深层超静孔隙水压力释放结构设计施工

陈 晓 飞

(1.江苏省有色金属华东地质勘查局，江苏 南京 210007； 2.江苏华东地质建设集团有限公司，江苏 南京 210007)



深层超静孔隙水压力释放结构设计施工

陈 晓 飞1，2

(1.江苏省有色金属华东地质勘查局，江苏 南京 210007； 2.江苏华东地质建设集团有限公司，江苏 南京 210007)

为了消除管桩施工环境效应，介绍了深层超静孔隙水压力释放结构的设计原理，并结合工程实例，阐述了其施工技术要点，指出该释放结构发挥作用时间长、综合成本低，值得推广应用。

管桩，超静孔隙水压力，基坑，建筑物

在管桩施工过程中，由于超静孔隙水压力的产生和释放，导致地基发生不均匀沉降，地基不均匀沉降会引起周边建(构)筑物倾斜等影响建(构)筑物安全的管桩施工环境效应[1-3]。

为了消除管桩施工环境效应，保证建(构)筑物长期、安全地发挥作用，作者以数个管桩工程实践为基础，介绍了消除管桩施工环境效应的深层超静孔隙水压力释放结构的设计原理和施工要点。实践证明，该释放结构发挥作用时间长，综合成本低，可供广大岩土同行借鉴参考。

1 管桩施工环境效应的产生

土体受到瞬间荷载产生的附加应力时，土体本应发生应变，但由于一时排水受阻，土体中产生超静孔隙水压力，超静孔隙水压力超过静水压力，使作用于土骨架上的有效应力变小，从而限制了土颗粒的变形。随着时间的推移，孔隙水慢慢被排出。伴随着孔隙水慢慢被排出，超静孔隙水压力逐渐减少，直至消散。在超静孔隙水压力逐渐消散过程中，附加应力慢慢转嫁到土的骨架上，导致有效应力增大，土体的体积发生变化，导致地基发生不均匀沉降，产生了管桩施工环境效应[4，5]。

在管桩施工过程中，当管桩穿越土体内的孔隙基本上被水充满的饱和土如淤泥质粉质粘土时，由于一时排水受阻，在饱和土体中产生超静孔隙水压力；同样道理，当管桩穿越非饱和土时，挤土效应会在非饱和土体中产生超静孔隙水压力；最后，当管桩遇到含卵砾石层、密实状中粗砂等地层时，管桩所受端阻力大，管桩不好穿越，施工过程中常采用冲击法，而冲击作用会在饱和土体产生超静孔隙水压力。由三种作用产生的超静孔隙水压力逐渐消散过程中，导致施工场地周边的地基发生不均匀沉降，使建(构)筑物发生裂缝或倾斜，即发生管桩施工环境效应。

2 消除管桩施工环境效应

2.1 常规方法

在受影响的建(构)筑物与施工场地之间开挖排水沟，然后在排水沟中间和两端设置集水井，最后在排水沟内施工超静孔隙水压力释放孔。这样，从超静孔隙水压力释放孔中溢出来的水通过排水沟流到集水井内，由水泵把集水井内的水抽到场地外。

为了保持超静孔隙水压力释放孔孔壁的稳定性，需要在超静孔隙水压力释放孔中放入粗砂，但孔中放入粗砂不仅增加了成本，而且粗砂在孔壁压力作用下被挤密，从而使超静孔隙水压力释放孔释放超静孔隙水压力的功能部分失效，导致超静孔隙水压力释放孔发挥作用的时间短，而且释放孔也不能太深。也有采用比重不小于1.25 g/cm3、粘度不小于28 s的泥浆保持孔壁稳定性，但由于泥浆离析沉淀是不可避免的，伴随泥浆离析，孔上部孔壁稳定性减弱甚至塌孔，影响超静孔隙水压力的释放，引起管桩施工环境效应。

2.2 深层超静孔隙水压力释放结构的设计原理

为了克服常规消除管桩施工环境效应的释放孔发挥作用时间短、不能太深等缺点，作者在深层超静孔隙水压力释放结构中采取了以下措施：1)在超静孔隙水压力释放孔成孔时,采用添加分散剂羧甲基纤维素(CMC)的泥浆[6]。羧甲基纤维素(CMC)具有减小泥浆中颗粒离析沉淀的作用。同时，保证泥浆比重不少于1.25 g/cm3，粘度不小于28 s。这样，减小了泥浆离析沉淀，有效防止了孔上部孔壁稳定性的减弱甚至塌孔，进而保证超静孔隙水压力的释放，降低管桩施工环境效应，也防止了钻渣、孔壁土屑和砂屑沉淀后在孔底产生超静孔隙水压力。2)超静孔隙水压力释放孔成孔后，在孔中放置绑扎了孔径不小于1目钢丝网的钢筋笼。因为钢筋笼、钢丝网可保证孔壁的稳定性，孔深可以不小于20 m，可阻止深层超静孔隙水压力的传递。另外，钢丝网可以阻碍土屑、砂屑贯入到超静孔隙水压力释放孔中，也可阻止超静孔隙水压力的传递。

2.3 深层超静孔隙水压力释放结构的施工要点

1)在受管桩施工环境效应影响的建(构)筑物周边，挖掘排水沟，排水沟的参数：长度为被保护建(构)筑物的长度、宽1 m～1.5 m、深1 m～1.5 m。2)在排水沟的两端端头、中间，用挖掘机开挖出集水井，集水井深1 m，直径不超过1 m。3)在排水沟内施工超静孔隙水压力释放孔，两个释放孔外壁之间距离1 m～5 m。4)超静孔隙水压力释放孔的深度为穿越周边建(构)筑物基础范围内的饱和土层以下不少于5 m。5)在超静孔隙水压力释放孔中放置绑扎了孔径不小于1目钢丝网的钢筋笼，以便孔深可以不小于20 m，保护建(构)筑物的深基础。6)在原土造浆过程中添加分散剂——羧甲基纤维素(CMC)，羧甲基纤维素具有减小泥浆中颗粒离析沉淀的作用，又能增加泥浆粘性，使饱和土层表面形成薄膜而保护孔壁稳定。使用时，将拌好的浓度为1%的羧甲基纤维素溶液加入到泥浆中，用量为每100 m3泥浆中加入溶液100 kg～300 kg。加强对泥浆性能指标的监测，采样间隔时间一般为1 h。7)每天巡查建(构)筑物紧临施工场地一侧的墙面或地面，看墙面上有无裂缝，若位移达到报警值时应暂停施工，报警值为：累计最大沉降10 mm～60 mm或累计倾斜2/1 000的小值、变化速率0.1H/1 000 mm/d(H为建(构)筑物承重结构高度)[7]。

2.4 深层超静孔隙水压力释放结构的应用

某基坑支护工程位于江苏省南京市，基坑面积约为25 280 m2，周长约672 m，基坑开挖深度3.6 m～4.7 m。基坑内工程桩为500 mm×500 mm方桩，方桩长度30 m～40 m，方桩穿越②2淤泥质粉质粘土，施工采用静压法。

基坑工程西南段紧邻某公司办公大楼及其附属建筑物，基础形式为管桩基础，承台基础埋深1.5 m，管桩长度15 m，管桩穿越②2淤泥质粉质粘土。该段基坑支护结构为六排格栅式深搅桩重

力式挡墙，挡墙距离办公大楼最近处约4.6 m。

在工程桩长度范围内有平均厚度为14 m的饱和土——②2淤泥质粉质粘土，为了消除管桩施工环境效应对西侧南段紧邻的办公大楼及其附属建筑物的影响，在基坑内紧邻某公司办公大楼及其附属建筑物的地方布置了排水沟、集水井和超静孔隙水压力释放孔。排水沟长120 m、宽1.5 m、深1.5 m，在排水沟内以平均间距30 m布置了5口集水井，集水井直径0.8 m，井深1 m。在排水沟底布置超静孔隙水压力释放孔，超静孔隙水压力释放孔φ700@6 000，孔深22 m，超过办公大楼及其附属建筑物周边管桩基础范围内的饱和土层——②2淤泥质粉质粘土5 m，孔数20口，间距5 m；在超静孔隙水压力释放孔中下钢筋笼，钢筋笼直径0.6 m、主筋为8根直径0.016 m的钢筋；加强筋为直径0.014 m的钢筋，间距2 m；箍筋为直径0.006 5 m的钢筋，间距0.25 m。在钢筋笼绑扎了孔径不小于1目钢丝网。钢筋笼口高出预排水沟底面0.1 m，孔口覆盖100 mm×100 mm钢筋网盖板，盖板直径1 m。

在办公大楼及其附属建筑物上设置了建筑物倾斜及裂缝监测观测点，每栋建筑物的变形观测点数为4个～6个。

施工顺序为超静孔隙水压力释放孔、基坑内工程桩、基坑支护结构，其中基坑内工程桩从西向东施工。在方桩施工期间，场地西侧南段紧邻的办公大楼及其附属建筑物上没有发现裂缝，也没有发生建筑物倾斜，为方桩施工按合同要求顺利完成奠定了基础。

3 结语

1)深层超静孔隙水压力释放结构适合于施工场地范围内有饱和土，易受管桩施工环境效应影响的建(构)筑物的周边，建(构)筑物的基础深度不小于15 m。

2)深层超静孔隙水压力释放结构消除了管桩施工环境效应，而且超静孔隙水压力释放孔孔深可以不小于20 m。

3)超静孔隙水压力释放孔中不放砂子，不仅节约了成本，而且防止了因孔中砂子被挤密后超静孔隙水压力的传递，因此，超静孔隙水压力释放孔发挥作用的时间更长，应用综合成本低。

[1] 陆泽峰.散粒体路堤包边技术稳定性研究[J].河南科学，2015，33(5):758-761.

[2] 李远强.探地雷达探测地裂缝的几个实例[J].物探与化探,2012,36(4):651-654.

[3] 陈 磊,刘法民.应力释放孔在施工现场周边环境保护中的应用[J].山西建筑,2015,41(6):86-87.

[4] 张 松,张富有,惠子华.围堤施工工序对桥梁桩基工作性状的影响研究[J].河南科学，2015，33(11):1949-1954.

[5] 蔺 刚,潘永波,马 晓.应力释放孔法保护静压桩施工周边环境的应用实例[J].探矿工程(岩土钻掘工程)，2007(4):1949-1954.

[6] JTG/T F50—2011，公路桥涵施工技术规范[S].

[7] GB 50497—2009，建筑基坑工程监测技术规范[S].

Design and construction of deep super static pore water pressure release structure

Chen Xiaofei1，2

(1.EastChinaMineralExplorationandDevelopmentBureauforNon-FerrousMetals,Nanjing210007,China；2.JiangsuEastChinaGeologicalConstructionGroupCo.,Ltd,Nanjing210007,China)

In order to demolish pipe pile construction environment effect, the paper introduces design principles of deep super static pore water pressure relieving structure, describes its construction technology points by combining with engineering examples, and finally points out advantages of the reliving structure, such as long-term service and low comprehensive cost. Therefore, it is worth promoting.

pipe pile, super pore static water pressure, foundation pit, architecture

1009-6825(2016)16-0080-02

2016-03-29

陈晓飞(1979- )，男，工程师

TU473.13

A