東南沿海地區(qū)強(qiáng)流塑地質(zhì)下的樁基及基坑施工技術(shù)

孫昭

（上海建工五建集團(tuán)有限公司，上海200063）

1 引言

隨著一、二線城市的快速發(fā)展，不斷帶動(dòng)周邊城市及農(nóng)村地區(qū)大力發(fā)展基礎(chǔ)建設(shè)。而沿海城市利用其得天獨(dú)厚的海港優(yōu)勢，更是日新月異，譬如長三角、珠三角、渤海灣、東南沿海等地區(qū)發(fā)展尤為迅猛。

在沿海地區(qū)，表層土質(zhì)常見為堆積雜土、淤積質(zhì)土，多用于農(nóng)業(yè)耕地。就淤積質(zhì)土來說其特性表現(xiàn)為流塑狀、承載力弱、工程性能差，屬軟弱土層，不可作為建筑持力層等特性。本文將通過對背景工程中樁基及基坑相關(guān)施工的研究，闡述在惡劣地質(zhì)條件下施工，以及如何保證施工安全及合理性，其中包括在該地質(zhì)條件下樁基施工、地基處理和基坑圍護(hù)等。

2 工程概況

項(xiàng)目位于莆田市涵江區(qū)，北側(cè)為交通主干道，東側(cè)為河流，西側(cè)、南側(cè)均為規(guī)劃道路。場地原貌主要為農(nóng)田、果林及部分民居。本場地屬濱海平原地貌單元，場地地勢較為平坦開闊，本場地東北角緊鄰都邠村居民房屋，北側(cè)為綠化林地，西面與南面為農(nóng)田，西南側(cè)緊鄰一工廠?？偨ㄖ娣e為139 825.79m2，基坑面積約為50 000m2，地上2 棟住院樓高14 層，其余建筑1～5 層，帶地下1 層地下室。

本項(xiàng)目基礎(chǔ)形式為樁基礎(chǔ)，基坑長約278m，寬268m，地面自然標(biāo)高約4.40m，基坑開挖深度約3.60m。采用放坡開挖，坡面采用噴射混凝土+錨管支護(hù)，下部采用木樁支護(hù)型式。

樁基施工選用管樁PHC-500-AB-100 型，采用靜壓壓樁法施工。管樁樁端置入第7 層砂土狀強(qiáng)風(fēng)化花崗巖層中且不小于1 000mm，樁端阻力極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值為8 000kPa。樁基施工根據(jù)貫入度控制為主，標(biāo)高輔助控制。管樁根據(jù)工程需要分為單節(jié)抗拔樁、非單節(jié)抗拔樁及非單節(jié)抗壓樁，總數(shù)約4 000 根。

根據(jù)地勘報(bào)告顯示，場地上覆第四系堆積、淤積層，下伏燕山晚期花崗巖風(fēng)化層。深度范圍內(nèi)其巖土層可分為10 土層。其中開挖深度范圍內(nèi)主要為雜填土及淤泥。

詳細(xì)對照地勘報(bào)告及現(xiàn)場情況進(jìn)行對比，發(fā)現(xiàn)勘察內(nèi)容與現(xiàn)場情況有較大出入，場地內(nèi)除2 條水泥路外，其余均為耕地及農(nóng)田，且淤泥深度幾乎達(dá)到挖深深度。

3 施工難點(diǎn)分析

本工程基坑特點(diǎn)：面積大，地質(zhì)條件惡劣、天氣環(huán)境影響大、土方開挖量大、圍護(hù)設(shè)計(jì)保險(xiǎn)系數(shù)低。

1）項(xiàng)目基坑面積約50 000m2，雖只有地下1 層結(jié)構(gòu)，但涉及區(qū)域廣，土質(zhì)不佳，樁機(jī)行走困難，擠土效應(yīng)明顯，施工難度大。

2）在項(xiàng)目部自行勘察階段，發(fā)現(xiàn)大部分區(qū)域淤泥層深度達(dá)到甚至超過挖土深度，與勘察報(bào)告出入較大。

3）項(xiàng)目所在地區(qū)屬海洋性亞熱帶季風(fēng)氣候，年平均氣溫為19.6℃，雨量充沛，平均濕度77%，年均降水量1 400mm 左右，5～8 月常有雷陣雨和臺(tái)風(fēng)，7～9 月為臺(tái)風(fēng)季節(jié)。在土方開挖階段對進(jìn)度影響極大。

4）項(xiàng)目平均挖深3.6m，即出土量達(dá)到180 000m3，如此大的出土量，需避開雨季才能順利開挖。

5）圍護(hù)設(shè)計(jì)采用放坡開挖，坡面采用噴射混凝土+錨管支護(hù)，下部采用木樁支護(hù)型式。根據(jù)項(xiàng)目實(shí)際情況并結(jié)合多年施工經(jīng)驗(yàn)，該種圍護(hù)設(shè)計(jì)存在較大風(fēng)險(xiǎn)。

4 樁基施工

4.1 考慮地質(zhì)條件，對樁機(jī)的選型

管樁施工優(yōu)先選擇靜壓，而靜壓樁機(jī)的質(zhì)量大大超過錘擊樁機(jī)，以原有場地情況，樁機(jī)極易發(fā)生陷機(jī)甚至傾覆，從而造成安全事故，致使無法進(jìn)行沉樁作業(yè)。而錘擊樁機(jī)的質(zhì)量相對較輕，但在施工過程中易發(fā)生質(zhì)量問題，無法保證Ⅰ類樁數(shù)量，且出現(xiàn)Ⅲ、Ⅳ類樁概率較高，對工程質(zhì)量造成影響。

項(xiàng)目部綜合各因素考慮，決定使用靜壓樁機(jī)進(jìn)行施工。樁機(jī)根據(jù)設(shè)計(jì)要求的壓樁力進(jìn)行選型。最終選擇的沉樁機(jī)型為ZYJ-800B，機(jī)型尺寸12m×6.1m×3.5m，縱向行程3m，橫向行程0.6m，最大壓樁力8 000kN。樁機(jī)凈重190t，最多可加配重260t，共計(jì)450t。施工中根據(jù)管樁長短，選擇增減配重。

4.2 樁的連接方式

初步結(jié)合地勘報(bào)告并做現(xiàn)場勘查后，施工場地條件對樁基施工影響巨大。尤其是第二層淤泥質(zhì)土，其含水率指標(biāo)超高，呈流塑狀。根據(jù)液性指數(shù)IL 特性，當(dāng)0.75＜IL≤1.0 時(shí)，為軟塑狀態(tài)；當(dāng)IL＞1.0 時(shí)，為流塑狀態(tài)。本工程液性指數(shù)最大值達(dá)2.67，超流塑指標(biāo)2 倍多，呈強(qiáng)流塑狀性。

根據(jù)淤泥質(zhì)土特性，其透水性較差，富水性總體較差，表現(xiàn)為相對隔水層；地勘報(bào)告中還顯示場地內(nèi)地下水對混凝土結(jié)構(gòu)具微腐蝕性，對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋具中等腐蝕性。

原設(shè)計(jì)采用傳統(tǒng)焊接連接，焊接連接需依靠人工焊接，焊接好壞直接影響成樁質(zhì)量，并無其他措施予以補(bǔ)救。討論后認(rèn)為，該工藝恐未能滿足抗?jié)B抗腐要求。為保證施工質(zhì)量，項(xiàng)目部建議管樁施工采用機(jī)械連接方式。

在樁頭預(yù)先安裝法蘭盤，管樁一頭為帶孔法蘭，另一頭為帶槽法蘭。法蘭盤上均勻分布鎖孔或嚙齒插口，2 節(jié)樁的連接通過連接螺母連接。連接螺母一頭為圓形帶有螺紋，另一頭為方形帶有嚙齒。施工前先將連接螺母圓形端口部位螺紋擰入上部法蘭鎖孔內(nèi)，接樁時(shí)連接螺母對準(zhǔn)下節(jié)樁的嚙齒插口插入。嚙齒插口內(nèi)設(shè)連接盒，連接盒由連接塊、壓力彈簧組成，壓力彈簧與連接塊之間的空隙內(nèi)涂滿瀝青涂料，使2 塊法蘭盤緊密連接，實(shí)現(xiàn)管樁的快速連接，同時(shí)不會(huì)在接樁處出現(xiàn)松動(dòng)、進(jìn)水等現(xiàn)象。使用管樁機(jī)械連接相較焊接連接有以下幾點(diǎn)好處。

1）接樁穩(wěn)定，不易偏差。通過螺母與法蘭之間的固定，銜接上下節(jié)樁，限制接樁時(shí)管樁間的位移，保證管樁對接順直。

2）對于有弱腐蝕、中等腐蝕性環(huán)境，在法蘭及連接槽盒內(nèi)注滿瀝青膠泥，有利于管樁的抗腐蝕性，同時(shí)在接樁部位涂刷環(huán)氧樹脂涂料作為阻銹劑，防止管樁內(nèi)的金屬成分受到腐蝕，可大大保證使用壽命。

3）復(fù)雜環(huán)境下可減少Ⅲ、Ⅳ類樁的發(fā)生。當(dāng)在淤泥質(zhì)土層較厚、土層分布不均勻、地下障礙物無法探明等復(fù)雜環(huán)境的情況下，在壓樁過程中管樁受力不均勻，易發(fā)生偏斜、斷樁等情況，皆因接樁部位的焊接為剛性連接，偏斜后矯正不易，而機(jī)械連接存在一定柔性，可及時(shí)糾正偏斜情況。

為保證每根管樁可達(dá)到正常使用功能，接樁完成后，必須在接縫處施焊，保證管樁連接的質(zhì)量。拼接處破口槽的電焊部分應(yīng)進(jìn)行對稱環(huán)縫焊接，并采取措施減少焊接變形，破口槽的電焊必須滿焊，電焊厚度宜高出坡口1mm，焊縫不宜夾渣、氣孔等缺陷，需滿足GB 50305—2001《鋼結(jié)構(gòu)工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》二級焊縫的要求【1】。

4.3 地基加固

場地原地貌為耕地及農(nóng)田，其下為淤泥質(zhì)土，承載力極弱，需對地基進(jìn)行加固后方可施工。在進(jìn)行計(jì)算后擬將施工場地墊高1 200mm 做加固處理。施工范圍以地下室邊線外擴(kuò)5m為加固區(qū)域，現(xiàn)有場地上填400mm 厚黃土+800mm 厚50～200mm 碎石。但因莆田地區(qū)多雨水，回填土淋雨后無法承受樁機(jī)自重，經(jīng)常陷機(jī)。繼續(xù)回填600mm 厚紅土+碎石，加固效果仍不理想。

考慮到淤泥有觸變的特性，樁機(jī)行走到加固區(qū)域中，淤泥即將加固物包裹住，下層淤泥向上涌起，從而失去加固作用。研究淤泥特性后，聯(lián)想到與其有相似性質(zhì)的黃沙，從成本角度考慮，使用海沙作為加固材料。項(xiàng)目部先試加固一小塊，效果明顯。

試驗(yàn)區(qū)回填數(shù)量約為1 140m3（28.5m3/車×40 車），回填高度約1.5m（回填區(qū)域約為8m×100m）。半日（10:00～11:30；2:00～4:00）共施工10 套，均為雙節(jié)樁。施工速度遠(yuǎn)超未做處理地面，該區(qū)域?yàn)閲L試施工，效果理想，若排除其他客觀因素影響，樁基每日可正常施工20～30 套。

海沙作為加固材料在回填過程中無須全場地回填，可根據(jù)現(xiàn)場當(dāng)天施工需要將海沙推移至施工區(qū)域，待沉樁作業(yè)完畢后，將海沙推移至下一施工區(qū)域，且樁基全部施工完畢后，海沙還能用于部分區(qū)域的回填（見圖1）。

圖1 回填海沙后樁基可正常行走作業(yè)

4.4 樁基作業(yè)

預(yù)制管樁施工中，一個(gè)十分重要的問題就是“擠土效應(yīng)”。“擠土效應(yīng)”對已建建筑物、道路、河流護(hù)岸及地下管線等的影響，應(yīng)合理安排施工順序【2】。

現(xiàn)場樁基施工按原道路中水泥路分割為4 個(gè)區(qū)域?？紤]到場地條件先從1 區(qū)、2 區(qū)施工，4 區(qū)內(nèi)樁基施工前有高壓塔未移除，無法施工。而人防區(qū)域位于2 區(qū)內(nèi)，必須優(yōu)先施工（見圖2）。

圖2 樁基行走路線圖

1 區(qū)自水泥路中心自下而上S 形作業(yè)；2 區(qū)自水泥路東側(cè)自左向右S 形作業(yè)；1 區(qū)先行施工，2 區(qū)較1 區(qū)晚1 周施工，4區(qū)、3 區(qū)因場地內(nèi)有障礙物，故延緩施工。最終施工順序?yàn)?區(qū)沿水泥路南北向自北向南S 形作業(yè)；3 區(qū)自水泥路中心由東向西S 形作業(yè)；3 區(qū)最后施工，開始時(shí)間較4 區(qū)晚1 周。

5 圍護(hù)施工

項(xiàng)目原設(shè)計(jì)采用1∶2.5 放坡+錨桿+樹根樁圍護(hù)形式。根據(jù)多年施工經(jīng)驗(yàn)并結(jié)合施工工期、場地地質(zhì)情況及莆田地區(qū)氣候環(huán)境等多種因素，認(rèn)為原設(shè)計(jì)方案存在一定風(fēng)險(xiǎn)。

1）基坑內(nèi)淤泥層較厚，且呈強(qiáng)流塑性，錨桿及樹根樁無法與土層很好地結(jié)合在一起。

2）強(qiáng)流塑性的淤泥中含水量極高，采用井點(diǎn)降水等方法降水效果不佳，僅能使用排水+集水井的方式排水。

3）施工地區(qū)當(dāng)年多次遭受災(zāi)害性雨洪，項(xiàng)目工期一再被天氣因素耽誤，致使原基坑圍護(hù)方案安全系數(shù)大大降低。

項(xiàng)目在試驗(yàn)段進(jìn)行試驗(yàn)中，出現(xiàn)圍護(hù)段坍塌，從監(jiān)測報(bào)告中顯示，圍護(hù)段僅施工2d 后即報(bào)警，第6d出現(xiàn)破壞，項(xiàng)目隨即停止施工。

在與設(shè)計(jì)單位商討后，將支護(hù)方案改為拉森鋼板樁圍護(hù)施工。該方法施工速度快，且后期回填土方區(qū)域較放坡開挖回填少。

5.1 拉森鋼板樁施工流程

為配合挖土方案，加快施工進(jìn)度，減少工作時(shí)間，擬定工作施工流程為：從基坑南側(cè)出發(fā)，開始分別從東西方向往北推進(jìn)，最終將基坑全部包圍。

5.2 實(shí)施效果

鋼板樁全面施工周期為1 個(gè)月，相比放坡開挖工期大大縮短，也為后期土方開挖、地下室施工創(chuàng)造有利條件（見圖3）。

圖3 鋼板樁施工

變更后的圍護(hù)方式，不但在工期上得到縮減，而且整個(gè)基坑的變形量也在合理的區(qū)間內(nèi)，確保了基坑安全。

6 結(jié)語

隨著城市化進(jìn)程不斷推進(jìn)，越來越多的地區(qū)得到開發(fā)，我國東南地區(qū)擁有各種復(fù)雜地形，做好開發(fā)前的勘探工作尤其重要。根據(jù)地區(qū)特性，增大基坑保險(xiǎn)系數(shù)，確?；影踩唇档惋L(fēng)險(xiǎn)，也減少響應(yīng)投入。

項(xiàng)目部將在施工中積累的豐富經(jīng)驗(yàn)，運(yùn)用到實(shí)際工程中，保證施工的質(zhì)量安全，回報(bào)業(yè)主的信任。