【探析深层搅拌桩在基坑围护的应用】 基坑围护

　　摘 要：施工表明，采用“二合一”深层搅拌桩作为压桩防护和基坑围护双重作用，搅拌桩由于具有一定的刚度和整体性，不仅能有效隔离超孔隙水压力对周围环境的影响，并且在桩基施工完毕后能保证搅拌桩桩体完整，使其既能起到良好的防护效果，又可节省整个工程造价。
　　关键词：深层搅拌桩；基坑围护；防护效果
　　
　　1 工程概况
　　某工程桩基采用PHC管桩，1号楼桩径600，桩端入土深度为33.7m，2号楼桩径400，桩端入土深度为32.35m，地下车库桩径500，桩端入土深度为32.55m。
　　采用预制桩后，1号楼共186根桩，平面布桩比例为6%，有效桩长29m，考虑管桩的闭塞效应，挤土方量约为1015m3，2号楼共218根桩，平面布桩比例为4%，有效桩长27m，挤土方量约为1060m3。据相似工程经验，本工程在压桩时，影响较大的将是1号楼北侧的长边，当采取常规的防护措施，隆起量一般在10cm左右；由于场地周围临马路，有多条市政管线通过，马路对面为居民区，为防止压桩时对周围环境带来较大影响，结合本工程，进行了深层搅拌桩作为基坑围护和压桩防护双重作用的施工设计。
　　根据现场情况，对工程基坑围护我们进行了如下设计：1号楼基坑深度为4.8m，基坑围护时采用了复合土钉墙的支护方法，设置一排搅拌桩隔水，地下车库挖深8.75m，采用灌注桩围护方法，外设一排深层搅拌桩隔水，2号楼基坑挖深4.5m，采用宽3.2m重力式深层搅拌桩挡墙围护。同时，基坑外深层搅拌桩作为基坑围护作用时，只需13m长即可满足隔水要求，为了起到压桩防护作用，将深层搅拌桩延长到17m，进入土质较好的土层。
　　对于建筑物地下部分，常规的施工顺序是先施工桩基础，施工完毕后再施工基坑围护体，使用“二合一”深层搅拌桩，施工则采用逆作法，先施工基坑围护结构中的水泥土深层搅拌桩，待深层搅拌桩养护至设计强度后，再施工建筑物桩基。为了能有效将水土隔离，深层搅拌桩的深度应比作为单纯的基坑围护体时有适当的增加。在施工桩基时，深层搅拌桩有效的起到了对周围环境的防护作用，且在开挖基坑时，深层搅拌桩桩体完好，没有渗漏现象发生。
　　2 监测结果
　　压桩施工时，先施工1号楼，再施工2号楼，在工程基坑周边进行了监测，本文将以压桩时影响较大的1号楼北侧和2号楼南侧测点为例进行分析，各测点在压桩开始至结束隆起位移量见图1所示。
　　
　　图1　土体隆起位移
　　（1）由图1可见，测点的最大隆起位移在1号楼北侧，为3.81cm，相当同类工程隆起位移量的1/3，说明采用深层搅拌桩作为防护隔离体是切实有效的。
　　（2）1号楼压桩速率平均为8.8根/天，2号楼为11.5根/天，但2号楼外隆起最大位移仅为3.4cm，说明较宽的深层搅拌桩能更好的起到防护的作用。
　　（3）第一天压桩时，由于距离基坑边较近，而施工单位没有按照设计要求控制压桩速度，半天时间内压入了6根桩，造成紧邻基坑边的围墙出现裂缝，距离坑边7m左右的M4点的隆起位移达到了15mm，说明虽然有隔离体存在，也应控制压桩速率。在施工1号楼时，保持了对2号楼的监测，基本没有隆起位移产生，可见当压桩距离在2倍桩长以上时，不会产生较大影响。
　　（4）沿与1号楼长边平行布置的测点隆起位移并不相同，由于M7和M8点距离桩基较远，隆起位移在0.5cm以内，距离桩基较近的点隆起位移为：M4>㎡>M3>M5>M1>M6，位于1号楼中部的M4点最大，㎡和M3次之，两边的M1和M6点最小。说明压桩挤土产生了空间效应，由于深层搅拌桩两端与东西侧围护的深层搅拌桩相连，受到约束，当在基坑内压桩时，不考虑沿深度方向变化，整条单排深层搅拌桩发生挠曲变形，中部比两端隆起量大。但对2号楼，由于桩墙较厚，并未出现以上情况。
　　（5）如图1，压桩初期由于临测点较近，隆起的较快，图线倾角较大，后期压桩时，虽然整体压桩数量和排土量增加，但周围土体隆起的速率反而有所减小，图线斜率变小。说明背离保护对象的方法压桩时，虽然单日沉桩量增加，但开始压下去的桩加强了防护深层搅拌桩的屏障作用，能够一定程度上降低土体隆起。
　　（6）图中局部位置隆起量出现了局部回复的现象，是因为在此种环境下压桩时，常规的压桩速率应控制在每日10根左右，且应根据现场情况进行调整，但施工单位为了抢进度，单日沉桩量达到了15根，使隆起速率急剧增加，因此采取了夜间停压、做砂井和桩位取土等常用方法，以减少压桩对周围环境的影响。但同时也看到，由于停压时间不可能太久，砂井对孔隙水压力消散太慢，取土也不能太多，周围隆起位移值在采取了常规防护措施后并未出现大量的恢复，说明这些方法的收效并不显著，孔隙水压力消散的很慢，在继续施工后，隆起位移量将再次持续增长。
　　（7）1号楼在桩基施工完毕后，隆起位移达到最大值。说明在持续压桩的过程中，虽然距离测点越来越远，但由于单日沉桩量增加、超孔隙水压力消散缓慢等原因，仍对周围环境产生影响。而2号楼在压桩到4排桩后，坑外隆起即出现下降的趋势，说明较厚的深层搅拌桩在压桩位置超过一定的距离后，由于孔隙水渗透路径的增加，即可使坑外孔隙水压力消散的速率大于坑内孔隙水压传递过去的速率。
　　3 深层搅拌桩工作原理
　　3.1 深层搅拌桩受力分析
　　“二合一”深层搅拌桩在进行施工时，关键的问题是：当静力压桩时，由于桩体的压入，地基向四周排土排水，在水土的压力下，是否会将深层搅拌桩桩体压碎或压裂？从而在基坑开挖时，深层搅拌桩有可能起不到隔水隔土的功能。根据工程结果可见，在基坑开挖时深层搅拌桩完好无损，并且由于养护时间较长，强度比一般基坑围护中使用的还有所提高，因此完全满足作为基坑围护体的要求。
　　当压桩施工时，由于桩体挤土和水，深层搅拌桩墙受到来自基坑内的压力，设墙体向基坑外侧变形量为δ。取单位长度进行分析，由于基坑没有开挖，设挡墙变形主要为平移，平移位移u=δ，被动土压力Fp的计算采用“m”法，则由水平地基反力系数K=mz，得：