深層超靜孔隙水壓力釋放結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)施工

陳 曉 飛

(1.江蘇省有色金屬華東地質(zhì)勘查局，江蘇 南京 210007； 2.江蘇華東地質(zhì)建設(shè)集團(tuán)有限公司，江蘇 南京 210007)

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深層超靜孔隙水壓力釋放結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)施工

陳 曉 飛1，2

(1.江蘇省有色金屬華東地質(zhì)勘查局，江蘇 南京 210007； 2.江蘇華東地質(zhì)建設(shè)集團(tuán)有限公司，江蘇 南京 210007)

為了消除管樁施工環(huán)境效應(yīng)，介紹了深層超靜孔隙水壓力釋放結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)原理，并結(jié)合工程實(shí)例，闡述了其施工技術(shù)要點(diǎn)，指出該釋放結(jié)構(gòu)發(fā)揮作用時(shí)間長(zhǎng)、綜合成本低，值得推廣應(yīng)用。

管樁，超靜孔隙水壓力，基坑，建筑物

在管樁施工過(guò)程中，由于超靜孔隙水壓力的產(chǎn)生和釋放，導(dǎo)致地基發(fā)生不均勻沉降，地基不均勻沉降會(huì)引起周邊建(構(gòu))筑物傾斜等影響建(構(gòu))筑物安全的管樁施工環(huán)境效應(yīng)[1-3]。

為了消除管樁施工環(huán)境效應(yīng)，保證建(構(gòu))筑物長(zhǎng)期、安全地發(fā)揮作用，作者以數(shù)個(gè)管樁工程實(shí)踐為基礎(chǔ)，介紹了消除管樁施工環(huán)境效應(yīng)的深層超靜孔隙水壓力釋放結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)原理和施工要點(diǎn)。實(shí)踐證明，該釋放結(jié)構(gòu)發(fā)揮作用時(shí)間長(zhǎng)，綜合成本低，可供廣大巖土同行借鑒參考。

1 管樁施工環(huán)境效應(yīng)的產(chǎn)生

土體受到瞬間荷載產(chǎn)生的附加應(yīng)力時(shí)，土體本應(yīng)發(fā)生應(yīng)變，但由于一時(shí)排水受阻，土體中產(chǎn)生超靜孔隙水壓力，超靜孔隙水壓力超過(guò)靜水壓力，使作用于土骨架上的有效應(yīng)力變小，從而限制了土顆粒的變形。隨著時(shí)間的推移，孔隙水慢慢被排出。伴隨著孔隙水慢慢被排出，超靜孔隙水壓力逐漸減少，直至消散。在超靜孔隙水壓力逐漸消散過(guò)程中，附加應(yīng)力慢慢轉(zhuǎn)嫁到土的骨架上，導(dǎo)致有效應(yīng)力增大，土體的體積發(fā)生變化，導(dǎo)致地基發(fā)生不均勻沉降，產(chǎn)生了管樁施工環(huán)境效應(yīng)[4，5]。

在管樁施工過(guò)程中，當(dāng)管樁穿越土體內(nèi)的孔隙基本上被水充滿(mǎn)的飽和土如淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土?xí)r，由于一時(shí)排水受阻，在飽和土體中產(chǎn)生超靜孔隙水壓力；同樣道理，當(dāng)管樁穿越非飽和土?xí)r，擠土效應(yīng)會(huì)在非飽和土體中產(chǎn)生超靜孔隙水壓力；最后，當(dāng)管樁遇到含卵礫石層、密實(shí)狀中粗砂等地層時(shí)，管樁所受端阻力大，管樁不好穿越，施工過(guò)程中常采用沖擊法，而沖擊作用會(huì)在飽和土體產(chǎn)生超靜孔隙水壓力。由三種作用產(chǎn)生的超靜孔隙水壓力逐漸消散過(guò)程中，導(dǎo)致施工場(chǎng)地周邊的地基發(fā)生不均勻沉降，使建(構(gòu))筑物發(fā)生裂縫或傾斜，即發(fā)生管樁施工環(huán)境效應(yīng)。

2 消除管樁施工環(huán)境效應(yīng)

2.1 常規(guī)方法

在受影響的建(構(gòu))筑物與施工場(chǎng)地之間開(kāi)挖排水溝，然后在排水溝中間和兩端設(shè)置集水井，最后在排水溝內(nèi)施工超靜孔隙水壓力釋放孔。這樣，從超靜孔隙水壓力釋放孔中溢出來(lái)的水通過(guò)排水溝流到集水井內(nèi)，由水泵把集水井內(nèi)的水抽到場(chǎng)地外。

為了保持超靜孔隙水壓力釋放孔孔壁的穩(wěn)定性，需要在超靜孔隙水壓力釋放孔中放入粗砂，但孔中放入粗砂不僅增加了成本，而且粗砂在孔壁壓力作用下被擠密，從而使超靜孔隙水壓力釋放孔釋放超靜孔隙水壓力的功能部分失效，導(dǎo)致超靜孔隙水壓力釋放孔發(fā)揮作用的時(shí)間短，而且釋放孔也不能太深。也有采用比重不小于1.25 g/cm3、粘度不小于28 s的泥漿保持孔壁穩(wěn)定性，但由于泥漿離析沉淀是不可避免的，伴隨泥漿離析，孔上部孔壁穩(wěn)定性減弱甚至塌孔，影響超靜孔隙水壓力的釋放，引起管樁施工環(huán)境效應(yīng)。

2.2 深層超靜孔隙水壓力釋放結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)原理

為了克服常規(guī)消除管樁施工環(huán)境效應(yīng)的釋放孔發(fā)揮作用時(shí)間短、不能太深等缺點(diǎn)，作者在深層超靜孔隙水壓力釋放結(jié)構(gòu)中采取了以下措施：1)在超靜孔隙水壓力釋放孔成孔時(shí),采用添加分散劑羧甲基纖維素(CMC)的泥漿[6]。羧甲基纖維素(CMC)具有減小泥漿中顆粒離析沉淀的作用。同時(shí)，保證泥漿比重不少于1.25 g/cm3，粘度不小于28 s。這樣，減小了泥漿離析沉淀，有效防止了孔上部孔壁穩(wěn)定性的減弱甚至塌孔，進(jìn)而保證超靜孔隙水壓力的釋放，降低管樁施工環(huán)境效應(yīng)，也防止了鉆渣、孔壁土屑和砂屑沉淀后在孔底產(chǎn)生超靜孔隙水壓力。2)超靜孔隙水壓力釋放孔成孔后，在孔中放置綁扎了孔徑不小于1目鋼絲網(wǎng)的鋼筋籠。因?yàn)殇摻罨\、鋼絲網(wǎng)可保證孔壁的穩(wěn)定性，孔深可以不小于20 m，可阻止深層超靜孔隙水壓力的傳遞。另外，鋼絲網(wǎng)可以阻礙土屑、砂屑貫入到超靜孔隙水壓力釋放孔中，也可阻止超靜孔隙水壓力的傳遞。

2.3 深層超靜孔隙水壓力釋放結(jié)構(gòu)的施工要點(diǎn)

1)在受管樁施工環(huán)境效應(yīng)影響的建(構(gòu))筑物周邊，挖掘排水溝，排水溝的參數(shù)：長(zhǎng)度為被保護(hù)建(構(gòu))筑物的長(zhǎng)度、寬1 m～1.5 m、深1 m～1.5 m。2)在排水溝的兩端端頭、中間，用挖掘機(jī)開(kāi)挖出集水井，集水井深1 m，直徑不超過(guò)1 m。3)在排水溝內(nèi)施工超靜孔隙水壓力釋放孔，兩個(gè)釋放孔外壁之間距離1 m～5 m。4)超靜孔隙水壓力釋放孔的深度為穿越周邊建(構(gòu))筑物基礎(chǔ)范圍內(nèi)的飽和土層以下不少于5 m。5)在超靜孔隙水壓力釋放孔中放置綁扎了孔徑不小于1目鋼絲網(wǎng)的鋼筋籠，以便孔深可以不小于20 m，保護(hù)建(構(gòu))筑物的深基礎(chǔ)。6)在原土造漿過(guò)程中添加分散劑——羧甲基纖維素(CMC)，羧甲基纖維素具有減小泥漿中顆粒離析沉淀的作用，又能增加泥漿粘性，使飽和土層表面形成薄膜而保護(hù)孔壁穩(wěn)定。使用時(shí)，將拌好的濃度為1%的羧甲基纖維素溶液加入到泥漿中，用量為每100 m3泥漿中加入溶液100 kg～300 kg。加強(qiáng)對(duì)泥漿性能指標(biāo)的監(jiān)測(cè)，采樣間隔時(shí)間一般為1 h。7)每天巡查建(構(gòu))筑物緊臨施工場(chǎng)地一側(cè)的墻面或地面，看墻面上有無(wú)裂縫，若位移達(dá)到報(bào)警值時(shí)應(yīng)暫停施工，報(bào)警值為：累計(jì)最大沉降10 mm～60 mm或累計(jì)傾斜2/1 000的小值、變化速率0.1H/1 000 mm/d(H為建(構(gòu))筑物承重結(jié)構(gòu)高度)[7]。

2.4 深層超靜孔隙水壓力釋放結(jié)構(gòu)的應(yīng)用

某基坑支護(hù)工程位于江蘇省南京市，基坑面積約為25 280 m2，周長(zhǎng)約672 m，基坑開(kāi)挖深度3.6 m～4.7 m。基坑內(nèi)工程樁為500 mm×500 mm方樁，方樁長(zhǎng)度30 m～40 m，方樁穿越②2淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土，施工采用靜壓法。

基坑工程西南段緊鄰某公司辦公大樓及其附屬建筑物，基礎(chǔ)形式為管樁基礎(chǔ)，承臺(tái)基礎(chǔ)埋深1.5 m，管樁長(zhǎng)度15 m，管樁穿越②2淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土。該段基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)為六排格柵式深攪樁重

力式擋墻，擋墻距離辦公大樓最近處約4.6 m。

在工程樁長(zhǎng)度范圍內(nèi)有平均厚度為14 m的飽和土——②2淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土，為了消除管樁施工環(huán)境效應(yīng)對(duì)西側(cè)南段緊鄰的辦公大樓及其附屬建筑物的影響，在基坑內(nèi)緊鄰某公司辦公大樓及其附屬建筑物的地方布置了排水溝、集水井和超靜孔隙水壓力釋放孔。排水溝長(zhǎng)120 m、寬1.5 m、深1.5 m，在排水溝內(nèi)以平均間距30 m布置了5口集水井，集水井直徑0.8 m，井深1 m。在排水溝底布置超靜孔隙水壓力釋放孔，超靜孔隙水壓力釋放孔φ700@6 000，孔深22 m，超過(guò)辦公大樓及其附屬建筑物周邊管樁基礎(chǔ)范圍內(nèi)的飽和土層——②2淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土5 m，孔數(shù)20口，間距5 m；在超靜孔隙水壓力釋放孔中下鋼筋籠，鋼筋籠直徑0.6 m、主筋為8根直徑0.016 m的鋼筋；加強(qiáng)筋為直徑0.014 m的鋼筋，間距2 m；箍筋為直徑0.006 5 m的鋼筋，間距0.25 m。在鋼筋籠綁扎了孔徑不小于1目鋼絲網(wǎng)。鋼筋籠口高出預(yù)排水溝底面0.1 m，孔口覆蓋100 mm×100 mm鋼筋網(wǎng)蓋板，蓋板直徑1 m。

在辦公大樓及其附屬建筑物上設(shè)置了建筑物傾斜及裂縫監(jiān)測(cè)觀測(cè)點(diǎn)，每棟建筑物的變形觀測(cè)點(diǎn)數(shù)為4個(gè)～6個(gè)。

施工順序?yàn)槌o孔隙水壓力釋放孔、基坑內(nèi)工程樁、基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)，其中基坑內(nèi)工程樁從西向東施工。在方樁施工期間，場(chǎng)地西側(cè)南段緊鄰的辦公大樓及其附屬建筑物上沒(méi)有發(fā)現(xiàn)裂縫，也沒(méi)有發(fā)生建筑物傾斜，為方樁施工按合同要求順利完成奠定了基礎(chǔ)。

3 結(jié)語(yǔ)

1)深層超靜孔隙水壓力釋放結(jié)構(gòu)適合于施工場(chǎng)地范圍內(nèi)有飽和土，易受管樁施工環(huán)境效應(yīng)影響的建(構(gòu))筑物的周邊，建(構(gòu))筑物的基礎(chǔ)深度不小于15 m。

2)深層超靜孔隙水壓力釋放結(jié)構(gòu)消除了管樁施工環(huán)境效應(yīng)，而且超靜孔隙水壓力釋放孔孔深可以不小于20 m。

3)超靜孔隙水壓力釋放孔中不放砂子，不僅節(jié)約了成本，而且防止了因孔中砂子被擠密后超靜孔隙水壓力的傳遞，因此，超靜孔隙水壓力釋放孔發(fā)揮作用的時(shí)間更長(zhǎng)，應(yīng)用綜合成本低。

[1] 陸澤峰.散粒體路堤包邊技術(shù)穩(wěn)定性研究[J].河南科學(xué)，2015，33(5):758-761.

[2] 李遠(yuǎn)強(qiáng).探地雷達(dá)探測(cè)地裂縫的幾個(gè)實(shí)例[J].物探與化探,2012,36(4):651-654.

[3] 陳 磊,劉法民.應(yīng)力釋放孔在施工現(xiàn)場(chǎng)周邊環(huán)境保護(hù)中的應(yīng)用[J].山西建筑,2015,41(6):86-87.

[4] 張 松,張富有,惠子華.圍堤施工工序?qū)蛄簶痘ぷ餍誀畹挠绊懷芯縖J].河南科學(xué)，2015，33(11):1949-1954.

[5] 藺 剛,潘永波,馬 曉.應(yīng)力釋放孔法保護(hù)靜壓樁施工周邊環(huán)境的應(yīng)用實(shí)例[J].探礦工程(巖土鉆掘工程)，2007(4):1949-1954.

[6] JTG/T F50—2011，公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范[S].

[7] GB 50497—2009，建筑基坑工程監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范[S].

Design and construction of deep super static pore water pressure release structure

Chen Xiaofei1，2

(1.EastChinaMineralExplorationandDevelopmentBureauforNon-FerrousMetals,Nanjing210007,China；2.JiangsuEastChinaGeologicalConstructionGroupCo.,Ltd,Nanjing210007,China)

In order to demolish pipe pile construction environment effect, the paper introduces design principles of deep super static pore water pressure relieving structure, describes its construction technology points by combining with engineering examples, and finally points out advantages of the reliving structure, such as long-term service and low comprehensive cost. Therefore, it is worth promoting.

pipe pile, super pore static water pressure, foundation pit, architecture

1009-6825(2016)16-0080-02

2016-03-29

陳曉飛(1979- )，男，工程師

TU473.13

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