石粉回填土質(zhì)基礎(chǔ)施工方法探討

余永錚

（廈門聯(lián)發(fā)（集團(tuán)）房地產(chǎn)有限公司）

0 引言

近幾年基礎(chǔ)施工安全事故頻出，在造成人身傷亡和財(cái)產(chǎn)損失的同時(shí)，也對(duì)社會(huì)造成巨大負(fù)面影響。2016年，廈門聯(lián)發(fā)房地產(chǎn)總投資6.2 億元在南安市水頭鎮(zhèn)海聯(lián)創(chuàng)業(yè)園內(nèi)開發(fā)高層住宅項(xiàng)目——聯(lián)發(fā)君悅灣，總建筑面積約188285m2，總用地面積60642m2，一期6 棟高層建筑面積95695m2，二期5 棟高層建筑面積90572m2，三期建筑面積1923m2。在項(xiàng)目勘探階段，發(fā)現(xiàn)回填土中存在大量石粉。由于行業(yè)中存在同樣施工條件的可參考案例少，如何選擇合理的施工工藝成為項(xiàng)目建設(shè)過程中的一大挑戰(zhàn)。主要難點(diǎn)在于，如：項(xiàng)目設(shè)計(jì)初稿上雖然提供了兩種壓樁方式的控制標(biāo)準(zhǔn)，但具體選用得結(jié)合實(shí)際情況，可行性有待驗(yàn)證；樁基施工后，出現(xiàn)設(shè)備行走更為困難的情況；支護(hù)上原先出于對(duì)成本的考慮僅考慮自然放坡結(jié)合木樁，實(shí)際試挖后發(fā)現(xiàn)流動(dòng)性太大無法采用原方案開挖；該類型土質(zhì)降排水措施的選擇等。本文結(jié)合現(xiàn)場試驗(yàn)分析石粉作用機(jī)理，提出合理設(shè)計(jì)、施工方案，以供參考。

1 場地概況

1.1 地質(zhì)情況

場地原始地貌單元屬海灘潮間地帶，目前場地地勢較開闊、平坦。地面高程為5.0m～6.5m，根據(jù)地勘報(bào)告，樁基持力層以上土層從上而下劃分為四個(gè)工程地質(zhì)層。具體分層情況為：

⑴素填土層：成分主要由石材加工中產(chǎn)生的石粉回填（圖1），時(shí)間3～5 年，未經(jīng)專門壓實(shí)處理，結(jié)構(gòu)松散，力學(xué)性質(zhì)受含水量及人為擾動(dòng)影響較大，當(dāng)含水?dāng)_動(dòng)時(shí)易形成流塑～軟塑狀，整個(gè)場地均有揭露，該層壓縮性高。層厚約1.7m～6.4m，層頂面標(biāo)高1.07m～5.89m，層底面標(biāo)高-2.74m～2.63m。

圖1 石粉回填

⑵淤泥質(zhì)土：主要有粘粉粒組成，局部含有朽木及中粗砂顆?；蚍奂?xì)砂薄層，有臭味，切面粗糙無光澤，整個(gè)場地均有揭露，該層屬高壓縮性地基土，力學(xué)強(qiáng)度低，工程性能差。層厚約2.2m～7.9m，層頂面標(biāo)高-2.74m～1.63m，層底面標(biāo)高-8.74m～1.98m。

⑶中粗砂：成份主要由中粗石英顆粒組成，砂質(zhì)不純，含泥約10%～15%，局部層底含有少量卵礫石，卵礫石粒徑為1m～5㎝，卵礫石磨圓度較差，顆粒級(jí)配較差，整個(gè)場地均有揭露，該層屬中壓縮性地基土，力學(xué)強(qiáng)度中等，工程性能一般。層厚約1.1m～6.4m，層頂面標(biāo)高-8.74m～1.98mm，層底面標(biāo)高-14.32m～-6.57m。

⑷殘積砂質(zhì)粘性土：系中粗?；◢弾r原地風(fēng)化殘留產(chǎn)物，礦物成分長石、云母已全風(fēng)化為次生粘土礦物，土中大于2mm 的石英顆粒含量一般小于20%，手捏土樣稍有滑膩感，土樣刀切面較光滑、無搖振反應(yīng)，韌性中等、干強(qiáng)度中等，整個(gè)場地均有揭露，該層力學(xué)強(qiáng)度中等，工程性能一般。層厚約2.3m～17.1m，層頂面標(biāo)高-14.32mm～-6.57mm，層底面標(biāo)高-26.31m～-9.98m。

1.2 地下水情況

根據(jù)鉆探揭露，本場地地下水類型按其埋藏條件主要為上層滯水、孔隙和網(wǎng)狀裂隙承壓水、基巖裂隙承壓水三種類型。

上層滯水主要賦存于填土層（素填土）土體孔隙中，主要接受大氣降水的垂直滲透補(bǔ)給及相鄰水層的側(cè)向滲流補(bǔ)給，水量變化較大，本場地素填土結(jié)構(gòu)較為松散，大氣降水時(shí)，較易聚集地下水并向低洼處排泄，素填土透水性一般～較差，屬弱透水層。

孔隙承壓水主要賦存和運(yùn)移于中粗砂的土體孔隙中，補(bǔ)給條件主要接受外側(cè)含水層側(cè)向運(yùn)移補(bǔ)給，并向低洼處滲流、排泄。中粗砂為主要含水層，其透水性、富水性好，總體屬強(qiáng)透水層。

孔隙和網(wǎng)狀裂隙承壓水主要賦存和運(yùn)移于殘積土、全風(fēng)化、強(qiáng)風(fēng)化（散體狀）巖的孔隙和網(wǎng)狀裂隙中。主要接受上部含水層的垂直滲透補(bǔ)給和地下水相鄰含水層的側(cè)向運(yùn)移補(bǔ)給為主，其透水性、富水性差～較好，屬弱透水層。

基巖裂隙承壓水主要賦存和運(yùn)移于強(qiáng)風(fēng)化（碎裂狀）巖、中風(fēng)化巖的基巖裂隙中，補(bǔ)給條件以地下水的側(cè)向逕流補(bǔ)給為主，以該類地下水的賦存及補(bǔ)給條件，其水量大小及滲透性高低均與基巖各部位裂隙發(fā)育程度及裂隙性質(zhì)有關(guān)。該場地基巖裂隙發(fā)育不均勻、巖體裂隙各向異性，使其透水性和涌水量也表現(xiàn)出隨機(jī)不均勻性，根據(jù)場地所處構(gòu)造部位結(jié)合現(xiàn)場鉆探情況分析，本場地基巖張性裂隙發(fā)育、水量較為豐富，基巖裂隙承壓水富水性總體上較好，屬弱～中透水層。

2 基礎(chǔ)設(shè)計(jì)要求

⑴工程樁的樁端持力層為中風(fēng)化花崗巖層或砂礫狀強(qiáng)風(fēng)化花崗巖層。

⑵支護(hù)結(jié)構(gòu)體系：分期交接處基坑采用自然放坡+木樁支護(hù)方式、電梯基坑采用雙排管樁、臨近市政路采用拉森鋼板樁支護(hù)形式。

⑶本工程在設(shè)計(jì)環(huán)境類別及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用年限為基坑開挖結(jié)束六個(gè)月內(nèi)應(yīng)確保地下室底板施工完成，一年內(nèi)地下室主體施工完成。

3 施工方法控制要點(diǎn)

3.1 樁基施工

靜力壓樁機(jī)：型號(hào)ZYJ-1000F，尺寸16m×9m，整機(jī)含配重總重量580t，機(jī)身重量240t。

錘擊壓樁機(jī)：型號(hào)YC-14，機(jī)身重量約60t。

本項(xiàng)目石粉回填層已經(jīng)過3 年以上靜置未受擾動(dòng)，在大面施工前，場地未鋪設(shè)磚渣，靜力壓樁機(jī)和錘擊壓樁機(jī)行走均未發(fā)生陷機(jī)。但在3#、10#樓開始完成10 根左右，設(shè)備均發(fā)生嚴(yán)重陷機(jī)，即使回填磚渣約1m，仍無法繼續(xù)施工。通過分析判斷，主要問題如下：錘擊樁機(jī)施工時(shí)沖擊力大，對(duì)土壤造成較大擾動(dòng)，原石粉層土層具有明顯的受擾動(dòng)后強(qiáng)度降低的特性。根據(jù)其靈敏度分析，該土層原始狀態(tài)下屬于中等靈敏度土層為主。擾動(dòng)破壞穩(wěn)定后，根據(jù)土質(zhì)液化作用機(jī)理[1]，判斷其屬于高靈敏度土層[2]。

部分主樓采用靜壓樁機(jī)施工，靜力壓樁機(jī)配重總重量遠(yuǎn)大于錘擊樁機(jī)，但對(duì)石粉層擾動(dòng)較小，在天氣良好的情況下，基礎(chǔ)施工較為順利。如遭遇大雨，由于該土質(zhì)不易透水，遇水后該土層強(qiáng)度降低嚴(yán)重，需通過大面積換填后方可施工，增加較大成本。

根據(jù)以上分析，由于該土層的特殊性，應(yīng)盡可能保護(hù)原狀土，防止被破壞。項(xiàng)目上可采用兩種設(shè)備同時(shí)配合使用，非雨季時(shí)優(yōu)先采用靜壓施工，如遇雨季可在局部采用錘擊樁機(jī)配合靜壓施工。

3.2 降排水措施

該類型石粉層經(jīng)長時(shí)間太陽暴曬后呈現(xiàn)出較硬狀態(tài)，但在雨水浸泡后松軟無強(qiáng)度，設(shè)備行走極為困難。為盡可能保證土質(zhì)良好性能，再基礎(chǔ)施工前應(yīng)采取以下三種降排水方式：

⑴加密降水井?dāng)?shù)量：二期開工前要求將降水井間距由30m 縮小至15m，優(yōu)先將水位降到承臺(tái)標(biāo)高以下。

⑵該石粉層還有一個(gè)顯著特點(diǎn)是不易透水，施工前可在主樓周邊大量開挖排水溝形成高低差，便于表層水能及時(shí)排除。

⑶在基坑周邊應(yīng)嚴(yán)格按要求設(shè)置排水明溝，一方面防止基坑外側(cè)水進(jìn)入基坑，另一方面防止坑外水沖刷邊坡降低邊坡穩(wěn)定性。

3.3 臨近市政道路處采用鋼板樁支護(hù)

本項(xiàng)目采用大中庭的平面布置方案，主樓及地下室基本上緊挨著紅線，紅線外市政道路。針對(duì)無足夠放坡空間的地下室，拉森鋼板樁[3]（U 400×170×15.5，L=12m）具有施工工藝簡單、工期快，支護(hù)完成即可開始大面土方開挖。鋼板樁施工為震動(dòng)壓入，石粉層在擾動(dòng)后穩(wěn)定性差，且存在液化現(xiàn)象（圖2），為避免影響邊坡穩(wěn)定性，建議在施工后應(yīng)靜置7 天左右再開挖。

圖2 土層液化

項(xiàng)目中的化糞池一般埋深較深，為優(yōu)化成本，在地下室施工階段化糞池位置可結(jié)合拉森鋼板樁支護(hù)范圍進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，避免后期再進(jìn)行二次支護(hù)。

在雨季施工時(shí)，一定嚴(yán)格按要求做好基坑變形監(jiān)測，特別注意水平位移監(jiān)測，并做好應(yīng)急預(yù)案，在臨近變形極限時(shí)，可在根部采用反壓法緊急處理。

3.4 靜載試驗(yàn)

靜載試驗(yàn)穿插在樁基礎(chǔ)施工過程中，原石粉層受樁機(jī)施工擾動(dòng)后強(qiáng)度極低，極易變形，如在短期內(nèi)堆載易造成設(shè)備傾斜，存在較大安全隱患。如工期緊張，可加大磚渣換填范圍，建議超出堆載工作區(qū)范圍以外3m。

3.5 土方開挖

土層較為特殊，除了做好支護(hù)之外，應(yīng)重點(diǎn)控制開挖方式方法，嚴(yán)格按照分層、分段、從上而下開挖[4]，開挖長度控制在5m，深度控制0.5m 以內(nèi)，嚴(yán)禁超挖（圖3）。

⑴塔吊基礎(chǔ)應(yīng)隨著大區(qū)退土到位后再施工：為提高項(xiàng)目材料周轉(zhuǎn)效率，常規(guī)較好土質(zhì)項(xiàng)目塔吊基礎(chǔ)一般先于大面土方開挖，因本項(xiàng)目石粉層受擾動(dòng)后極易于液化成流塑狀態(tài)，如一開始先行開挖塔吊基礎(chǔ)容易造成塌方，且易造成斷樁。

⑵嚴(yán)禁在無支護(hù)情況直接開挖，考慮到該土層流動(dòng)性較大，根據(jù)實(shí)際開挖情況建議自然放坡的坡度系數(shù)1:2。

⑶分層開挖時(shí)，第二層土層開挖應(yīng)采用臂長大于15m 的挖掘機(jī)緩慢開挖（圖4），避免大噸位挖掘機(jī)反復(fù)擠壓導(dǎo)致陷機(jī)、斷樁。

圖3 分層開挖

圖4 長臂開挖

4 結(jié)論

本項(xiàng)目石粉層確實(shí)極為罕見、極具地域性，基礎(chǔ)中又存在較厚的淤泥層（約8m）、中砂層給項(xiàng)目的基礎(chǔ)施工造成較大的施工難度，但在經(jīng)過各方的反復(fù)試驗(yàn)，項(xiàng)目已順利完成，以下是一些經(jīng)驗(yàn)結(jié)論可供類似項(xiàng)目作為施工參考：

⑴石粉層受樁基施工擾動(dòng)引起的液化在國內(nèi)還是一個(gè)全新的課題，液化后強(qiáng)度破壞嚴(yán)重，需要一定的時(shí)間恢復(fù)期，且具體恢復(fù)期國內(nèi)無相關(guān)案例數(shù)據(jù)。參照本項(xiàng)目一、二期施工間隔，在做好降排水措施的前提下，再經(jīng)過半年時(shí)間的靜置，該性狀土層可恢復(fù)到錘擊設(shè)備順利行走。

⑵降水井、排水溝對(duì)于土層的力學(xué)性能恢復(fù)起到關(guān)鍵作用。

⑶兩種施工工藝選擇上，如天氣較好，建議采用靜力壓樁法，該方法對(duì)土體擾動(dòng)小，施工效率高。如選用噸位較小的錘擊樁機(jī)，在主樓周邊適當(dāng)開挖一些防震溝，并分散緩慢施工，減少土體擾動(dòng)。

⑷土方分層開挖應(yīng)采用噸位較小的長臂（臂長大于15m）挖機(jī)開挖，避免設(shè)備擠壓土體造成樁位大面傾斜斷樁。