CN113882348A - 一种深厚软土深基坑软弱土体预加固方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于深基坑施工技术领域，具体公开了一种深厚软土深基坑软弱土体预加固方法，先施工基坑支护结构，再对深基坑内部软弱土体进行预加固处理，形成加固体，所述加固体侧面紧贴所述基坑支护结构且其顶部靠近地面，所述加固体厚度小于或等于所述深基坑开挖面以上软弱土体的厚度。本发明通过对基坑内上部淤泥、淤泥质土等软弱土层进行预加固处理，提高土体强度，有效控制基坑支护结构变形，以保证深厚软土深基坑施工安全。

Description

一种深厚软土深基坑软弱土体预加固方法

技术领域

本发明属于深基坑施工技术领域，更具体地，涉及一种深厚软土深基坑软弱土体预加固方法。

背景技术

随着基坑深度和开挖面积越来越大以及受周边环境等因素影响，基坑支护难度越来越大。特别是在深厚软土层地区，深基坑的支护设计是基坑能否顺利施工的关键。位于深厚软土区的深基坑工程，当周边环境复杂、对基坑变形要求较高时，常规做法是加大支护结构截面和刚度、减少支撑间距和加大支撑刚度，但在实际施工中发现这些方法并不一定能有效控制基坑的变形。而增加土体强度往往能达到很好地控制基坑变形的效果。土体加固措施有“基坑外部主动区加固”和“基坑内部被动区加固”两种方式，基坑外部土体加固主要是减少外侧主动土压力，基坑内部土体加固主要是增加内侧被动土压力。这两种加固方式在一定程度上均可达到预期要求，但基坑外侧加固范围较大，基坑内侧加固范围较小，从工程经济性比较，基坑内侧加固优势更明显。常规的基坑内侧加固方案多为对基坑底被动区土体进行加固，但基坑深度较大，基坑上部土体软弱，基坑开挖时变形难以控制，且土压力大导致支护结构内力较大，施工风险高。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种深厚软土深基坑软弱土体预加固方法，对上部软土厚度较大的基坑内侧进行加固，旨在解决对基坑底加固无法控制上部软弱土体变形而增加施工风险的问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种深厚软土深基坑软弱土体预加固方法，先施工基坑支护结构，再对深基坑内部软弱土体进行预加固处理，形成加固体，所述加固体侧面紧贴所述基坑支护结构且其顶部靠近地面，所述加固体厚度小于或等于所述深基坑开挖面以上软弱土体的厚度。

优选地，所述加固体由多个桩体组成，所述桩体为高压旋喷桩、水泥土搅拌桩、MJS工法桩或CSM工法水泥土搅拌墙。

优选地，所述加固体结构为实腹式、格构式或局部置换式。

优选地，所述加固体结构为实腹式，其内部无缝隙，所述深基坑内部软弱土体全部置换为桩体；所述桩体为圆柱体，桩径为0.5m-2m，相邻两个所述桩体径向上咬合距离为0.1m-0.5m。

优选地，所述加固体结构为实腹式，其内部无缝隙，所述深基坑内部软弱土体全部置换为桩体；所述桩体为长方体，长度为2m-3m，宽度为0.5m-0.9m，其长度和宽度方向上的相邻两个所述桩体均咬合0.1m-0.3m。

优选地，所述加固体结构为格构式，所述加固体内间隔设有空心区域，所述加固体内其余部分由桩体连续咬合布置；所述桩体为圆柱体，桩径为0.5m-2m，相邻两个所述桩体径向上咬合距离为0.1m-0.5m，所述加固体内各空心区域的长度、宽度均为1m-5m。

优选地，所述加固体结构为格构式，所述加固体内间隔设有空心区域，所述加固体内其余部分由桩体连续咬合布置；所述桩体为长方体，长度为2m-3m，宽度为0.5m-0.9m，其长度和宽度方向上的相邻两个所述桩体均咬合0.1m-0.3m，所述加固体内各空心区域的长度、宽度均为1m-5m。

优选地，所述加固体结构为局部置换式，所述深基坑内靠外围软弱土体置换为桩体，所述深基坑内中间部分局部置换为桩体，其余保留原始软弱土体；

所述桩体为圆柱体，桩径为0.5m-2m，所述加固体内靠外侧采用2-5排桩体连续咬合布置，相邻两个所述桩体径向上咬合距离为0.1m-0.5m，所述加固体内的中间部位横向、纵向上等间隔均匀布置多个所述桩体，且相邻两个所述桩体的中心距为0.6m-3m。

优选地，所述深基坑的横截面为圆形、矩形或多边形。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：

(1)本发明预加固方法与增大深基坑支护结构断面和支撑刚度等方式比较，工程经济性和施工风险控制方面均占优，采用“对基坑内部淤泥、淤泥质土层进行加固处理”方案，提高土体强度，以保证竖井基坑支护结构安全。虽然该加固区域后期基坑开挖过程中会逐步分层挖除，但经过土体加固后，在基坑分层开挖施工中，支护结构变形能得到有效控制，同时支护桩及支撑内力大幅降低，可以保证基坑安全实施。

(2)本发明方法适用于多种加固类桩体施工方案，例如高压旋喷桩、水泥土搅拌桩、MJS工法桩或CSM工法水泥土搅拌墙，且适用于不同形状、深度的软土深基坑，施工方法简单易操作，适用性广。

(3)本发明根据深基坑尺寸大小、土体强度设计不同的加固体结构，当基坑横截面积较小时可采用实腹式结构增强加固效果；当基坑横截面积较大时，可采用格构式或局部置换式，格构式结构沿基坑开挖边线满足一定加固宽度条件即可达到很好的加固效果，且比实腹式结构更节省施工材料；当基坑土体本身强度较大，对预加固强度要求较低时，可采用局部置换式，进一步节省材料和施工时间。

附图说明

图1是本发明实施例1提供的实腹式加固体竖向布置图；

图2是本发明实施例1提供的实腹式加固体平面布置图；

图3是本发明实施例2提供的实腹式加固体平面布置图；

图4是本发明实施例3提供的局部置换式加固体平面布置图；

图5是本发明实施例4提供的格构式加固体平面布置图；

在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：

1-加固体，2-深基坑，3-地面，4-桩体，5-基坑开挖边线，6-基坑支护结构。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明提供的一种深厚软土深基坑软弱土体预加固方法，先施工基坑支护结构6，再对深基坑2内部被动区(基坑开挖边线5以内)开挖底面以上部分的软弱土体进行预加固处理，形成加固体1，加固体1位于深基坑2内部，加固体1侧面紧贴基坑支护结构6，其顶部靠近地面3，且加固体1厚度小于或等于深基坑2开挖面以上软弱土体的厚度。

一些实施例中，对深基坑2中淤泥、淤泥质土或其它软弱土体的预加固可以利用高压旋喷桩、水泥土搅拌桩、MJS工法桩或CSM工法水泥土搅拌墙等水泥土加固类桩体4，通过控制基坑开挖过程中的支护结构变形，从而达到整体变形控制的要求。高压旋喷桩、水泥土搅拌桩和MJS工法桩的单个桩体4可为圆柱体也可为长方体，CSM工法水泥土搅拌墙的单个桩体4通常为长方体。

高压旋喷桩施工技术是利用钻机把带有喷嘴的注浆管钻进土层的预定位置后，以高压设备使浆液或水、(空气)成为20MPa-40MPa的高压射流从喷嘴中喷射出来，冲切、扰动、破坏土体，同时钻杆以一定速度逐渐提升，将浆液与土粒强制搅拌混合，浆液凝固后，在土中形成一个一定形状的固结体(即旋喷桩)，以达到加固地基的目的。当桩体4采用高压旋喷桩时，使用的普通硅酸盐水泥强度等级不低于32.5MPa，每立方米旋喷桩中水泥掺入量不小于450kg，加固体1在28天龄期无侧限抗压强度平均值不低于0.9MPa。根据喷射方法的不同，可采用单管法、二重管法或三重管法喷射注浆。

单管法是采用单层喷射管，仅喷射水泥浆。

二重管法又称浆液气体喷射法，是用二重注浆管同时将高压水泥浆和空气两种介质喷射流横向喷射出，冲击破坏土体。在高压浆液和它外圈环绕气流的共同作用下，破坏土体的能量显著增大，最后在土中形成较大的固结体。

三重管法是一种浆液、水、气喷射法，使用分别输送水、气、浆液三种介质的三重注浆管，在以高压泵等高压发生装置产生高压水流的周围环绕一股圆筒状气流，进行高压水流喷射流和气流同轴喷射冲切土体，形成较大的空隙，再由泥浆泵将水泥浆以较低压力注入到被切割、破碎的地基中，喷嘴作旋转和提升运动，使水泥浆与土混合，在土中凝固，形成较大的固结体，其加固体直径可达2m。

水泥土搅拌桩是一种用于加固软弱土地基的方法，它利用水泥作为固化剂，通过特制的搅拌机械(例如深层搅拌机)，在地基深处将软土和水泥强制搅拌，利用水泥和具有一定活性介质的软土之间所产生的一系列物理化学反应，使软土硬结成具有整体性、水稳定性和一定强度的优质地基。当桩体4采用水泥土搅拌桩时，使用的普通硅酸盐水泥强度等级不低于32.5MPa，每立方米搅拌桩中水泥掺入量不小于270kg，加固体1在28天龄期无侧限抗压强度平均值不低于0.6MPa。

MJS(MetroJetSystem)工法是一种全方位高压喷射工法，特别适用于加固深度较深的软弱土。常规的高压喷射注浆，由于气升效果，废泥由钻杆与原地基土之间的间隙排出，但随着施工深度加大，气升效果减弱，超深处排泥困难，产生较高的地内压力，导致喷射效率下降，同时深部土体中喷嘴容易堵塞，也降低喷射效率，还会造成地面隆起等问题。MJS工法采用多孔管钻进，多孔管中间有一个泥浆抽取管，在倒吸水和倒吸空气适配器的作用下，能将地下的废泥浆强制抽出；同时钻头上装有地内压力感应器和排泥阀门，并且能够自由控制排泥阀门大小，当地内压力显示不正常时，调整排泥阀门的大小可顺利排出泥浆，使地内压力正常。MJS工法最大有效加固深度可达100m，形成的桩体直径大、强度高，桩体截面形状可任意设定，形成5°-360°任意角度的扇形截面，对施工条件的适应性强。当桩体4采用MJS工法桩时，使用的普通硅酸盐水泥强度等级不低于32.5MPa，每立方米MJS工法桩中水泥掺入量不小于500kg，加固体1在28天龄期无侧限抗压强度平均值不低于1.0MPa。

CSM(CutterSoilMixing)工法是等厚度水泥土搅拌墙，又称双轮铣深层搅拌技术，所采用的钻杆下端有一对液压铣轮，可对原地基进行铣、削、搅拌，同时掺入水泥浆固化液，与被打碎的原地基土充分搅拌混合后，形成具有一定强度的桩体。CSM工法特别适用于软土层中混有较坚硬的卵砾石、碎石等，可切削坚硬的石头。当桩体4采用CSM工法水泥土搅拌墙时，使用的普通硅酸盐水泥强度等级不低于32.5MPa，每立方米搅拌墙中水泥掺入量不小于360kg，加固体1在28天龄期无侧限抗压强度平均值不低于0.6MPa。

一些实施例中，桩体4可采用实腹式、格构式或局部置换式布置于加固体1中，当基坑面积较小时可采用实腹式增强加固效果；当基坑面积较大时，可采用格构式或局部置换式，格构式较实腹式节省材料，沿基坑边满足一定加固宽度条件时亦可达到加固效果；对加固强度要求较低的情况下，可采用局部置换式，进一步节省材料和施工时间。

具体地，基坑支护结构6以采用支护桩为例，当加固体1采用实腹式结构时，桩体4可以为圆柱体，桩径为0.5m-2m，相邻两个桩体4同一横截面上中心间的距离为0.4m-1.8m，相邻两个桩体4径向上咬合距离为0.1m-0.5m(相邻两个桩体4的横截面圆形的中心连线与两个横截面圆形边缘相交形成两个点，该两个点之间的距离即径向上咬合距离)，加固体1中最外侧桩体4与支护桩径向上咬合距离为0.1m-0.5m；桩体4还可以为长方体，其横截面的长度为2m-3m，横截面的宽度为0.5m-0.9m，其长度和宽度方向上的相邻两个桩体4均咬合0.1m-0.3m。

当加固体1采用局部置换式结构时，桩体4可以为圆柱体，桩径为0.5m-2m，加固体1中靠外侧采用2-5排桩连续咬合布置，正方形布置，相邻两个桩体4同一横截面上中心间的距离为0.4m-1.8m，相邻两个桩体4径向上咬合距离为0.1m-0.5m，加固体1中最外侧桩体4与支护桩径向上咬合距离为0.1m-0.5m，加固体1内侧中间部位桩正方形布置，纵向、横向上相邻两个桩体4间距均为0.6m-3m。桩体4不宜为长方体，矩形在平面空间中不能均匀分布，对加固体1内侧中间部位不同方向上加固效果有影响。

当加固体1采用格构式结构时，桩体4可以为圆柱体，桩径为0.5m-2m，相邻两个桩体4同一横截面上中心间的距离为0.4m-1.8m，相邻两个桩体4径向上咬合距离为0.1m-0.5m，加固体1中最外侧桩体4与支护桩径向上咬合距离为0.1m-0.5m；桩体4还可以为长方体，长度为2m-3m，宽度为0.5m-0.9m，其长度和宽度方向上的相邻两个桩体4均咬合0.1m-0.3m。格构式中间未加固的空间根据基坑平面尺寸的大小可以调整，长度、宽度为1m-5m。

一些实施例中，设计的深基坑2横截面可以是不同的形状，包括但不限于圆形、矩形或者多边形，均适用于本发明软弱土体预加固方法。当深基坑2横截面为圆形或多边形时，桩体4优选圆柱体；当深基坑2横截面为矩形时，桩体4可采用圆柱体，也可以为长方体。

以下结合具体实施例，对上述技术方案详细说明。

实施例1

参见图1和图2，本实施例采用三重管法高压旋喷桩对矩形深基坑2内部软弱土体进行预加固，由多根桩体4组成加固体1，其结构呈实腹式。具体施工工法如下：

先施工基坑支护结构6，再对基坑内部土体加固。桩体4采用三重管法高压旋喷桩，使用的普通硅酸盐水泥强度等级为32.5MPa，水灰比为0.8，每立方米旋喷桩中水泥掺入量为450kg；桩径0.8m，正方形布置，纵向、横向桩间距均为0.6m，咬合0.2m。先施工单根加固桩体4，再按设计间距要求移动施工设备，施工相邻桩体4，沿纵向(或横向)依次施工。施工完一排后，移至下排设计桩位，重复上述工序，直至全部加固桩体4施工完成。加固体1最外侧高压旋喷桩与支护桩咬合0.2m，保证加固体1与基坑支护结构6密贴。桩体4桩顶标高为软土层顶标高，桩底标高为软土层底标高。施工完成后养护28天以上，抽芯进行无侧限抗压强度检测，强度满足要求(不低于0.9MPa)后开挖基坑。

实施例2

参见图1和图3，本实施例采用水泥土搅拌桩对圆形深基坑2内部软弱土体进行预加固，由多根桩体4组成加固体1，其结构呈实腹式。具体施工工法如下：

先施工基坑支护结构6，再对基坑内部土体加固。桩体4采用水泥土搅拌桩，使用的普通硅酸盐水泥强度等级为32.5MPa，水灰比为0.50，每立方米搅拌桩中水泥掺入量为270kg；桩径0.6m，环形布置，环向、纵向桩间距均为0.4m，咬合0.2m。先施工单根加固桩体4，再按设计间距要求移动施工设备，施工相邻桩体4，沿纵向(或横向)依次施工。施工完一排后，移至下排设计桩位，重复上述工序，直至全部加固桩体4施工完成。施工完后对水泥土搅拌桩与支护桩间进行压密注浆，注浆材料采用1:1水泥浆，保证加固体1与基坑支护结构6密贴。桩体4桩顶标高为软土层顶标高，桩底标高为软土层底标高。施工完成后养护28天以上，抽芯进行无侧限抗压强度检测，强度满足要求(不低于0.6MPa)后开挖基坑。

实施例3

参见图1和图4，本实施例采用MJS工法桩对矩形深基坑2内部软弱土体进行预加固，由多根桩体4组成加固体1，其结构呈局部置换式。具体施工工法如下：

先施工基坑支护结构6，再对基坑内部土体加固。桩体4采用MJS工法桩，使用的普通硅酸盐水泥强度等级为32.5MPa，每立方米MJS工法桩中水泥掺入量为500kg。加固体1外侧采用两排连续咬合布置，桩径1m，正方形布置，纵向、横向桩间距均为0.8m，咬合0.2m。先施工单根加固桩体4，再按设计间距要求移动施工设备，施工相邻桩体4，沿纵向(或横向)依次施工。施工完一排后，移至下排设计桩位，重复上述工序，直至全部加固桩体4施工完成。加固体1最外侧MJS桩与支护桩咬合0.2m，保证加固体1与基坑支护结构6密贴。加固体1内侧基坑中间部位桩径1m，正方形布置，纵向、横向桩间距均为1.6m，即加固体1内侧一部分软弱土置换成MJS桩，另一部分保留原始软弱土。桩体4桩顶标高为软土层顶标高，桩底标高为软土层底标高。施工完成后养护28天以上，抽芯进行无侧限抗压强度检测，强度满足要求(不低于1.0MPa)后开挖基坑。

实施例4

参见图1和图5，本实施例采用CSM工法水泥土搅拌墙对矩形深基坑2内部软弱土体进行预加固，由多根桩体4组成加固体1，其结构呈格构式。具体施工工法如下：

先施工基坑支护结构6，再对基坑内部土体加固。采用CSM工法水泥土搅拌墙，使用的普通硅酸盐水泥强度等级为32.5MPa，每立方米水泥土搅拌墙中水泥掺入量为360kg。墙宽2.8m，厚度0.8m，矩形布置，纵向间距2.6m，咬合0.2m，横向间距0.6m，咬合0.2m。先施工单幅墙体，即桩体4，再按设计间距要求移动施工设备，施工相邻桩体4，沿纵向(或横向)依次施工。施工完一排后，移至下排设计桩位，重复上述工序，直至全部加固桩体4施工完成。水泥土搅拌墙纵向每隔2.4m、横向每隔2.2m设置一处空格。施工完后对加固体1与支护桩间进行压密注浆，注浆材料采用1:1水泥浆，保证加固体1与基坑支护结构6密贴。桩体4桩顶标高为软土层顶标高，桩底标高为软土层底标高。施工完成后养护28天以上，抽芯进行无侧限抗压强度检测，强度满足要求(不低于0.6MPa)后开挖基坑。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种深厚软土深基坑软弱土体预加固方法，其特征在于：先施工基坑支护结构(6)，再对深基坑(2)内部软弱土体进行预加固处理，形成加固体(1)，所述加固体(1)侧面紧贴所述基坑支护结构(6)且其顶部靠近地面(3)，所述加固体(1)厚度小于或等于所述深基坑(2)开挖面以上软弱土体的厚度。

2.根据权利要求1所述的深厚软土深基坑软弱土体预加固方法，其特征在于：所述加固体(1)由多个竖直布设的桩体(4)组成，所述桩体(4)为高压旋喷桩、水泥土搅拌桩、MJS工法桩或CSM工法水泥土搅拌墙。

3.根据权利要求2所述的深厚软土深基坑软弱土体预加固方法，其特征在于：所述加固体(1)结构为实腹式、格构式或局部置换式。

4.根据权利要求3所述的深厚软土深基坑软弱土体预加固方法，其特征在于：所述加固体(1)结构为实腹式，其内部无缝隙，所述深基坑(2)内部软弱土体全部置换为桩体(4)；所述桩体(4)为圆柱体，桩径为0.5m-2m，相邻两个所述桩体(4)径向上咬合距离为0.1m-0.5m。

5.根据权利要求3所述的深厚软土深基坑软弱土体预加固方法，其特征在于：所述加固体(1)结构为实腹式，其内部无缝隙，所述深基坑(2)内部软弱土体全部置换为桩体(4)；所述桩体(4)为长方体，长度为2m-3m，宽度为0.5m-0.9m，其长度和宽度方向上的相邻两个所述桩体(4)均咬合0.1m-0.3m。

6.根据权利要求3所述的深厚软土深基坑软弱土体预加固方法，其特征在于：所述加固体(1)结构为格构式，所述加固体(1)内间隔设有空心区域，所述加固体(1)内其余部分由桩体(4)连续咬合布置；所述桩体(4)为圆柱体，桩径为0.5m-2m，相邻两个所述桩体(4)径向上咬合距离为0.1m-0.5m，所述加固体(1)内各空心区域的长度、宽度均为1m-5m。

7.根据权利要求3所述的深厚软土深基坑软弱土体预加固方法，其特征在于：所述加固体(1)结构为格构式，所述加固体(1)内间隔设有空心区域，所述加固体(1)内其余部分由桩体(4)连续咬合布置；所述桩体(4)为长方体，长度为2m-3m，宽度为0.5m-0.9m，其长度和宽度方向上的相邻两个所述桩体(4)均咬合0.1m-0.3m，所述加固体(1)内各空心区域的长度、宽度均为1m-5m。

8.根据权利要求3所述的深厚软土深基坑软弱土体预加固方法，其特征在于：所述加固体(1)结构为局部置换式，所述深基坑(2)内靠外围软弱土体置换为桩体(4)，所述深基坑(2)内中间部分局部置换为桩体(4)，其余保留原始软弱土体；

所述桩体(4)为圆柱体，桩径为0.5m-2m，所述加固体(1)内靠外侧采用2-5排桩体(4)连续咬合布置，相邻两个所述桩体(4)径向上咬合距离为0.1m-0.5m，所述加固体(1)内的中间部位横向、纵向上等间隔均匀布置多个所述桩体(4)，且相邻两个所述桩体(4)的中心距为0.6m-3m。

9.根据权利要求1-8任一所述的深厚软土深基坑软弱土体预加固方法，其特征在于：所述深基坑(2)的横截面为圆形、矩形或多边形。

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