论打桩引起的基坑开挖问题及处理

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　　摘要：基坑工程往往处于城市人口密集区，施工时不仅要保证基坑稳定，还要满足变形的要求，以保证基坑周围既有建筑物、构筑物、地下管线及道路等安全。其中，位于基坑工程邻近的既有桩基础由于受到基坑开挖引起的土体位移的作用，其变形特征逐渐被广大科研工作者和工程技术人员所重视。本文对此进行了探讨。
　　关键词：打桩；基坑开挖；位移
　　一、前言
　　 随着城市化进程的加快、城市人口的激增以及城市功能的拓展都使得城市的交通变得拥挤，用地日趋紧张，城市空间的供需矛盾加剧。而土地资源的稀缺性以及不可再生性，决定了城市规模不可能无限扩大。因此，城市建设必须向纵向发展，充分利用城市空间，即采用向高空和地下发展的战略。在城市建筑向高层发展的同时，将一部分城市功能转入地下，充分利用城市的地下空间资源，修建一系列的地铁、地下人行道、地下商场、停车库等，既不会破坏城市的原有的格局，又可大大缓解土地资源的供需矛盾。因此，城市地下空间的开发利用，作为缓解城市人口、环境和资源紧张的一项重要措施，而越来越受到人们的重视。伴随着大量的地下空间开发，在己有的城市设施情况下，特别是在大中型城市中楼群密集，人口众多，地下管线复杂的情况下，基坑开挖也己变得非常普遍。而在密集建筑楼群中开挖基坑，不可避免的会对周围建筑物、构筑物、道路管线以及其它地下设施的安全稳定造成影响。尤其是基坑在距离己有建筑物的距离很近时(有的基坑距离己有建筑物只有1~2m)，基坑开挖引起的地层移动会对邻近建筑物和构筑物的桩基础施加附加的挠度和弯矩，位移过大会导致建筑物和构筑物的破坏。尤其是在软土地基中,如果打桩速率过快,产生的挤土效应将会影响周围的土体,导致土体和桩体隆起及侧向移动。打桩引起的土体内部超静孔隙消散过程非常复杂,初期消散速率迅速,但后期缓慢。
　　二、工程实践分析
　　1.工程状况
　　 某基坑工程位于己建大楼建筑群以内，部分紧靠周围建筑群的地下室，且其离城市道路较远，对周围地下管线的影响较小，地下水位为0.5m。该基坑宽36m左右，开挖深度达到8.9m。周围建筑物地下室外边墙仅离围护桩外边缘仅lm左右，地下室高5.65m，宽18m，基坑开挖分3次进行，每开挖一次并加上一道支撑为一工况，共考虑3个工况。随着开挖的进行，水平位移场的影响范围和深度不断扩大，基坑支护结构的变形在不断增大，并且支护结构最大变形的出现深度随着开挖的进行不断向下移动，坑底出现不同程度的回弹。
　　2.实践结果分析
　　 （1）本工程桩基多为密集群桩,桩数多,间距小,打桩时大量挤土,在淤泥质土层中产生很大的超孔隙水压力,由于渗透性差,可持续数月才得以消散,打桩时的挤土可以引起土体向上隆起和侧移。本工程淤泥质粉质粘土平均层厚22.3 m,最厚处25 m,呈软塑~流塑状,灵敏度>4,属高灵敏度粘性土。打桩过程中桩侧土的扰动比较严重,强度不易恢复,因此对桩的约束作用很小,基坑开挖时上覆荷载发生差异。
　　 （2）桩的侧移还和桩身进入稳定土层或持力层的深度有关,本工程桩长为29~30 m,进入稳定土层约8 m,进入粉砂持力层约2 m,相当于3/4的桩长处于流塑状态的淤泥质土层之中,由于插入硬土层的长度小,可以认为桩尖与下部硬土层之间的约束关系近似为铰接,当上部软土层处于流塑状态时,桩端便会失稳倾斜,实际上桩处于不稳定状态,任何外因都可导致桩的偏位,这样的偏位是桩体倾斜,而不是弯曲。
　　 （3）施工时,台桩机向着一个方向连续打桩,昼夜不停,挤土作用大,超孔隙水压力积聚快,先入土的桩对后入土的桩挤压偏移十分显著,最大的可达30~40 cm,所以合理的打桩顺序是十分必要的。先内后外,先密后疏,群桩从中心开始,呈辐射状对称展开,对电厂来说,先打汽机基础的密集群桩,然后再向除氧煤仓间扩展,桩的偏位将会改善,为了消散孔隙水压力,适当限制每个班的打桩数量,也是必要的。本工程由于工期紧急,对于打桩顺序和打桩速率事先未能控制。现场初步监测结果表明，预制桩施工速率过快使得地基土层中产生了较高的超静孔隙水压力，超静孔隙水压力未得到有效消散的情况下开挖是主厂房预制桩出现偏位和抬升的根本原因。
　　 （4）桩穿过软土层,插入较硬的稳定土层的深部与桩位偏移有很大关系,插入深度较浅时,可认为桩尖与下部硬土层之间的约束关系,近似为铰接,一旦上部淤泥质土产生塑流,桩便失稳倾斜。如果进入较硬稳定土层较深,桩全长的1/2~2/3进入可塑以上的土层,桩与硬土层的约束关系近似固接,在桩身强度较高的条件下,桩头不易产生较大偏位。
　　 （5）研究表明,打桩后群桩中心10m处2个月后孔隙水压力才消散50%。打桩后的基坑开挖方式与土体内部孔隙水压力消散程度密切相关,若处理不当,将会加速土体和桩体的隆起与侧移,随着土体超静孔隙水压力的消散,土体重新固结,桩体和上部结构将会产生附加沉降,因此预制桩施工后的基坑开挖是一个比较复杂的工程问题。
　　三、应对措施
　　 基坑工程是一项与众多因素相关的综合技术，是一个系统工程，它与场地工程地质勘察、支护结构设计、施工开挖、基坑稳定、降水、施工管理、现场监测、相邻场地施工相互影响等密切相关。基坑设计与施工涉及地质条件、岩土性质、场地环境、工程要求、气候变化、地下水动态、施工程序和方法等许多相关的复杂性问题，
　　1.要充分重视沉桩对土质的影响
　　 对沉桩速度快、施工工期要求紧的密集群桩工程要采取如下相应措施，防止发生工程事故：沉桩时可打设袋装砂井或塑料排水板，或减少孔隙水压力的增高；支护结构设计要考虑因超孔隙水压力对土的影响，为使各项物理力学性质指标取值更加可靠，最好在工程桩结束后，对土体做些原位测试，积累经验，提高工程的设计与施工水平；坑内土方开挖时采取预降水，尤其雨季施工更应注意；采取钻孔取土沉桩以减少挤土造成孔隙水压力增高。
　　2.注意降排水
　　 基坑降水的涌水量与场地水文地质条件、基坑的形状大小及补给水边界条件等有关。在降排水施工时，事先根据基坑深度要求，按照工程地质勘察报告所提供的工程水文地质条件，计算出基坑大概涌水量及每根井点量大出水量，来确定井点数量，同时根据实际情况选择合适的抽水设备。由于深基坑工程降水深度一般较大，因而可多考虑采用安装简便、耗能少、效率高、成本低的深井泵或潜水泵。基坑四周设置的如果是不渗水挡土墙，可取消坑外降水；在坑外降水时，在其外侧同时进行回灌；尽量减少初期的抽水速度，使降水漏斗线的坡度放缓；控制坑内降水深度，一般降水深度在基坑开挖面以下 0.5 至 1 米；合理确定挡土墙的入土深度，防止管涌。
　　3.土方开挖
　　 一是在作基坑支护设计时应考虑土体的蠕变、重视因土体蠕变使土堆强度降低的影响；二是由于土的蠕变特性，挡土墙会随着无支撑时间的延长而逐渐增大变形，必须严格控制无支撑工况时间；由于土的松驰性，支撑同围檩及挡土墙间须共有可靠连接，采用钢支撑的基坑还须注意附加应力；坑内土挖到设计标高时应及时施工垫层混凝土，垫层厚度视情况而定，须重视挡土墙的止水帐幕及入土深度。
　　 总之，基坑与相邻建筑物的桩基础是一个相互影响的体系，在这个体系中，基坑开挖引起的土体移动对相邻建筑物桩基础产生了不利影响;而邻近桩基础会在基坑周围土体中起到骨架作用，分担了基坑周围土体的部分侧向土压力，而这间接降低了作用于基坑围护墙体的侧向土压力以及侧向位移，有利于基坑开挖。为了减少打桩引起的基坑开挖问题，需要科学设计、精心施工、保护坑边建筑与环境，不断提高深基坑支护技术和管理水平。
　　参考文献：
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