桩，桩基是指桩基础，包含单基桩基础和群基桩基础。
发明创造内容 针对上述不足，本发明所要解决的技术问题就是采取更为方便、有效的措施减少桩偏斜的发生，防患于未然。
本发明提供的软土地区减少桩偏斜的基坑开挖方法，在软土地基中完成桩基施工后，再进行基坑开挖，在基坑开挖前先在基桩周围挤土区内以干法钻进工艺打卸压孔，所说卸压孔是垂直孔，并是依桩基的对称中心对称地打在基桩周围，卸压孔孔底低于基坑底。
本发明提供的软土地区减少桩偏斜的基坑开挖方法，通过在桩周挤土区打卸压孔来降低桩侧总压力，释放挤土应力，施工方法简单，可有效降低桩的偏斜量。本发明特别适用于打有各类挤土桩的、土质较差的软土地基，而要挖的基坑底部位于较厚的软弱土层中，开挖深度在2m至8m的基坑开挖工程中的桩减偏。本发明与分层开挖施工方法相比，可一次性开挖到基底，减少了截桩次数，工序安排简单，施工速度快。本发明与排水固结法相比，桩侧应力释放速度快，施工时间大大缩短，施工简便，开挖不受影响。
所说卸压孔直径为100～150mm，卸压孔深度超过基坑开挖深度0.8～1.2m，以防止基底回弹孔深不足。
所说卸压孔在桩周的钻孔方式根据下列布桩情况以下列布局进行：
(1)当卸压孔是针对单基桩基础时，所说卸压孔有4个，各在以桩中点为交点的正交线上，卸压孔布置的对称中心为桩中点；
(2)当卸压孔是针对双基桩基础时，所说卸压孔有7个，各在以各桩中点为交点的正交线上，其中一条线通过双桩的两桩中点，卸压孔布置的对称中心为两桩中心连线的中垂线，其中一桩在两桩中心连线的中点；
(3)当卸压孔是针对等边三角形布局的三桩基础时，所说卸压孔有8个，各在以各桩中心为交点的正交线上，其中一条线通过三桩中的两桩中心，卸压孔布置的对称中心为所说通过三桩中两桩中心的连线的中垂线，该中垂线同时通过另一桩；或者卸压孔有10个各在以各桩中心为交点的正交线上，其中各桩各有一条线组成各夹角为120°的Y形，卸压孔布置的对称中心为该Y形布局的三线的交点；其中一桩在等边三角形的中心点；
(4)当卸压孔是针对正方形布局的四桩基础时，所说卸压孔有12个，各在以各桩中点为交点的正交线上，正交线中包括与正方形四边重合的四条线，卸压孔布置的对称中心为正方形的中心点，其中正方形四边中点各有一桩；
一行多桩的桩基按双桩基础处理；两行多桩的桩基按四桩基础处理；正方形四桩加中心桩的桩基按正方形四桩基础处理且中心卸压孔取消；
每根桩同一径线上的卸压孔尽量只安排1个；卸压孔与桩中心距在桩径的2.0～3.0倍之间。
打卸压孔是在基桩和维护桩施工完毕后进行的，方法是：在基坑范围内，以双数台地质钻机双向推进，并采用先周边，后中间的对称等速钻孔；基坑边长超过40m时可先将基坑等分成边长小于40m的分区或以后浇带作为分区界线分区，再按上述方法对各分区进行钻孔；钻孔时每个分区所用钻机数量为4～8台。
打卸压孔完毕后进行基坑开挖，基坑的挖土次序是基坑四周先开挖，再以“大基坑，小开挖”原则进行分区跳挖，其中分区原则是按后浇带分区块开挖，分区长度＜40m。
土方开挖前应在基坑内设置明沟排水，沿基础轮廓线外不小于0.3m处挖排水沟，沟底低于基坑挖土面0.3～0.5m，沟底宽0.3m。基坑内设置集水坑或集水井，分布的集水坑、井相对于基坑中线对称，集水坑、井的直径一般为0.7～1.0m，集水坑、井的底部低于排水沟底1m，排水沟和集水坑、井应随基坑的加深而逐渐加深。根据所观测到的地下水位对所有集水坑、井进行同时抽水，各集水坑、井之间的水位差及集水坑、井中水位与开挖中的基坑底的高程差控制在0.5m以内。
土方开挖时注意对称开挖，基坑主体土方挖掘的容许误差为标高方向±50mm，长宽方向+500mm、-150mm，坑底地梁、承台和底板垫层土方挖掘的容许误差为标高方向-50mm，长宽方向+200mm、-50mm，若不慎超挖后更禁止用原土回填，而应采用塘渣料，其最大粒径应不超过10cm，通过5mm筛孔的质量控制在30～50％，塘渣经分层回填压实。同一处地梁同时开挖长度在10米以内，否则应当开挖一段后对这一段进行垫层施工并同时开挖另一段，且每段不超过10米。基坑中承台挖掘完毕后应以砌砖模围护。所挖出的土方必须及时运离工地，不得堆放在工地内。
本发明提供的软土地区减少桩偏斜的基坑开挖方法，在土方开挖到底后，应立即进行地下工程作业，以减少坑壁和基底暴露的时间，避免受风雨日晒破坏。最好在某一分区基坑开挖到底时便在该处进行截桩、做垫层、支砖胎模围护，除避免受损外还可逐步利用基础的重量来代替被挖去土体的重量，这样有利于防止基坑底部土体的回弹，也可加速建筑主体结构施工。
本发明采用在桩周打卸压孔来直接降低桩侧总应力，再配合对称开挖保持桩侧压力差不致于过大，并加快施工速度、尽快形成整体基础等方法综合治理，以进一步控制桩偏斜量。
附图说明 图1为本发明中一单桩(挤土桩)施工后桩侧挤土区总应力及孔压分布及卸压孔位置示意图，图中：1-基桩，2-卸压孔，3-挤土区，4-扰动区，rs-挤土区半径；
图2为图1中应力变化曲线图，图中：a-纵坐标，应力增量，at-桩周总应力增量，ap-桩周孔压增量，r-横坐标，以基桩轴线为圆心的范围半径，r2-卸压孔所在圆半径，rs-挤土区半径，σ1-未打卸压孔的挤土后总应力曲线，σ1-打卸压孔的挤土后总应力曲线，r大于r2后与σ1重合；软土地基中挤土桩施工过程中桩侧土受到挤土作用，总应力水平大幅提高甚至可能达到原有地基应力的数倍以上，孔压也随之上升，但其应力分布随着距桩周的距离的增加而减小，在桩侧较近距离内开卸压孔即可较好的释放总应力。
图3为本发明中双根桩基础的卸压孔分布图，图中：21-基桩，22-卸压孔；
图4为本发明中三根桩基础的卸压孔分布图，图中：31-基桩，32-卸压孔；
图5为本发明中四根桩基础的卸压孔分布图，图中：41-基桩，42-卸压孔；
图6为本发明卸压孔施工程序图，图中：5-基坑分区，6-基坑中的基桩，I1-一号钻机第一次推进路线，I2-一号钻机第二次推进路线，I3-一号钻机第三次推进路线，II1-二号钻机第一次推进路线，II2-二号钻机第二次推进路线，II3-二号钻机第三次推进路线，III1-三号钻机第一次推进路线，III2-三号钻机第二次推进路线，III3-三号钻机第三次推进路线，IV1-四号钻机第一次推进路线，IV2-四号钻机第二次推进路线，IV3-四号钻机第三次推进路线。
具体实施方式 1、某软土地基中需要在完成桩基施工后开挖基坑，在基坑开挖前先在桩基周围挤土区内以干法钻进工艺打卸压孔，即对称地在基桩周围挤土区内的打了3个垂直孔，孔的深度大于基坑开挖深度。打了卸压孔后可大幅降低基桩施工时对桩周土的挤压所产生附加应力。通常情况下，基桩桩径越大，卸压孔的数量和/或孔和孔径要随之增加。
2、如图1所示，是在一单桩1在其周围以半径rs范围内的挤土区3内打了四个对称的卸压孔2，即该单桩的卸压孔有4个并在以桩中点为交点的正交线和以桩中点为圆心以为r2半径的圆的四个交点上。其中，基桩直径为400mm，r2为1000mm，卸压孔直径为150mm。其由桩的施工方法和土层条件确定的挤土区内的应力增量a随距离基桩的范围半径r的变化如图2所示，桩周孔压增量ap离基桩越远越小，到挤土区边缘rs降为0，扰动区4内无桩周孔压增量。在未打卸压孔前，受挤土作用引起的桩周总应力增量at也同样离基桩越远越小，到挤土区边缘rs降为与原有地层应力相等的一常数，由曲线σ1表示。但在打卸压孔后，在卸压孔所在点r2所划定的范围内该桩周总应力增量at从卸压孔所在处向基桩下降，由曲线σ2表示。
3、如图3所示，有双桩21构成的桩基，卸压孔22的布置是：卸压孔有7个，两桩中心连线的中点上布置一个，各桩周围再各布置3个。该7个卸压孔在以桩为交点的正交线和以桩为圆心，在两桩间距离的一半为半径的圆的7个交点上。本例桩径为300mm，两桩间距为1800mm，卸压孔直径为130mm。
4、如图4所示，有等边三角形布局的三桩31构成的桩基，卸压孔32的布置是：卸压孔有8个，所说等边三角形的外切圆圆心上布置一个卸压孔，该外切圆圆心与三桩之一中心的连线为该三桩的卸压孔布置对称轴。另外两桩中心的连线及过该两桩与对称轴平行的直线、过在对称轴上的桩并与两桩连线平行的直线组成三个正交线。在桩基的外围、各桩正交线上分布有卸压孔，其中在对称轴上的桩周有3个，其余两桩各有2个。除在三桩中心点即三桩外切圆圆心上的卸压孔外，其余7个桩与其所在正交线交点的距离相同。本例桩径为250mm，三桩中心外切圆半径为1000mm，卸压孔直径为120mm。
5、如图5所示，有正方形布局的四桩41构成的桩基，卸压孔42有12个，正方形四边各与以上双桩的卸压孔布置相同的方式布置卸压孔，各重复点保留一个。本例桩径为200mm，正方形边长1000mm，卸压孔直径为100mm。
6、如图6所示本例提供的软土地区减少桩偏斜的基坑开挖方法，在一软土地基中开挖基坑，经分区得长40m，宽25m的基坑分区5，在基坑范围内的桩基础6和维护桩施工完毕后，有4台钻机进场，以干法工艺在桩周围打卸压孔，根据不同桩数的桩基按不同的卸压孔布局钻孔。但卸压孔均按桩基的某中心点或中心线为对称点(轴)分布。在钻卸压孔时，四台钻机同时同速打孔，并按先周边，后中间的对称等速钻孔，具体路线是第一轮一、二号钻机从西到东在基坑北边平行推进I1、II1，三、四号钻机同时同速从东到西在基坑南边平行推进III1、VI1；第二轮一、二号钻机从北到南在基坑东边平行推进I2、II2，三、四号钻机同时同速从南到北在基坑西边平行推进III2、IV2；第三轮一、二号钻机从东到西在基坑中线平行推进I3、II3，三、四号钻机同时同速从西到东在基坑中线平行推进III3、IV3最后终止于基坑中点。
Claims (10)
1.一种软土地区减少桩偏斜的基坑开挖方法，在软土地基中完成桩基施工后，再进行基坑开挖，其特征在于在基坑开挖前先在桩周围挤土区内以干法钻进工艺打卸压孔，所说卸压孔是垂直孔，并是依桩基的对称中心对称地打在基桩周围，卸压孔孔底低于基坑底。
2.如权利要求1所述的软土地区减少桩偏斜的基坑开挖方法，其特征在于所说卸压孔直径为100～150mm，卸压孔深度超过基坑开挖深度0.8～1.2m。
3.如权利要求1或2所述的软土地区减少桩偏斜的基坑开挖方法，其特征在于所说卸压孔在桩周的钻孔方式根据下列布桩情况以下列布局进行：
(1)当卸压孔是针对单桩基础时，所说卸压孔有4个各在以桩中点为交点的正交线上，卸压孔布置的对称中心为桩中点；
(2)当卸压孔是针对双桩基础时，所说卸压孔有7个各在以各桩中点为交点的正交线上，其中一条线通过双桩的两桩中点，卸压孔布置的对称中心为两桩中心连线的中垂线，其中一桩在两桩中心连线的中点；
(3)当卸压孔是针对等边三角形布局的三桩基础时，所说卸压孔有8个各在以各桩中心为交点的正交线上，其中一条线通过三桩中的两桩中心，卸压孔布置的对称中心为所说通过三桩中两桩中心的连线的中垂线，该中垂线同时通过另一桩；或者卸压孔有10个各在以各桩中心为交点的正交线上，其中各桩各有一条线组成各夹角为120°的Y形，卸压孔布置的对称中心为该Y形布局的三线的交点；其中一桩在等边三角形的中心点；
(4)当卸压孔是针对正方形布局的四桩基础时，所说卸压孔有12个各在以各桩中点为交点的正交线上，正交线中包括与正方形四边重合的四条线，卸压孔布置的对称中心为正方形的中心点，其中正方形四边中点各有一桩；
一行多桩的桩基按双桩基础处理；两行多桩的桩基按四桩基础处理；正方形四桩加中心桩的桩基按正方形四桩基础处理且中心卸压孔取消；
卸压孔与桩中心距在桩径的2.0～3.0倍之间。
4.如权利要求1所述的软土地区减少桩偏斜的基坑开挖方法，其特征在于打卸压孔是在基桩和维护桩施工完毕后进行的，方法是：在基坑范围内，以双数台地质钻机双向推进，并采用先周边，后中间的对称等速钻孔。
5.如权利要求4所述的软土地区减少桩偏斜的基坑开挖方法，其特征在于基坑边长超过40m时先将基坑等分成边长小于40m的分区或以后浇带作为分区界线分区，再按上述方法对各分区进行钻孔。
6.如权利要求4所述的软土地区减少桩偏斜的基坑开挖方法，其特征在于基坑的挖土次序是基坑四周先开挖，再以“大基坑，小开挖”原则进行分区跳挖，其中分区原则是按后浇带分区块开挖，分区长度＜40m。
7.如权利要求1所述的软土地区减少桩偏斜的基坑开挖方法，其特征在于土方开挖前先在
基坑内设置明沟排水，沿基础轮廓线外不小于0.3m处挖排水沟，沟底低于基坑挖土面0.3～0.5m；
基坑内设置集水坑或集水井，分布的集水坑、井相对于基坑中线对称，集水坑、井的底部低于排水沟底1m；
排水沟和集水坑、井应随基坑的加深而逐渐加深；
各集水坑、井之间的水位差及集水坑、井中水位与开挖中的基坑底的高程差控制在0.5m以内。
8.如权利要求1或7所述的软土地区减少桩偏斜的基坑开挖方法，其特征在于
土方开挖时按对称开挖；
基坑主体土方挖掘的容许误差为标高方向±50mm，长宽方向+500mm、-150mm；
坑底地梁、承台和底板垫层土方挖掘的容许误差为标高方向-50mm，长宽方向+200mm、-50mm；
若不慎超挖后采用塘渣经分层回填压实，所用塘渣料的最大粒径应不超过10cm，通过5mm筛孔的质量控制在30～50％；
同一处地梁同时开挖长度在10米以内，否则应当开挖一段后对这一段进行垫层施工并同时开挖另一段，且每段不超过10米；
基坑中承台挖掘完毕后应以砌砖模围护；
所挖出的土方必须及时运离工地。
9.如权利要求8所述的软土地区减少桩偏斜的基坑开挖方法，其特征在于在土方开挖到底后，应立即进行地下工程作业。
10.如权利要求9所述的软土地区减少桩偏斜的基坑开挖方法，其特征在于最好在某一分区基坑开挖到底时便在该处进行截桩、做垫层、支砖胎模围护。
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