山地边坡条件下桩基施工技术研究.pdf

Intelligent Building and Construction Machinery智能建筑与工程机械2024年 2月Feb.2024第6卷 第2期Vol.6 No.21工程概况1.1 工程总体概况该工程项目位于深圳市光明区猪婆山、猪公山周边区域，半地下一层，地上 5 层，总建筑面积 33 101.86 m2，建筑高度 28.1 m。建筑边线靠近两侧陡峭山体，部分桩基位于陡坡面上，无法采用旋挖或冲孔工艺进行机械成孔施工。人工挖孔桩区域航拍图如图 1 所示。1.2 工程水文地质概况该山体区域地基土构筑与特征为：2-2 强风化泥质粉砂岩（块状）、3 中风化泥质粉砂岩。桩顶作业标高约为 68.000 m，桩底标高约为 45.000 m，水位高程：49.65 64.94 m，平均高程为 60.13 m。1.3 复杂边坡周边环境工程两幢单体均临近未支护的自然山体，空间场地狭小，作业区域呈条形排布，硬化操作平台最窄处仅 3 m，对机械设备运输、架设、操作要求高。强风化收稿日期：2023-11-15作者简介：徐健（1982），男，上海人，本科，工程师，研究方向：建筑施工。山地边坡条件下桩基施工技术研究徐 健（上海建工四建集团有限公司，上海 201103）摘 要：分析某建设工程项目在桩基施工过程中遇到的工程技术问题，由于原状山体边坡上存在因坡度过陡以及空间有限等因素影响，导致无法使用大型机械设备进行工程桩施工。建筑首层底板投影面积大于山顶场平后的面积，导致有部分底板是悬空在土面以上，只能通过工程桩将荷载传递到边坡上。结构设计在施工图设计时，只考虑了底板结构的配筋受力能够满足计算要求，没有考虑现场施工的实际条件约束，导致项目部最终通过多级削坡+工程桩兼做支护的方法，建设了能满足桩基施工的场地条件以及施工机械、材料、人员来往运输的通道，有效解决了该单体的施工难题。关键词：桩基施工；陡坡；人工挖孔桩；多级削坡；工程桩护坡中图分类号：TU7；U41文献标识码：A文章编号：2096-6903(2024)02-0001-03的岩层在受到浸水湿润后易土体软化、崩解，强度发生急剧降低。施工期需避开沿海台风雨汛季节。工程位置为原生山林区，范围内无遗留建筑与暗埋管线，距离周边水系较远，山体内无暗河与溶洞，整体施工地质较为统一。2 边坡支护总体设计2.1 支护结构的总体设计山坡东侧 B 座单体位置区域，主楼为框架-剪力墙结构，通过支护桩分隔形成高低跨山体，支护桩为 10001500 灌注桩，桩长度 11 m，侧面 300 厚钢筋混凝土挂板连接。高跨部分为承台独立基础，低跨部分为人工钻孔灌注桩，如图 2 所示。边桩桩头即为原状坡面，下方为已清表的无支护裸露山体，山体坡度接近 1:2。表层为蓬松状强风化土，湿陷性特征显著，在潮湿多雨的广东夏季难以维持原有地勘强度。大型机械难以在该区域进行作业，故采用人工挖孔灌注桩工艺进行施工1。施工思路为先施工高低跨边坡支护桩结构，再削出图 1 人工挖孔桩区域航拍图智能建筑与设计施工图 2 高低跨边坡剖面图智能建筑与工程机械 2 第6卷低跨平台施工人工挖孔桩，最后施工高平台位置的平板独立基础。施工人工挖孔桩期间，利用已完成的边坡支护结构发挥侧向挡土作用，确保开挖过程中的山体稳定，形成场地围挡，保证下方作业人员安全。2.2 工程桩特点人工挖孔桩共 35 根，桩径为 1 200 mm、1 400 mm。最大开挖直径约 1 900 mm，桩孔开挖截面尺寸大。孔深超过 16 m，最深达 24 m，施工风险较大。施工场地位于山地悬崖边的陡峭边坡，无现成施工平台，整体施工难度较高。3 工程面临问题基于以上概况，本项目的桩基施工主要存在以下难点：施工场地极其狭小，原状山顶为圆弧形，进行一次削坡之后仅形成 51 m 宽度平台，远小于建筑 77 m的需求。这意味着大量基础桩机直接位于陡峭山坡面上，且原设计并未对此做出针对性策划。根据广东省建设厅关于限制使用人工挖孔灌注桩的通知，对于广东省内的工程人工挖孔桩孔深不能超过 25 m。本工程根据地勘的预估，从原状场地表标高起算，桩长最深已达 26 m 多，超过规定值，不能使用人工挖孔作业。4施工技术措施4.1 多级削坡平台设置原始山体为凸弧形，南坡坡度接近 1:1，北坡坡度接近 1:2，较大的坡度制约了施工作业机械的进入。整体建筑宽度约为 77 m，高削坡平台进行地面处理后为50 余 m，地基面积比基础面积小，施工机械无法到达桩孔位置进行旋转挖孔施工。若采取回填加宽地基面的方法至少面临以下 4 个难题：新回填土与原状土坡面斜相交，无法保证回填稳定性。按照现状坡度，水平方向填筑拓宽 1 m 所需的土量极大，成本极高。填土改变原始地貌，建筑建成后园林景观需重新设计，加大了项目建设成本。高平台位置还需布置硬化道路以及材料加工厂等施工必要空间，使留给挖孔桩的平面施工面积再次缩小。建筑的部分桩基础无法埋入土体，裸露在地表面以上，不具备机械成孔的条件。综合考虑了现场情况及设计结构特点等因素，项目使用借桩支护+多级削坡+地上接桩的施工方案，将挖孔桩施工平台即实际桩顶标高下移。利用原 A 座工程桩与 B 座支护桩作为高底平台之间的支护，进行二级平台的下挖施工。二级平台形成后，硬化地面、设置临边围护并架立施工临时用电，并以此标高面作为人工挖孔桩的操作基准面。施工完成人工挖孔桩之后，在硬化地面上搭设模板支架进行地上接桩施工，将原桩接长至底板结构标高，并用此支架兼做底板支模架。接桩施工与建筑结构剖面示意图如图 3 所示。为了保证裸露出土部分桩的受力稳定性，在合理高度位置三角拉结连梁，三角量位置高度由桩身弯矩分布和施工支撑排架模数高度综合考量确定。4.2 人工挖孔桩施工工序处于边坡位置人工挖孔桩的桩体施工步骤与一般挖孔桩施工无明显差别，遵循首节中间节扩底这一由上到下顺序进行施工。完成上一节的护壁浇筑后，等待护壁混凝土硬化完成，拆除模板进行下一层开挖和支模，循环进行直至嵌固岩层2。挖桩顺序原则是当桩间净间距小于 2 倍桩径且小于2.5 m 时，必须采用间隔开挖，排桩跳挖最小施工净距不得小于 4.5 m。开挖第一节桩孔土方时，开挖桩孔应从上到下逐层进行，先挖中间部分的土方，然后向周边扩挖，有效控制开挖桩孔的截面尺寸，每节高度一般以 0.9 1.2m为宜。第一道护壁施工要点有以下 3 点：护壁模板必须用桩心点校正模板位置，偏差不大于 20 mm。井圈顶面比场地高 150 200 mm，壁厚比下面井壁厚度增加 100 150 mm。护壁混凝土强度不得小于桩身混凝土强度，人工浇筑和捣实，塌落度控制在 100 mm以内，浇灌完毕须经过 24 h 后方可拆模。架设垂直运输架要在第一节桩孔成孔以后，立即着手在桩孔上口架设垂直运输支架。支架须在后方设置配重桶（框），确保整体支架不发生倾覆。开挖扩底部分时，桩底可分为扩底和不扩底两种情况。挖扩底桩应先将扩底部位桩身的圆柱体挖好，再按设计扩底部位的尺寸、形状自上而下削土。如设计无明确要求，扩底直径一般为 1.5 3.0 d。吊放钢筋笼时，钢筋笼按设计要求配置，运输及吊装应防止扭转弯曲变形，根据规定加焊内固定筋。浇筑桩身混凝土要用溜槽向桩孔内浇筑混凝土，当高度超过 3 m 时应用串筒，串筒末端离孔底高度不宜大于 2 m。桩孔深度超过 12 m 时，宜采用混凝土串筒图 3 接桩施工与建筑结构剖面示意图2024年 第2期 3 徐 健：山地边坡条件下桩基施工技术研究浇筑。到桩顶时，应适当超过桩顶设计标高，以保证在剔除浮浆后，桩顶标高符合设计要求。桩顶上的插筋应保证设计尺寸垂直插入。4.3 汛期山地汇水的控制工程地位于广东省，属潮湿多雨的亚热带季风气候，每年夏季汛期有大量的降雨。两个人工挖孔桩施工面的大部分汇水，来自中间高出的削坡平台，为了有效阻断这一汇水途径，确保施工平面不积水，现场在两个边坡坡顶设置素混凝土挡水槛与排水土沟，将水沟接入现场已有的排水路线排出，有效避免汇水灌入。4.4 护壁受力研究采用 ABAQUS 有限元软件对某工程人工挖孔桩整个开挖阶段进行三维建模，探究了护壁受力与位移随纵向开挖深度的变化而变化的规律。根据该项研究，分段式护壁所受弯矩、剪力、位移的变化可以归纳为：一个大趋势、多个小循环。护壁受侧向土压力的影响，开挖深度越深，所受力弯矩、剪力越大，位移也越大。每一个独立的护壁单元中，弯矩与位移先增大后减小，弯矩拐点为 3/4 处，位移拐点为 1/2 处。头尾交接处过度连续、相互衔接，这一特点与工程也较为贴合3。土体的重度与内摩擦角的变化会显著影响护壁受力与位移。地下水的变化会改变土体重度与内摩擦角，故人工挖孔桩在施工过程中，要格外注意及时抽排坑底汇水，不要让过度的积水掏蚀侧壁土体与增加护壁的受力。以常用的 1 m 长度护壁单元为例，每次掘进深度对受力和变形有显著影响。掘进小于 1 m 时，受力与掘进深度呈正相关，可在每次掘进不多时适当减小护壁设计强度，达到提高经济性目的。掘进大于 1 m 时，护壁受力趋于稳定值，变化范围不大。4.5 高边坡山地施工措施相较于普通平地，在高边坡山地施工人工挖孔桩，重点在于施工场地的布置策划。相对狭小的边坡环境，决定了留给材料堆场、钢筋加工场、泵车停放场地等的空间狭小紧凑。若场地布置不合理，轻则造成施工操作不便、拖延施工工期，重则导致山体滑坡、桩坑灌水等严重事故发生。人工挖孔桩施工的主要角色是工人，操作不当容易发生各类人身伤害事件。杜绝安全隐患的发生，保持项目零事故、零风险的创优文明工地管理要求，要针对人工挖孔作业制定专门的管理管控体系，加强安全责任主体的落实。一是安全教育。对下井作业人员进行详尽的施工安全交底，定期进行身体检查，每一个下井工人必须提供近期的体检报告。杜绝出现施工人员带病、带伤下井工作的情形。处于井下作业的施工人员要具备自我安全意识，项目部要通过宣贯让其知道自己是自身安全的第一责任负责人。人员井下作业时，随时观察孔内出现的异常情况，如发现孔壁开裂、渗出流水、局部塌方或者异味等异常情况，要立即向值班人员报告，采取措施后方能作业。二是要保证两人一孔、相互尽责。一旦井下有人员作业，井上必须配备一名观察员。观察员佩戴好安全绳、安全帽，手持对讲机，保持与井下人员、地上管理人员的实时沟通。确保井口半月板的展开，保证没有异物落下伤人。在发现险情时第一时间与项目经理汇报，并向井下人员持续讲话，起到安抚与救助的作用。本工程施工时借用原设计工程桩作为边坡支护形成高低两级削坡平台，硬化两级平台，高平台作为材料加工、机械吊运、泵车进出的通道，低平台为人工挖孔桩操作平台。全硬化的操作面有效阻挡了雨水的下渗，保证了井下作业人员的安全。5 结束语本项目通过合理利用工程桩来侧向支护高低平台，解决了地基面积过小不够进行施工作业的难题。对高低两个平台的配合使用、合理布置施工作业通道，在有限的空间内解决了机械、作业面、安全用电及排水设施等工程施工难点的结合问题。在不额外引入其他措施的情况下，完成了原定的施工任务计划，创造了项目体经济利益。从 2019 年 10 月削坡到 2020 年 1月挖孔桩施工完成，整体桩孔验孔合格，桩身检测符合国家规范要求。参考文献1 梁炳钊,陆建武,彭琼.人工成孔灌注桩施工工艺在桩基础施工中的应用J.森林工程,2008(2):56-59.2 张立军.浅谈人工挖孔桩的施工技术及安全质量控制J.山西建筑,2007,33(5):115-116.3 杨昌梅.人机结合旋挖桩施工技术应用J.中国住宅设施,2020(7):95-96+79.