基于监测数据对高压旋喷施工引发挤土作用的分析

赵旭光

（广州市市政工程设计研究总院,广东 广州 510060）

基于监测数据对高压旋喷施工引发挤土作用的分析

赵旭光

（广州市市政工程设计研究总院,广东 广州 510060）

在城市基坑支护、地基加固工程中,高压旋喷桩由于其施工空间小、效果显著等特点被广泛使用。但是旋喷施工中产生的挤土效应也不容忽视。结合广州市某基坑工程实例,通过对该工程高压旋喷施工区域和未采取高压旋喷施工区域中房屋沉降监测值的对比,分析了高压旋喷桩施工引起地表沉降的变化规律和该工程高压旋喷挤土效应的影响范围。对周边环境复杂的深基坑支护和地基加固设计及施工有一定的借鉴和指导意义。

基坑支护；高压旋喷桩；地基加固

0 引言

在高速发展的城市建设中,各种类型的深基坑工程不断涌现,如高层建筑深基坑、市政污水处理厂、净水厂基坑、地铁车站基坑、地下综合管廊端头井基坑等。城市建设中的各种客观条件决定了诸如上述基坑必须在建构筑物密集、施工用地狭小的条件下进行。因而,施工过程中对基坑周边环境的保护就尤为重要。

高压旋喷桩是以高压旋转的喷嘴将水泥浆喷入土层与土体混合,形成连续搭接的水泥加固体,一般主要用来加固地基或防渗止水。该桩体施工占地少、振动小、噪音较低,被广泛使用在城市基坑工程中。但大量的工程监测数据显示旋喷桩施工会对基坑周边的地面、地下管线或墙体等产生不利影响。高压旋喷桩施工过程中的强大压力,在桩周土体中产生超静孔隙水压力,从而对土体产生挤压作用。挤土作用具体的表现为地表土体隆起、土体侧向位移等[1]。

1 工程实例

1.1 工程概况

广州某大厦深基坑深16.4 m,长约56 m,宽约33 m,基坑周围采用φ1200 mm@1500 mm混凝土灌注桩,竖向布置2道支撑,两层对撑均为1 000 mm× 1 000 mm混凝土支撑,其余为800 mm×1 000 mm混凝土斜撑（见图1）。基坑周边均为房屋,除东北向、东南向的建筑为桩基础外,其余均为天然基础；场地周边主要分布有天然气、供水、雨水、污水、通信和电力管道。由于基坑施工空间狭小,基坑止水措施采取灌注桩桩间双管高压旋喷桩。

图1 基坑平面图

1.2 双管高压旋喷桩主要技术参数

双管高压旋喷桩是利用超高压喷射流体运动的能量将地基结构破坏,并借助于被扰动的土颗粒与硬化材料混合搅拌,形成大直径的加固体[2]。本基坑工程在施工前期除西北侧基坑围护桩以外已打钢板桩,故只在基坑西北侧采用φ800桩间双管高压旋喷桩,采用水灰比为1∶1的水泥浆,水泥浆压力为30～32 MPa,旋转速度为10 r/min,提升速度为10～12 cm/min,每米水泥用量为350 kg,要求桩身强度不少于2.0 MPa,水泥标号采用42.5R普通硅酸盐水泥。

1.3 基坑周边环境监测布置

在整个基坑开挖过程中,对基坑的地表沉降、周围管线、周边建构筑物沉降及倾斜均进行了监测。为反映高压旋喷桩对基坑及周边环境的影响,本文截取了部分观测点数据进行分析。监测点见图2。

图2 基坑建筑物地表沉降监测点（部分）平面布置图

1.4 旋喷桩对地表的影响

由于监测单位在高压旋喷桩施工之后才布设建筑物沉降观测点,因而观测到的数据均为沉降数据。根据图2中基坑周边的监测点布置,选取距离坑边 2.6～6 m范围内的观测点 JD27、JD28、JD60、JD61、JD62、JD63、JD64、JD65、JD66、JD67的监测数据进行分析。该10个监测点的沉降位移与基坑开挖时间的关系见图3。可以明显看出,位于基坑西北侧（即高压旋喷桩施工侧）JD60、JD61、JD62、JD63的沉降量约16～24 mm。基坑西南侧及南侧为未施工旋喷桩的位置,监测点JD27、JD28建筑物基础为天然基础,最终沉降量约4～6 mm, JD64、JD65、JD66、JD67建筑物基础为桩基础,最终沉降量约0～4 mm。可以看出:天然基础的沉降比桩基础的沉降稍大2～4 mm；而高压旋喷桩施工处的沉降量要比未施工旋喷桩处的沉降量大约10～10 mm。据现场巡视人员介绍,在高压旋喷桩施工后,基坑西北侧的地面有明显隆起现象,导致位于该处的建筑物一层大厅的门在很长一段时间内很难打开。由此推断,JD60～JD63所监测到的沉降量包含有前期旋喷桩施工引起的地面隆起量。由图3可知,该处隆起回落过程较缓慢,大约需要80 d左右回落稳定,对周边环境造成了较大的破坏。

1.5 旋喷桩对地表的影响范围

为进一步研究旋喷桩的挤土效应范围,对基坑西北侧的各监测点的最终沉降量进行统计分析,绘制各监测点沉降量与测点位置关系图,见图4。S1、S2、S3曲线分别表示 JD62～JD50、JD63～JD40、JD61～JD79三个断面上各测点的沉降与该测点到旋喷桩距离之间的关系曲线。可以看出旋喷桩施工距离对于地表隆起的影响程度存在很大关系,在西北侧旋喷桩施工所产生的挤土效应范围达15 m左右,10 m范围内效应很明显,旋喷桩的挤土效应随距离逐步减弱。

图3 基坑周边建筑物地表沉降随时间变化曲线

图4 监测点沉降量与测点位置关系图

2 结语

本文通过对广州市某深基坑旋喷桩施工后基坑开挖期间系列监测数据分析,发现高压旋喷桩的挤土效应真实存在。本工程旋喷桩施工引起的地表隆起位移是2～3倍的基坑开挖引发的地表沉降量,表明高压旋喷桩施工对周边环境的影响巨大；旋喷桩的挤土效应随距离的增大而逐步减弱,在本基坑工程中,距离桩位10 m范围内挤土效应明显,25 m以外为安全距离。但在地质条件、施工要求、环境复杂程度各不相同的情况下,旋喷桩挤土效应范围还有待进一步研究。

在城市深基坑建设中,高压旋喷桩施工会对其围护结构、周边管线、临近房屋等造成一定的影响。因此,在场地复杂、建构筑物较多的情况下,应谨慎采用旋喷桩止水或加固地基。在旋喷桩的施工过程中应及时关注地表情况,适当控制水泥浆注浆压力、提升速度等,或采用跳孔施工等相应措施来减小挤土效应的影响。

[1]付艳斌,谢永健.基坑旋喷桩施工对周边环境的影响及改进措施[J].建筑技术,2007,38(12):915-917.

[2]龚晓南,等.地基处理手册（第二版）[M].北京:中国建筑工业出版社,2000.

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1009-7716（2017）07-0150-02

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2017.07.044

2017-04-01

赵旭光（1985-）,男,吉林四平人,工程师,从事岩土工程勘察工作。