包希吉,羅述正,張志國,姜 坤,白曉宇(.中建八局第二建設(shè)有限公司,山東 青島 66000; .青島理工大學(xué),山東 青島 66000)
隨著經(jīng)濟(jì)與社會的不斷發(fā)展和城市現(xiàn)代化進(jìn)程的不斷加快,城市用地日趨緊張,對于近海地區(qū)城市更為如此?;靥罱┩繀^(qū),成為近海城市解決城市化發(fā)展過程中土地緊張的方法之一。近海灘涂回填區(qū)多為含水豐富的松散軟弱砂礫層、淤泥土層等不良地質(zhì),在車庫預(yù)制樁基礎(chǔ)施工過程中,由于基坑開挖范圍內(nèi)均為流塑狀淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土,提前施工預(yù)制樁再開挖土方時(shí)會將預(yù)制樁沖倒,造成大面積預(yù)制樁傾斜質(zhì)量事故。本項(xiàng)目周邊工程地下室基礎(chǔ)預(yù)制樁施工出現(xiàn)大面積傾斜、偏位現(xiàn)象。
青島幼兒師范高等??茖W(xué)校(一期)工程位于膠州灣西岸、上合合作示范區(qū),園區(qū)為近海灘涂、廢棄蝦池、鹽場回填而來。一期規(guī)劃用地 20.8 萬 m2,建筑面積 100 370 m2,建設(shè)內(nèi)容包括食堂、中水處理站、女生宿舍、看臺、藝術(shù)演播中心、人防車庫、教學(xué)樓、藝術(shù)實(shí)訓(xùn)樓、圖書館、行政樓、專業(yè)實(shí)訓(xùn)樓等 14 個(gè)單位工程。本工程地下水位高,地下水受潮汐影響并存在承壓動水;淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土,飽和,成流塑狀態(tài),該層在場地范圍內(nèi)分布廣泛,揭露厚度4.30~8.80 m;粉質(zhì)粘土,濕、軟塑~軟可塑;揭露層厚3.60~7.20 m,平均厚度 5.96 m。本工程支護(hù)樁及錨桿、預(yù)制樁依次穿過超厚流塑狀淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、粉質(zhì)黏土達(dá)到中粗砂錨固層,采用支護(hù)樁和旋噴樁共同構(gòu)建止水帷幕進(jìn)行止水。
創(chuàng)新自動化在線監(jiān)測系統(tǒng)+應(yīng)力釋放溝、應(yīng)力釋放孔技術(shù),在預(yù)制樁施工過程中時(shí)時(shí)對基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行變形、強(qiáng)度、穩(wěn)定性自動化監(jiān)測,通過監(jiān)測數(shù)據(jù)及時(shí)了解施工現(xiàn)場的基坑支護(hù)變形,對基坑整體穩(wěn)定與變形進(jìn)行安全評估,分析產(chǎn)生變形的原因,及時(shí)反饋施工,調(diào)整施工步驟及應(yīng)力釋放孔降水釋放應(yīng)力,從而進(jìn)一步確保施工安全。該技術(shù)在基坑土方開挖后在基坑四周設(shè)置應(yīng)力釋放孔,將中粗砂層內(nèi)的承壓水卸壓,預(yù)制樁施工的擠土效應(yīng)被應(yīng)力釋放孔釋放,從而解決了深基坑內(nèi)的預(yù)制混凝土樁施工極易引起擠土效應(yīng),而造成基坑支護(hù)坍塌即所謂的“包餃子”現(xiàn)象,也保證了預(yù)制樁的施工質(zhì)量。研制了一種預(yù)制樁樁頂水平位移及樁身應(yīng)力聯(lián)合測試方法應(yīng)用于預(yù)制樁施工過程。同時(shí)依托安裝測斜樁試驗(yàn)分析了開挖卸荷對土體位移的大小及變化速率的影響,通過理論計(jì)算驗(yàn)證淤泥質(zhì)土預(yù)制樁開挖施工方法,選擇最佳的淤泥質(zhì)土開挖方案。
(1)依托安裝測斜樁試驗(yàn)分析了開挖卸荷對土體位移的大小及變化速率的影響,根據(jù)樁周土體的位移變化規(guī)律量化分析了開挖卸荷對預(yù)制樁的影響,通過理論計(jì)算驗(yàn)證淤泥質(zhì)土預(yù)制樁開挖施工方法。
(2)采用基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)自動化在線監(jiān)測系統(tǒng),不僅實(shí)現(xiàn)了連續(xù)、實(shí)時(shí)、在線監(jiān)測,及時(shí)預(yù)報(bào)警提醒,及時(shí)掌握支護(hù)結(jié)構(gòu)在深基坑預(yù)制樁施工過程及土方開挖過程的運(yùn)行狀況和安全狀況。
(3)創(chuàng)新在坑底四周設(shè)置應(yīng)力釋放溝、應(yīng)力釋放孔,在預(yù)制樁施工的同時(shí)完成應(yīng)力釋放,解決了錘擊沉樁造成的擠土效應(yīng)、振動沖擊對支護(hù)結(jié)構(gòu)的影響難題。研制了一種預(yù)制樁樁頂水平位移及樁身應(yīng)力聯(lián)合測試方法,能更準(zhǔn)確、更全面、更方便的得出預(yù)制樁的水平位移,并通過埋設(shè)FBG傳感器同時(shí)得到樁身的應(yīng)力分布。
通過支護(hù)樁上安裝測斜儀試驗(yàn)設(shè)置的 6 個(gè)測點(diǎn)可以看出隨著埋深的增加位移的變化曲線如下圖,其中穿插每一標(biāo)號分別在 4 m、6 m、7 m、7.5 m、8 m 時(shí)隨著時(shí)間位移的變化曲線圖,第一天測點(diǎn)數(shù)據(jù)是測斜儀初始偏移,以后每天測的位移都要減去第一天的位移,得到最終土的滑動位移。取一個(gè)特征點(diǎn)來代表。
開挖面下 4 m 內(nèi)位移變化比較明顯,受卸土及施工影響較大,開挖面下 4 m 外受外界的影響較小主要是受基坑開挖的影響,4 m 以下土體的位移較小,基本不變。其中在 4 m、6 m、7 m、7.5 m、8 m 時(shí)從第 4 d 標(biāo)號到第 25 d 標(biāo)號 2、4、6 偏移的大體規(guī)律是一樣的,1、3、5 的規(guī)律也是一樣的。從第4 d 標(biāo)號到第 25 d 這些標(biāo)號的數(shù)據(jù)顯示都是 4 m,6 m 的時(shí)候變化明顯,然后逐漸趨于穩(wěn)定,到 8 m 的時(shí)候位移基本不變,大致為 0。
以上曲線表明,隨著基坑的開挖,土體會發(fā)生位移,對土體的影響深度在 8 m 的范圍內(nèi),0~6 m 時(shí)隨著開挖深度,土體受開挖到影響較大,發(fā)生的位移較大,6 m 以后逐漸趨于穩(wěn)定,到 8 m 時(shí)基本穩(wěn)定,土體的開挖對其影響較小。
(1)理論計(jì)算:通過選用的機(jī)械設(shè)備,反推預(yù)制樁在清槽、集水坑、中水處理站等局部坑中坑開挖過程中,不因土方開挖而造成樁基傾倒。
綜上可得 21 t 的挖掘機(jī)的最小回轉(zhuǎn)半徑為 3.5 m,挖掘機(jī)的等效荷載為 6.34 kPa,若土方車外側(cè)輪距離基坑坡頂線3.5 m,則汽車的等效荷載為 8.4 kPa,由于汽車和挖掘機(jī)不能同時(shí)作用在一個(gè)則嵌巖深度為 Ld=1.5 b 即可滿足要求。施工機(jī)械包括滿載的大型挖掘機(jī)和土方車,配合淤泥質(zhì)土中作業(yè)鋼板,尺寸為 6 000 mm×2 000 mm×20 mm;花紋鋼板尺寸為 4 000 mm×2 000 mm×5 mm 進(jìn)行鋪路。即可滿足要求。
本項(xiàng)目施工挖掘機(jī)采用采用大型 300 型反鏟挖掘機(jī),260 型長臂挖掘機(jī),小型 60 挖掘機(jī)。運(yùn)土車采用前四后八土方渣土車,配備小型農(nóng)用車進(jìn)行應(yīng)急配合。
(2)確定開挖順序.開挖順序?yàn)?1-1、2-1、1-2→2-2、1-3、2-3→1-4、2-4、1-5→2-5、1-6、2-6→1-7、2-7→1-8,兩臺挖機(jī)同時(shí)施工,開挖順序如圖 1。
圖1 土方開挖順序圖
在支護(hù)樁施工完成后,在冠梁上安裝靜力水準(zhǔn)儀、傾角傳感器。在支護(hù)樁施工時(shí)在樁身上安裝測斜儀,土方開挖后在錨桿上安裝錨力計(jì)。
(1)為了保證人防車庫預(yù)制工程方樁施工過程中減弱擠土效應(yīng),滿足應(yīng)力釋放要求,在車庫冠梁內(nèi)側(cè)四周布置應(yīng)力釋放孔,應(yīng)力釋放孔直徑 300 mm,間距 1 000,居中放置直徑 50 的 PVC 塑料管,塑料管與孔壁間填充粗砂,塑料管外露 300,應(yīng)力釋放溝寬 1 m,深 1.5 m,如下圖所示;應(yīng)力釋放孔設(shè)置深度同工程樁,應(yīng)力釋放孔深度為 13.5 m。如圖 2 應(yīng)力釋放孔、應(yīng)力釋放溝示意圖所示。
圖2 應(yīng)力釋放孔、應(yīng)力釋放溝示意圖
(2)施工步驟。平整基坑四周 3 m 范圍內(nèi)淤泥質(zhì)土—應(yīng)力釋放溝開挖修正—排除積水—鉆機(jī)就位—成孔同時(shí)安裝 PVC(四周打孔)塑料管并在塑料管周圍灌注粗砂—鉆機(jī)移位—施工結(jié)束后清理現(xiàn)場。
施工時(shí)需注意:①應(yīng)力釋放孔施工時(shí)采用隔三打一的跳打方式,進(jìn)行轉(zhuǎn)圈施工,嚴(yán)謹(jǐn)順序依次打孔,打出來的應(yīng)力釋放孔及時(shí)進(jìn)行安裝 PVC 管和灌砂處理。②由水文勘察報(bào)告得知,應(yīng)力釋放孔穿過承壓水區(qū)域,會造成大量地下水噴出。沿基坑邊先開挖到比車庫墊層低 50 cm 的位置,先鋪設(shè)一圈石子,放置排水管有泥土進(jìn)入堵塞。在將管壁開好孔的PVC-U波紋管沿溝放置,中間留出 11 個(gè)砌集水井的位置,等集水井砌筑完成,再在波紋管上覆蓋 850 mm 的石子濾水層。再回填砂礫土至 -2.61 m。在集水坑放置水泵抽水,確保打樁的擠壓水及時(shí)排掉。圖 3 為應(yīng)力釋放孔、應(yīng)力釋放溝詳圖。
圖3 應(yīng)力釋放孔、應(yīng)力釋放溝詳圖
(3)說明。應(yīng)力釋放孔的施工應(yīng)根據(jù)觀測成果及時(shí)進(jìn)行調(diào)整,如施工后在沉樁過程中土體位移仍然大于報(bào)警值,則應(yīng)在原有布局的基礎(chǔ)上增加孔數(shù)。原則為首先考慮在臨近施工區(qū)域的內(nèi)排孔間再增加倍數(shù)的孔位,從而保證本次防護(hù)效果最大限度的經(jīng)濟(jì)有效。
車庫預(yù)制樁施工從中間分別向南、向北兩個(gè)方向進(jìn)行施工,采用兩臺樁機(jī)同時(shí)從中間向兩側(cè)施打,施打過程中,先進(jìn)行北區(qū)一臺樁機(jī)在分界處北側(cè)一排承臺樁的跳打施工,施工完北區(qū)分界處最南側(cè)一排承臺的預(yù)制工程樁施工后,再進(jìn)行南區(qū)分界處最北一排承臺工程樁的施工,然后分別向北、南兩側(cè)依次施工,北區(qū)樁機(jī)完成后,因沒有坡道出坑,采用汽車吊吊裝出坑;南側(cè)樁機(jī)施工完成后在出土坡道出坑。
研制了一種預(yù)制樁樁頂水平位移及樁身應(yīng)力聯(lián)合測試方法,能更準(zhǔn)確、更全面、更方便的得出預(yù)制樁的水平位移,并通過埋設(shè) FBG 傳感器同時(shí)得到樁身的應(yīng)力分布,為預(yù)制樁的施工及樁基檢測提供依據(jù)。
采用自動化基坑變形監(jiān)測系統(tǒng)自開挖開始到預(yù)制樁施工完畢,實(shí)時(shí)進(jìn)行變形觀測,監(jiān)測系統(tǒng)通過智能節(jié)點(diǎn)將傳感器采集到的數(shù)據(jù)利用 4/5G 網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)發(fā)送到云平臺,實(shí)現(xiàn)即時(shí)預(yù)警、報(bào)警,監(jiān)測數(shù)據(jù)經(jīng)過統(tǒng)計(jì)和處理后自動生成相應(yīng)的曲線和報(bào)表。通過檢測數(shù)據(jù)及時(shí)調(diào)整施工順序和應(yīng)力釋放孔內(nèi)排水保證支護(hù)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。
采用本方法有效解決了近海超厚淤泥區(qū)深基坑內(nèi)預(yù)制樁在開挖過程中大面積傾倒、移位等施工難題,也解決了基坑內(nèi)施工預(yù)制樁擠土效應(yīng)對基坑支護(hù)的不利影響,間接起到了排水降水的作用,保證了預(yù)制樁施工質(zhì)量。同時(shí)采用本工法可以實(shí)現(xiàn)錘擊送預(yù)制工程樁,保證垂直度,不必采取其他措施保證樁身及承臺的承載力問題。則可以加快施工進(jìn)度及質(zhì)量的完美結(jié)合,同時(shí),節(jié)省了成本,節(jié)約礦產(chǎn)資源;節(jié)約輔助鋼材等。施工快捷、減少施工工序、縮短施工工期、減少單位成本,具有良好的社會經(jīng)濟(jì)效益。