基于力传递法及增设土钉法的基坑围护桩侵限处理

常庆海 赵萌萌

(江苏省地质隧道与地下工程科技有限公司，江苏南京 210041)

0 引言

钻孔灌注桩作为围护结构承受水土压力，是基坑开挖常用的一种围护形式，但由于桩基工程的隐蔽性，给质量控制带来了一定的难度[1-3]。从基坑开挖揭示的情况来看，围护桩桩体侵限现象普遍存在，已成为桩基施工中的一个质量通病，根据以往工程经验，对于围护桩侵限这一问题，主要从“事前预防、事中控制、事后补强”三个过程进行全面把控。事前预防，即事前做好桩位复核、钻杆校正、钻机场地平整以及尺寸外放等工作；事中控制，即钻孔过程中根据地层变化合理选择护壁泥浆配比、钢筋笼下放过程中加强垂直度控制以及合理控制钻进速度等[4]；事后补强，即在基坑开挖阶段，对已经侵限的围护桩进行补强处理，以确保基坑自身及周边环境的安全。

1 桩体侵限成因

由于围护桩施工的隐蔽性及施工工艺的复杂性，质量控制方面存在较大的难度，桩体侵限作为围护桩常见问题，其成因主要分为人为因素及地层因素。

(1)桩位误差：由于测量放点、钻机就位不准确、孔位校核误差、遇坚硬地层等原因致使桩位中心出现偏差，向基坑方向产生偏移。

(2)钻杆未校正：钻机在使用过程中未定期对钻杆进行校正复核，造成钻杆垂直度出现偏差，钻进过程中钻孔下部向基坑方向倾斜。

(3)外放尺寸不足：根据大量施工经验，机械设备或外界原因易造成桩位偏差，因此，在围护结构测量放线时已在实际桩位的基础上外放20 cm(附属围护桩外放15 cm)，但由于桩位的外放会造成土方开挖及主体结构工程量的增加，实际施工中外放尺寸不足的问题时常出现。

(4)塌孔、扩孔：围护桩钻进过程中遇砂层、砂卵石层或其他不稳定地层、未按规定跳孔施工、漏水或漏桨等[5]，钻进过程中易产生塌孔、扩孔现象，进而导致扩孔部分侵入基坑限界。

2 侵限处置措施

对于侵限后的桩体，可根据侵限桩体的尺寸、数量以及纵向长度综合考虑采取不同的处理措施：(1)侵限≤70 mm，一般围护桩钢筋笼净保护层厚度为70 mm，因此，对于侵限≤70 mm围护桩，直接凿除侵限部位混凝土，将基面清理平整，挂网喷砼即可；(2)侵限>70 mm，当单根桩侵限尺寸大于70 mm时，凿桩则需割除钢筋笼部分主筋或箍筋，降低了围护桩的强度，此时，需对桩体强度进行验算，当验算满足安全要求时，可不做补强处理，当验算不满足安全要求时，则需采取补强措施，常见的补强措施有：采用大一级的钢筋、钢筋网片加密、高强砂浆抹面等[6]。

对于连续侵限的围护桩，可采用接桩法、补桩法、力传递法以及增设锚索/土钉法进行处理，每种方法均有各自的优缺点，应用时可根据实际情况，选择某种方法或者组合方法[7]。文章主要就力传递法及增设锚索/土钉法进行叙述。

力传递法：通过增设加强筋使凿除桩与相邻桩相连，将凿除桩上的土体侧向力传递给相邻的完整桩共同承担。一般由连接筋与侵限桩基相邻桩的主筋焊接而成。

增设锚索/土钉法：桩体主筋被割除后，背后土体的主动土压力完全由迎土面的受压钢筋承担，从而使桩体产生坑内方向的变形，通过增设锚索/土钉，增加桩体和桩后土体的共同作用，以分散主动土压力[8]。

3 工程实例

3.1 工程概况

某车站为地下双层岛式站台车站，明挖法施工。车站标准段宽度22.1 m、深约 17.24 m，覆土约 3.1～3.8 m。盾构井基坑深约18.94 m。围护结构采用上部放坡+土钉(约7.78 m)，下部钻孔灌注桩+钢支撑型式(约9.64 m)。

车站穿越地层为黄土状粉质黏土—粉土、粉细砂、中砂、粉土、中粗砂，底板坐落于中砂层。工程区勘探期间地下水水位埋深 45.8～46.4 m，勘探深度范围内未发现上层滞水。

3.2 事件经过

车站基坑开挖过程中发现个别围护桩存在侵限现象，为保证主体结构界限，须对侵限桩进行凿除，个别围护桩主筋被割除，经查阅施工日志，统计4根侵限围护桩具体情况如表1所示，现场照片见图1。

表1 围护桩情况一览表

图1 围护桩侵限情况

3.3 侵限原因

由表1可知，4根侵限严重的桩基均属于夜间施工，现场管理松懈，管控不到位，是造成桩体偏移、侵限的主要原因，具体体现在以下两个方面：(1)埋设护筒后，未对桩位中心点复核，钻机直接就位进行钻孔；(2)钻进过程中未对钻杆垂直度进行校正，造成桩身偏移。此外，侵限部位桩体主要位于砂层(易塌孔地层)，是造成桩体侵限的客观原因。

3.4 处置措施

侵限桩凿除后强度大大降低，为保证基坑及周边环境安全，须对凿桩部分进行补强措施，本工程采取力传递法及增设土钉法的组合措施进行处理，即补筋、增设土钉及加强筋，最后挂网喷砼，具体流程见图2。

图2 处置措施流程图

(1)补上桩体凿除切割的主筋，采用搭接单面焊，焊缝的长度为钢筋直径的10倍。

(2)桩间增设土钉，并注浆锚固(1∶1水泥浆液)，注浆压力控制在1.5 MPa左右。

(3)将侵限桩相邻桩的主筋凿出，在桩体表面设置水平加强筋，并与桩体主筋有效焊接，水平筋外侧沿土钉孔位两侧各设置1道竖向加固筋，进而将水平筋固定。

(4)在桩间外侧挂设钢筋网片，喷射混凝土(C20)，网喷厚度调整为30 cm，较原设计的10 cm增大了20 cm，使得相邻桩体在背土侧形成整体。凿除桩加强措施各项材料参数见表2所示。

表2 材料参数表

3.5 监测数据分析

以A140桩为例，分析凿桩前、处理后以及最终的桩体水平位移变形规律。围护桩变形曲线如图3所示。

图3 桩体变形位移曲线

由图3可知，基坑开挖至侵限桩位置时，桩体变形类型为“悬臂式位移”，最大位移为3.17 mm，采取补强措施以及架设支撑后约束了桩体的变形，表现为向坑外的偏移，最大位移为-3.42 mm，随着基坑向下开挖，最终位移为3.8 mm，小于预警值35 mm。目前车站已回填完成，周边未见异常。

4 结论

(1)桩体侵限作为围护桩施工常见问题，其主要原因可分为人为因素以及地层因素。

(2)力传递及增设土钉的组合方法可以使凿除桩与相邻桩在基坑临空面整体受力，同时土钉与基坑网喷砼面板一定程度上弥补了桩体自身强度的不足。

(3)结合某基坑工程实例，详细阐述了力传递及增设土钉法的组合应用，并结合桩体水平位移监测数据进一步证明了该补强措施的可行。