CN104264688B - 人工挖孔变截面桩支护施工工艺 - Google Patents
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Abstract
一种人工挖孔变截面桩支护施工工艺，沿原有支护结构内侧施工，施工步骤：（1）按照隔三挖一的工序依次开挖第一序、第二序、第三序挖孔桩（2）于桩顶设置冠梁以增强支护结构整体刚度，按设计计算要求分层施工水平支撑或锚索，待达到设计强度要求后，开挖基坑内基坑土方至坑底；（3）将坑底以上人工挖孔变截面桩找平，做好内防水，施工地下室底板，并将底板混凝土与原支护桩紧贴浇注；（4）拆除第二道加固锚索或拆除支撑，向上施工完成地下室结构；（5）坑底以上人工挖孔桩空置部分钢筋伸入地下室底板，兼作地下室结构桩和抗浮桩。解决因原支护桩与地下室外边线间余留施工空间小，或上部存在内支撑、腰梁外凸等导致大直径加固支护桩施工机械摆放不下难以施工的问题。
Description
技术领域
本发明涉及基坑加固技术，尤其是一种人工挖孔变截面异型桩在基坑内狭窄空间中进行基坑支护加固的技术。
背景技术
随着社会经济的快捷发展，城市建设规模扩大，城市用地紧张的矛盾日益突出，人们开始更多地开发利用地下空间。为保证基坑周边建（构）筑物、地下管线、道路的安全和正常使用，同时为地下室结构提供施工空间。开挖深度较大（一般大于10m）且地质条件差的深基坑开挖，普遍采用φ800~1200mm大直径钢筋混凝土桩或φ800~1000mm厚地下连续墙结合锚索（或支撑）进行挡土支护。必要时补充止水措施，目前基坑支护设计方法和施工技术较成熟。
但由于建筑设计方案变更，增加地下室层数，需加大开挖深度，基坑超挖出现吊脚桩，原支护结构不能满足挡土要求或因施工质量原因导致坑底上支护桩断裂，原按正常使用极限状态设计的支护结构超过自身承载能力极限状态，出现支护结构破坏，需回填反压稳定后再进行加固处理的不良案例时有发生，处理不当将产生严重后果。
针对上述基坑开挖加深出现吊脚桩、或断桩的加固处理，目前多采用在基坑内密排直径φ180~300mm钢管桩、密扣钢板桩或φ800~1200mm大直径钢筋混凝土桩+锚索（或内支撑）进行加固处理。该加固方法支护结构受力明确，相对安全可靠，且变形较小。对工程地质条件较优良、基坑下部岩土自稳能力较好的场地，也采用复合土钉墙加固处理。但是一般情况下，已施工支护桩内边线与地下室外边线余留空间仅有800~1200mm，且支护桩内侧上部多已施工锚索（或内支撑），腰梁外凸将进一步限制缩小加固施工空间，大型施工机械摆放空间不够，导致加固施工无法开展，坑内施工大直径支护桩或钢管桩难度较大。即使能施工，将占用地下室空间影响其功能。特别是对已出现险情，经回填反压的基坑，原支护桩与现加固支护结构之间存在软弱夹层，两者不能有效紧贴，将加大下部变形，可能导致支护结构破坏或变形过大而影响周边环境。另外对开挖深度较大的基坑，坑底开挖加深，侧向土压力成倍加大，因钢管桩直径小，或钢板桩自身刚度不大，控制桩后土体变形能力较差，需增加多道水平支撑或锚索来满足钢管桩（或钢板桩）抗弯、抗剪刚度小的缺点，工程造价增加，施工时间加长，使用受到限制。
基坑加深或加固处理如采用复合土钉墙，该加固支护形式需要分层开挖，逐层施工土钉（锚杆）。土体外露，如其自稳能力较差，增加土体坍塌破坏的风险。另外土钉（锚索）抗拔承载力小，不能满足整体稳定要求，特别是在地下水埋藏较浅的砂层场地，锚杆成孔困难，打穿已有止水帷幕，孔口涌水涌砂将导致周边不均匀沉降或坍塌。对已出现险情经回填反压的基坑加固，分层大范围竖向开挖，形成较大临空面将增加原支护结构变形的风险，或出现突发性破坏，严重限制复合土钉墙的使用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种人工挖孔变截面桩支护施工工艺，解决因原支护桩与地下室外边线间余留施工空间小，或上部存在内支撑、腰梁外凸等导致大直径加固支护桩施工机械摆放不下难以施工，或已出现险情经回填反压需严格控制原支护结构变形，或土质条件较差的基坑加深支护或加固的问题。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种人工挖孔变截面桩支护施工工艺，沿原有支护结构内侧施工人工挖孔变截面桩支护，所述人工挖孔变截面桩支护由多个人工挖孔变截面桩一字排列形成，与原有支护结构之间紧密接触，其具体包括以施工步骤：
（1）间隔施工第一序挖孔桩，相邻挖孔桩之间为三个挖孔桩的直径之和，挖至坑底后，在孔内绑扎钢筋笼或整体吊装钢筋笼；坑底以下全断面浇筑砼，坑底以上按设计要求采用模板隔离浇筑成半截面桩；
（2）第一序挖孔桩达到初凝后，在相邻挖孔桩之间的中心位置施工第二序挖孔桩，然后浇筑混凝土；
（3）最后施工第三序挖孔桩，第三序挖孔桩位于第一序挖孔桩与第二序挖孔桩之间，施工时应挖除与其紧临的第一、二序挖孔桩的护壁；
（4）于桩顶设置冠梁以增强支护结构整体刚度，按设计计算要求分层施工水平支撑和/或锚索，待达到设计强度要求后，开挖基坑内基坑土方至坑底；
（5）将坑底以上人工挖孔变截面桩找平，做好内防水，施工地下室底板，并将底板混凝土与原支护桩紧贴浇注；
（6）拆除第二道加固锚索或拆除支撑，向上施工完成地下室结构；
（7）坑底以上人工挖孔桩空置部分钢筋伸入地下室底板，兼作地下室结构桩和抗浮桩。
作为改进，施工前，首先确定原支护结构外边线到地下室外边线之间现可使用空间大小，计算确定坑底以上人工挖孔变截面桩的宽度、配筋、所需水平向支撑或锚索间距和规格、坑底以下的支护桩嵌固深度和配筋及挖孔桩平面布置，需满足支护结构抗弯、抗剪和整体稳定及变形控制要求。
作为改进，人工挖孔桩直径一般不宜小于1200mm，第一和第二序挖孔桩桩体开挖时临空面不应全部覆盖原单根支护桩；挖孔桩现浇护壁厚150~200mm，单节挖孔深度800~1000mm；在桩孔内绑扎钢筋笼，坑底以下桩体全断面灌注混凝土，坑底以上按设计宽度用模板隔离浇筑混凝土，兼做地下室外墙支模，既满足加固支护要求又不影响地下室结构。
作为改进，坑底以上按设计要求采用模板隔离浇筑成半截面桩后，纵向连结成为变截面墙，空心部分回填中粗砂、振实。
本发明与现有技术相比所带来的有益效果是：
1、人工挖孔变截面桩（墙）施工方便，不受外部条件限制，不影响已设计地下室的建设；
2、人工挖孔桩自身刚度大，抗弯和抗剪能力强，与水平支撑或锚索相结合，能有效控制支护结构变形，特别是土质条件较差、周边环境条件复杂的超深基坑加深或加固处理；
3、挖孔桩护壁可紧贴原支护桩，保证加固支护结构与原支护结构构成一整体，有效控制变形，特别是对已出现险情经回填反压或土质条件较差的基坑内加固；
4、挖孔桩施工方便，坑底上下分别采用不同截面，施工方便、质量可控、工期短，节省造价；
5、坑底以上半截面桩（墙）面找平后铺贴防水材料，兼作地下室外墙外侧支模，临时支护和永久使用相结合，既利用狭窄空间，又节省工程造价；
6、人工挖孔变截面桩坑底以下部分空置部分钢筋伸入地下室底板，可兼作地下室主体结构桩和抗拔桩，减少抗浮工程量，节省造价，可取得最佳经济效益。
附图说明
图1人工挖孔变截面桩平面布置图。
图2变截面桩加固支护（锚索）剖面图。
图3变截面桩加固支护（内支撑）剖面图。
图4变截面桩加固支护（锁脚锚索）剖面图。
图5变截面桩竖向大样图。
图6变截面桩横断面大样图。
图7宏宇大厦人工挖孔变截面桩加固支护剖面图。
具体实施方式
下面结合说明书附图对本发明作进一步说明。
如图1至5所示，人工挖孔变截面桩支护体系由新增人工挖孔变截面支护桩、锚索和/或支撑和冠梁、腰梁组成。应用于原有支护结构承载力不足的情况下，对原有支护结构进行加固。
施工前，首先确定原支护结构外边线11到地下室外边线1之间现可使用空间大小，计算确定坑底以上人工挖孔变截面桩的宽度、配筋、所需水平向支撑或锚索间距和规格、坑底以下的支护桩嵌固深度和配筋及挖孔桩平面布置，需满足支护结构抗弯、抗剪和整体稳定及变形控制要求。
人工挖孔桩直径一般不宜小于1200mm，桩间距根据原支护桩间距调整，原则上新设人工挖孔桩位于原支护桩之间，第一和第二序桩桩体开挖时临空面不应全部覆盖原单根支护桩。挖孔桩直径可大小不同，相间分布，挖孔桩现浇护壁厚150~200mm，单节挖孔深度800~1000mm，可根据土质条件适当调整。可在桩孔内绑扎钢筋笼，坑底以下桩体全断面灌注混凝土，坑底以上按设计宽度用模板隔离浇筑混凝土，兼做地下室外墙支模，既满足加固支护要求又不影响地下室结构。
计算时，应充分利用现有剩余空间，尽量加大坑底以上变截面墙体宽度，确保支护墙刚度。如侧向土压力较大，可于挖孔桩顶部加设支撑或锚索，必要时可自上而下布置多道支撑或锚索。对原支护桩配筋不够或已出现险情的深基坑，第一道加固锚索应位于桩已出现裂缝以上不小于1m处，或直接加设一道锚索锁脚。
如图1所示，平整场地后，开展人工挖孔桩施工，应采用“隔三挖一”的施工方式，沿原有支护结构内侧施工人工挖孔变截面桩支护，所述人工挖孔变截面桩支护由多个人工挖孔变截面桩4一字排列形成，与原有支护结构之间紧密接触，以下以锚索12加固方式进行说明，具体包括以施工步骤：
（1）间隔施工第一序挖孔桩，相邻挖孔桩之间为三个挖孔桩的直径之和，挖至坑底后，在孔内绑扎钢筋笼或整体吊装钢筋笼；坑底以下全断面浇筑砼，坑底以上按设计要求采用模板隔离浇筑成半截面桩4；纵向连结成为变截面墙，如图6所示，空心部分41回填中粗砂、振实；
（2）第一序挖孔桩达到初凝后，在相邻挖孔桩之间的中心位置施工第二序挖孔桩，然后浇筑混凝土；
（3）最后施工第三序挖孔桩，第三序挖孔桩位于第一序挖孔桩与第二序挖孔桩之间，施工时应挖除与其紧临的第一、二序挖孔桩的护壁3；
（4）如图2所示，凿除桩顶浮浆，施工第一道加固锚索12和冠梁8，待达到设计强度要求后，将锚索12张拉锁定；
（5）开挖土方至第二道加固锚索13于腰梁9处，施工锚索13和腰梁9，待达到设计强度要求后，将锚索13张拉锁定；
（6）开挖土方至坑底14，将坑底14以上人工挖孔变截面桩4找平，做好内防水，施工地下室底板，并将底板混凝土与原支护桩10紧贴浇注；
（7）拆除第二道加固锚索13，向上施工完成地下室5结构；
（8）坑底14以上人工挖孔桩空置部分钢筋伸入地下室5底板，兼作地下室5结构桩和抗浮桩。
如图3、4所示，上述锚索与水平支撑的施工原理一样，本实施例不在详细叙述。
工程实例
广州宏宇大厦项目位于广州市白云区云城东路，拟建建筑物为31层塔楼及5~7层裙楼组成，地下3层，基坑周长约470米，基坑开挖深度13.9~17.4m。基坑开挖范围土层从上至下依次为：人工填土、冲洪积成因可塑状粉质粘土和砂土、残积成因可塑局部硬塑状粉质粘土。基坑周边环境复杂，毗邻市政道路，根据开挖深度及场地地质条件，基坑选用φ10001300~1400旋挖钻孔桩+2~3道扩大头锚索进行支护，双排φ550400水泥搅拌桩止水。
基坑东侧开挖深度约13.9m，采用φ10001300旋挖钻孔桩+2道扩大头锚索支护。基坑土方开挖到底后，发现东北角14条桩在第二道腰梁以下相对标高-12.5m处出现连续裂缝，呈“V”字型张开，支护桩已断裂，变形不断扩大，经检测裂缝以下无配筋或配筋不够。即刻回填至第二道腰梁下，并需进行加固。但地下室外墙至原支护桩边仅剩750mm。上部已施工锚索腰梁外凸，限制了大型机械使用；已回填土质较差，如在基坑内布置大直径桩将占用地下室空间，影响其功能。采用钢板桩或钢管桩难以施工且造价高，工期较长。如图7所示，综合对比分析，采用人工挖孔变截面桩加固技术，经计算确定采用φ1200mm大直径挖孔桩，桩嵌固深度4m，坑底以上变截面墙厚度750mm，设置一道预应力锚索，间距2.6m，设计抗拔力720kN，锁定值600kN。桩墙抗弯、抗剪需满足规范要求，考虑到原支护桩施工凹凸不平，变截面墙的计算宽度取650mm；考虑到原支护桩已断裂且变形较大，裂缝位置水平位移已达到32mm，在标高-10.00m位置先施工一道锁脚扩大头锚索，间距2.6m，增强原支护体系的稳定性。
整平填土至-9.50m处，施工锁脚锚索和腰梁YM2，待其达到设计要求强度后，张拉锁定。向下开挖至-11.50m，按次序施工第一、二、三序人工挖孔桩，坑底以上采用模板支模隔离后再浇注砼。空桩部分用中粗砂（或粘性土）回填，确保桩身裂缝位于挖孔桩桩顶以下。凿除桩顶浮浆施工锚索和冠梁，待其达到设计强度后，张拉锁定，向下开挖土方至坑底，施工地下室底板，并将人工挖孔变截面墙找平，做好内防水，将底板与挖孔桩紧贴浇筑，变截面桩兼作地下室外支模，向上施工完成地下室结构。坑底以下挖孔桩预留钢筋伸入地下室底板，和原支护桩结合兼作抗浮桩。目前，地下室已施工至±0.00标高并回填，后期变形小于20mm，在可控范围之内。
Claims (4)
1.一种人工挖孔变截面桩支护施工工艺，其特征在于：沿原有支护结构内侧施工人工挖孔变截面桩支护，所述人工挖孔变截面桩支护由多个人工挖孔变截面桩一字排列形成，与原有支护结构之间紧密接触，其具体包括以下施工步骤：
（1）间隔施工第一序人工挖孔变截面桩，相邻人工挖孔变截面桩之间为三个人工挖孔变截面桩的直径之和，挖至坑底后，在孔内绑扎钢筋笼或整体吊装钢筋笼；坑底以下全断面浇筑砼，坑底以上按设计要求采用模板隔离浇筑成变截面桩；
（2）第一序人工挖孔变截面桩达到初凝后，在相邻人工挖孔变截面桩之间的中心位置施工第二序人工挖孔变截面桩，然后浇筑混凝土；
（3）最后施工第三序人工挖孔变截面桩，第三序人工挖孔变截面桩位于第一序人工挖孔变截面桩与第二序人工挖孔变截面桩之间，施工时应挖除与其紧临的第一、二序人工挖孔变截面桩的护壁；
（4）于桩顶设置冠梁以增强支护结构整体刚度，按设计计算要求分层施工水平支撑和/或锚索，待达到设计强度要求后，开挖基坑内基坑土方至坑底；
（5）将坑底以上人工挖孔变截面桩找平，做好内防水，施工地下室底板，并将底板混凝土与原支护结构紧贴浇注；
（6）拆除第二道加固锚索或拆除支撑，向上施工完成地下室结构；
（7）坑底以上人工挖孔变截面桩空置部分钢筋伸入地下室底板，兼作地下室结构桩和抗浮桩。
2.根据权利要求1所述的人工挖孔变截面桩支护施工工艺，其特征在于：施工前，首先确定原支护结构外边线到地下室外边线之间可使用空间大小，计算确定坑底以上人工挖孔变截面桩的宽度、配筋、所需水平向支撑或锚索间距和规格、坑底以下的人工挖孔变截面桩嵌固深度和配筋及人工挖孔变截面桩平面布置，需满足支护结构抗弯、抗剪和整体稳定及变形控制要求。
3.根据权利要求1所述的人工挖孔变截面桩支护施工工艺，其特征在于：人工挖孔变截面桩直径不小于1200mm，第一和第二序人工挖孔变截面桩桩体开挖时临空面不应全部覆盖原单根支护桩；人工挖孔变截面桩现浇护壁厚150~200mm，单节挖孔深度800~1000mm；在桩孔内绑扎钢筋笼，坑底以下桩体全断面灌注混凝土，坑底以上按设计宽度用模板隔离浇筑混凝土，兼做地下室外墙支模，既满足加固支护要求又不影响地下室结构。
4.根据权利要求1所述的人工挖孔变截面桩支护施工工艺，其特征在于：坑底以上按设计要求采用模板隔离浇筑成变截面桩后，纵向连接成为变截面墙，空心部分回填中粗砂、振实。
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