閩江口深厚軟土樁基礎(chǔ)與基坑支護(hù)方案比選分析

李 勤

(中鐵房地產(chǎn)集團(tuán)(福州)有限公司，福建 福州 350001)

1 工程概況

項(xiàng)目位于福州市馬尾區(qū)某平原地區(qū)，周邊鄰近在建道路，東北側(cè)為某地產(chǎn)公司在建住宅小區(qū)。項(xiàng)目擬建物由9棟23層～33層高層住宅樓、8棟9層～11層小高層住宅樓、18棟3層～4層多層住宅樓及附屬建筑組成，下設(shè)1層～2層滿鋪地下室，多層采用框架結(jié)構(gòu)體系，高層采用剪力墻結(jié)構(gòu)體系，用地面積約10.3萬(wàn)m2。場(chǎng)地抗震設(shè)防烈度為7度，設(shè)計(jì)地震分組為三組，場(chǎng)地類別為Ⅲ類。

1.1 巖土層結(jié)構(gòu)

擬建場(chǎng)地較平坦開(kāi)闊，地面標(biāo)高約5.0 m～7.0 m，分布有較多池塘、淤泥質(zhì)棄土等，屬濱海相沖淤積平原。上部主要為海相淤積的淤泥軟土層，中部以沖洪積成因的中砂、卵石層為主，下部為花崗巖風(fēng)化層。在鉆孔深度范圍內(nèi)地基巖土層共分為8層，自上而下為：①素填土：松散，均勻性差，回填時(shí)間約1年～3年，普遍分布，工程性能很差，厚度0.40 m～6.50 m。②淤泥(夾砂)：流塑，普遍分布，工程性能很差，厚度15.10 m～37.90 m。③中砂：多呈中密～密實(shí)，普遍分布，工程性能一般，厚度11.90 m～51.40 m。④卵石：中密～密實(shí)，分布不連續(xù)，厚薄差異懸殊，局部分布有⑤粉質(zhì)黏土下臥層，均勻性差，工程性能較差，厚度0.60 m～20.30 m。⑤粉質(zhì)黏土：可塑，局部分布，厚度0.80 m～8.50 m。⑥強(qiáng)風(fēng)化花崗巖Ⅰ：標(biāo)貫試驗(yàn)實(shí)測(cè)擊數(shù)N≥50擊，巖芯呈砂土～碎屑狀，遇水易軟化，巖體完整程度為極破碎，屬極軟巖，普遍分布，厚薄差異懸殊，工程性能一般，厚度0.50 m～13.70 m。⑦強(qiáng)風(fēng)化花崗巖Ⅱ：碎裂狀構(gòu)造，巖芯呈碎屑狀～碎塊狀，巖體完整程度為極破碎，屬軟巖，普遍分布，厚薄差異懸殊，工程性能較好，揭露厚度0.50 m～11.60 m。⑧中風(fēng)化花崗巖：塊狀構(gòu)造，巖石較新鮮，屬較硬巖，普遍分布，工程性能好，揭露厚度1.90 m～8.00 m，層頂標(biāo)高-78.71 m～-31.18 m。

1.2 水文地質(zhì)條件

場(chǎng)地下承壓含水層不會(huì)產(chǎn)生基坑突涌，近3年～5年最高水位標(biāo)高6.00 m，歷史最高水位標(biāo)高約為7.00 m，地下室抗浮設(shè)防水位取7.00 m。地下水對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)具微腐蝕性，對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋具弱腐蝕性，對(duì)地下鋼結(jié)構(gòu)具弱腐蝕性。

2 地質(zhì)條件對(duì)施工方案的影響分析

1)地表缺少硬殼層。地表為軟弱填土，其下為深厚流塑狀淤泥層，場(chǎng)地內(nèi)分布有較多的大小魚(yú)塘和外來(lái)淤泥質(zhì)棄土，約占總面積的50%，地表承載力低，不能滿足大型工程機(jī)械設(shè)備的行走和施工要求。2)深厚流塑狀淤泥層。場(chǎng)地上部分布有深厚淤泥軟土層，厚度達(dá)15.10 m～37.90 m，呈流塑狀，含水量約50%～70%(平均值58%)，高靈敏度，高壓縮性，工程性能極差，易造成基坑邊坡滑移破壞及坑底隆起破壞。深厚淤泥層對(duì)基坑支護(hù)、樁基施工、土方開(kāi)挖、工程建設(shè)后區(qū)內(nèi)道路和管網(wǎng)的沉降等均有很大的不利影響。3)深厚中砂層。地基中段分布有深厚中砂層，厚度11.90 m～51.40 m，其均勻性總體較差(多呈中密～密實(shí)，局部松散、稍密)。該層中上部夾有薄層淤泥且分布有淤泥質(zhì)土、粉質(zhì)黏土透鏡體，工程性能較差，故僅可考慮下部35 m以下的中砂層作為多層建筑和地下室的樁端持力層，施工時(shí)存在樁身難以穿越(于預(yù)應(yīng)力管樁而言)、孔壁易坍塌、沉渣較難控制(于沖(鉆)孔灌注樁而言)等困難。

3 樁基礎(chǔ)方案比選分析

根據(jù)地區(qū)經(jīng)驗(yàn)，瑯岐地區(qū)建筑物樁基礎(chǔ)的適用樁型主要為沖(鉆)孔灌注樁和預(yù)應(yīng)力管樁，大部分工程采用預(yù)應(yīng)力管樁。兩種樁型各有工藝上的優(yōu)缺點(diǎn)，本工程選擇沖(鉆)孔灌注樁和預(yù)應(yīng)力管樁，以1棟高層(3號(hào)住宅樓(33層))和1棟小高層11號(hào)住宅樓(9層)擬建物進(jìn)行比選分析。

1)3號(hào)住宅樓(33層)：方案一，采用沖(鉆)孔灌注樁以⑧中風(fēng)化花崗巖作樁端持力層，采用樁端后注漿工藝，樁徑1 000 mm，樁長(zhǎng)約56 m。方案二，采用預(yù)應(yīng)力管樁以⑥強(qiáng)風(fēng)化花崗巖Ⅰ作為樁端持力層，樁徑800 mm，樁長(zhǎng)約48 m；采用旋挖機(jī)引孔穿越③中砂層輔助沉樁，引孔深度35 m；采用水泥土攪拌樁固化②淤泥(夾砂)，有效固化厚度6 m。2)11號(hào)住宅樓(9層)：方案一，采用沖(鉆)孔灌注樁以⑦強(qiáng)風(fēng)化花崗巖Ⅱ作樁端持力層，樁端采用后注漿工藝，樁徑800 mm，樁長(zhǎng)約48 m。方案二，采用預(yù)應(yīng)力管樁以③中砂層下部作為樁端持力層，樁徑600 mm，樁長(zhǎng)約38 m，暫不考慮引孔措施。

3.1 經(jīng)濟(jì)性對(duì)比

根據(jù)福州地區(qū)樁基施工市場(chǎng)單價(jià)進(jìn)行估算，不包含場(chǎng)地地表填土硬化的處理費(fèi)用，結(jié)果如下：

3號(hào)住宅樓：沖(鉆)孔灌注樁(方案一)的基礎(chǔ)造價(jià)約190元/m2；預(yù)應(yīng)力管樁(方案二)的基礎(chǔ)造價(jià)約192元/m2。兩種樁基方案造價(jià)基本相當(dāng)。

11號(hào)住宅樓：沖(鉆)孔灌注樁(方案一)的基礎(chǔ)造價(jià)約240元/m2；預(yù)應(yīng)力管樁(方案二)的基礎(chǔ)造價(jià)約103元/m2。預(yù)應(yīng)力管樁(方案二)的造價(jià)較低，具有較明顯的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)。

3.2 質(zhì)量可靠性對(duì)比

高層建筑預(yù)應(yīng)力管樁方案需要通過(guò)引孔輔助沉樁、需對(duì)軟土進(jìn)行固化處理，該方案工序較為繁多，各流程質(zhì)量把控難度較大，且相互存在一定的不利影響，引孔過(guò)程中易塌孔，會(huì)使樁側(cè)與樁端阻力的發(fā)揮受到影響，故其可靠性相對(duì)較差。另外，根據(jù)臨近多個(gè)工程項(xiàng)目的施工經(jīng)驗(yàn)，采用預(yù)應(yīng)力管樁，地下室開(kāi)挖后，樁身的傾斜和偏位問(wèn)題較為嚴(yán)重。

3.3 施工工期對(duì)比

單一的樁型工序，預(yù)應(yīng)力管樁較沖(鉆)孔灌注樁有明顯的工期優(yōu)勢(shì)，其施工較為簡(jiǎn)便，沉樁速度快。但若需進(jìn)行大深度引孔與軟土固化，引孔施工難度大、質(zhì)量較難控制，需通過(guò)緩慢細(xì)致的施工并采用輔助措施保證引孔質(zhì)量，軟土固化時(shí)水泥土攪拌樁的施工速度較慢、水泥漿凝結(jié)時(shí)間較長(zhǎng)，將大大延長(zhǎng)了預(yù)應(yīng)力管樁基礎(chǔ)方案的施工工期。根據(jù)類似工程施工經(jīng)驗(yàn)，預(yù)應(yīng)力管樁+引孔+軟土固化的工期一般長(zhǎng)于沖(鉆)孔灌注樁+后注漿的工期。

3.4 基礎(chǔ)方案的選擇

經(jīng)對(duì)比分析，高層建筑宜選用沖(鉆)孔灌注樁方案，其他多層建筑宜選用預(yù)應(yīng)力管樁方案。

4 基坑支護(hù)方案比選分析

4.1 基坑概況

本工程設(shè)1層滿鋪地下室，地下建筑面積約7.6萬(wàn)m2，基坑邊界總體呈長(zhǎng)方形(約320 m×240 m)，基坑開(kāi)挖深度約3.00 m～6.00 m(總體南側(cè)深北側(cè)較淺)，開(kāi)挖深度范圍內(nèi)為①素填土及②淤泥(夾砂)軟弱土層，基坑四周緊鄰在建道路，南側(cè)距道路5 m～9 m，北側(cè)距道路16 m～20 m；根據(jù)福建省標(biāo)準(zhǔn)DBJ 13—84—2006巖土工程勘察規(guī)范，本基坑工程安全等級(jí)為二級(jí)。

4.2 基坑支護(hù)方案選擇

本工程基坑支護(hù)進(jìn)行分段考慮，場(chǎng)地南側(cè)采用雙排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)(見(jiàn)圖1)，結(jié)合水泥土攪拌樁進(jìn)行被動(dòng)區(qū)加固和樁間擋土。支護(hù)樁采用沖(鉆)孔灌注樁或抗剪能力較好的混凝土管樁(PRC600型)。場(chǎng)地北側(cè)開(kāi)挖深度相對(duì)較小且具有放坡條件，采用攪拌樁結(jié)合土釘?shù)膹?fù)合土釘墻，為預(yù)防工程建設(shè)以后小區(qū)周圍的環(huán)形道路和管道因軟土固結(jié)產(chǎn)生過(guò)大沉降，攪拌樁的布設(shè)兼作軟基減沉考慮，適當(dāng)提高置換率和處理深度。

4.3 基坑支護(hù)方案對(duì)比分析

1)經(jīng)濟(jì)性對(duì)比。選取基坑南側(cè)邊界代表性剖面約100 m，分別布設(shè)樁徑800 mm的沖(鉆)孔灌注樁和600 mm的PRC管樁，樁長(zhǎng)均為22 m，樁間距分別為2.4 m和1.6 m，樁排距均為3.3 m，混凝土梁分別為800×1 000和600×800，估算得出每延米圍護(hù)樁和混凝土梁的造價(jià)：沖(鉆)孔灌注樁為16 433元/m，PRC管樁為10 145元/m，PRC管樁造價(jià)節(jié)約6 288元/m，經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)較明顯。2)質(zhì)量可靠性對(duì)比。作為圍護(hù)樁，樁身主要考慮其抗剪能力。沖(鉆)孔灌注樁樁身抗剪強(qiáng)度高。若采用混合配筋的混凝土管樁(PRC樁)，并結(jié)合坑底被動(dòng)區(qū)攪拌樁軟土加固，經(jīng)建模計(jì)算，樁頂即樁身最大水平位移值為18.94 mm，豎向位移(沉降)值為14 mm；基坑支護(hù)抗傾覆穩(wěn)定性系數(shù)KQ=1.259≥1.25；基坑支護(hù)整體穩(wěn)定安全系數(shù)Ks=2.859>1.35；基坑支護(hù)抗隆起安全系數(shù)Ks=7.588≥1.800；基坑嵌固段土壓力計(jì)算Ps=4 406.086≤Ep=6 161.782。各項(xiàng)驗(yàn)算可滿足規(guī)范要求，在技術(shù)和安全上具有可行性。3)施工工期對(duì)比。對(duì)于雙排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)，施工工期主要取決于圍護(hù)樁的施工，顯然PRC管樁較沖(鉆)孔灌注樁施工方便，速度快，具有較明顯的工期優(yōu)勢(shì)。

4.4 基坑支護(hù)方案的選擇

經(jīng)對(duì)比分析，北側(cè)采用復(fù)合土釘墻，南側(cè)采用雙排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)，樁型采用600型PRC混凝土管樁，技術(shù)上可行，經(jīng)濟(jì)造價(jià)較合理、施工速度較快。

5 結(jié)語(yǔ)

1)福州瑯岐濱海平原地區(qū)，軟土厚度大，工程性能差，地基條件復(fù)雜，樁基礎(chǔ)宜分區(qū)分棟、基坑支護(hù)宜分段進(jìn)行分析比較，以保證方案的合理可行性。

2)預(yù)應(yīng)力管樁一定比沖(鉆)孔灌注樁造價(jià)便宜、施工速度快實(shí)際上是一個(gè)認(rèn)識(shí)誤區(qū)。在一些復(fù)雜的地基條件下，增加預(yù)應(yīng)力管樁樁徑、采取引孔措施輔助沉樁來(lái)滿足設(shè)計(jì)要求的常規(guī)作法并不合理，與沖(鉆)孔灌注樁相比較，經(jīng)濟(jì)性和施工速度不具有優(yōu)勢(shì)，安全性相對(duì)較差。

3)當(dāng)軟土地區(qū)沒(méi)有合適的土釘或錨桿持力層時(shí)，1層地下室的基坑支護(hù)可采用雙排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)，樁型可考慮采用抗剪能力相對(duì)較好的混合配筋混凝土管樁(PRC樁)。

[1] 福建巖土工程勘察研究院.某工程巖土工程詳細(xì)勘察報(bào)告[R].2017.

[2] JGJ 94—2008,建筑樁基設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[3] JGJ 120—2012,建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程[S].

[4] DBJ 13—84—2006，巖土工程勘察規(guī)范[S].

[5] 福建省住房和城鄉(xiāng)建設(shè)廳.福建省建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)若干規(guī)定(閩建科[2012]37號(hào))[Z].2012:11.

[6] 福州市建設(shè)局.福州市深基坑與建筑邊坡工程管理暫行規(guī)定[Z].2010:29.