濱海深厚填石層超深基坑止水帷幕咬合樁設(shè)計與施工

黃詩武

一、引言

鉆孔咬合樁是一種新型的排樁結(jié)構(gòu)，采用鋼筋混凝土樁（葷樁）與素混凝土樁（素樁）相互搭接咬合，葷樁承受水土壓力荷載，素樁只用于截水，這種兼做截水的支護(hù)結(jié)構(gòu)于1999年底在深圳地鐵一號線工程中首次使用，近年來在深圳地區(qū)越來越多的圍護(hù)工程中應(yīng)用。特別是在濱海深厚填石區(qū)，結(jié)合全回轉(zhuǎn)施工工藝，具有良好的經(jīng)濟(jì)性和適用性。本文以位于深圳前海填海區(qū)某超深基坑支護(hù)為例，根據(jù)項目特點，結(jié)合試樁檢測論證，及時調(diào)整設(shè)計方案，并采用新型施工工藝，取得了良好的效果，可供類似工程設(shè)計與施工參考。

二、工程概況

該項目位于深圳市前海灣東岸，項目東側(cè)及南側(cè)為政府規(guī)劃用地，現(xiàn)狀為空地，西側(cè)緊鄰夢海大道，北側(cè)緊鄰工程項目部，項目部為兩層臨時活動板房。原始地貌成因類型為海成堆積地形、海河混合堆積地形，地貌形態(tài)由西向東依次為淤泥灘、海積沖積平原。目前的場地因城市擴(kuò)張而填海造地，其中大部分已變成陸地，部分區(qū)域為已建成市政設(shè)施和建筑物，場地較為平坦，地面高程在5.5～9.5m之間。

開發(fā)建設(shè)用地面積為10756.2平方米。擬建一棟約250米超高層和一棟約80米高層超甲級寫字樓；基坑占地面積約1.1萬平方米，擬建五層地下室，基坑開挖深度約20.1～23.6m，工程樁為鉆（沖）孔灌注樁，坑底設(shè)計高程約為-14.1m?；虞喞w呈長方形，東西向較長，長寬分別約為 146.5m及81.7m，周長約為450.5，基坑西側(cè)為夢海大道，距離基坑約10m；北側(cè)為工程項目部，距離基坑約28m，其余側(cè)為空地，見圖1工程場地位置示意圖。

1.工程地質(zhì)條件

根據(jù)鉆探揭露，場地地層由第四系全新統(tǒng)人工填土層（Q4ml）、第四系全新統(tǒng)海陸交互相沉積層（Qmc）、第四系中更新統(tǒng)殘積層(Q2el)、薊縣系-青白口系銀湖群混合花崗巖（Jx-QbY）組成。其中，填石層在場地內(nèi)分布廣泛，所有鉆孔均有揭露，據(jù)調(diào)查為本世紀(jì)初填海形成，堆填年限約10年，未分層碾壓夯實，層頂高程-1.74～6.885m，厚度1.2～13.4m，平均厚度約7.59m。由花崗巖構(gòu)成，巖芯呈塊狀及短柱狀，填石直徑10～60cm為主，見最大直徑1m，堅硬巖為主，強(qiáng)度高?？障队烧承酝脸涮?，含量約10%～40%不等，鉆進(jìn)過程中大部分鉆孔存在漏水現(xiàn)象。見表1主要地層及計算參數(shù)。

表1 主要地層及計算參數(shù)

2.水文地質(zhì)條件

地表水與填土層中的地下水存在水力聯(lián)動，連通性較好，一般情況下為地下水補給河水，漲潮時或其他高水位時河水補給地下水。

場地地下水類型主要有孔隙潛水、承壓水和基巖裂隙水。第四系全新統(tǒng)人工填土層分布廣泛、連續(xù)，地下水類型為孔隙潛水；其中素填土為弱含水，弱～中透水層；填石層為強(qiáng)含水，強(qiáng)透水層。

場地地下水埋深較淺，詳細(xì)勘察期間實測地下水位高程2.79m～4.50m，平均3.7m；參考工程區(qū)附近已有工程勘察資料中的地下水資料，本場地地下水位年變化幅度為0.5～2m。

地下水主要補給來源為大氣降水和海水，砂層中承壓水與海水具有良好的水力聯(lián)動。地下水的排放以徑流為主；在雨量集中季節(jié)，地下水自東向西方向排入大海；旱季地下水位低于海平面時，則接受海水補充。

三、止水帷幕方案的論證選擇

本工程場地地質(zhì)條件復(fù)雜，分布填土層、淤泥等軟弱地層，以及深厚填石層、礫砂等強(qiáng)透水層。基坑深度大、施工工期長，安全等級高，如何選擇有效的止水方案是本項目基坑支護(hù)設(shè)計需要重點考慮的問題。原設(shè)計方案采用“沖（鉆）孔灌注排樁+樁間高壓旋噴+三道內(nèi)撐”方案，排樁采用Φ1200@1500鋼筋砼灌注樁，樁間采用Φ700@1500雙管高壓旋噴進(jìn)行止水，旋噴樁尖穿過礫砂層和淤泥質(zhì)砂層進(jìn)入殘積土層，入坑底下不少于3.5m。

旋噴樁體進(jìn)行工藝性成樁試驗和注水滲透試驗，試樁數(shù)量各3根。在試樁施工過程中，一直無法解決高壓旋噴在填石層中的成孔和旋噴注漿問題，主要表現(xiàn)為：（1）成孔困難且鉆桿容易偏移、卡鉆、埋鉆。（2）注漿過程中出現(xiàn)跑漿、不返漿等情況，每米水泥用量達(dá)到480～600千克。選取3根試樁鉆孔注水滲透試驗情況見表2，各試段基本無法滿足規(guī)范規(guī)定的滲透系數(shù)K≤1.0x10-5cm/s的要求。

表2 注水滲透試驗成果表

經(jīng)試驗表明，灌注排樁+樁間旋噴止水方案施工難度大、耗材多，卻達(dá)不到滿意的止水效果，無法形成合格的止水帷幕。因此，設(shè)計及時調(diào)整方案，采用鉆孔咬合樁方案，具體配置為Φ1200@900，素混凝土樁采用C20常規(guī)混凝土，施工機(jī)械采用徐州盾安DTR2005H全回轉(zhuǎn)全套筒鉆機(jī)。

四、全回轉(zhuǎn)全套管鉆孔咬合樁施工特點

1.咬合樁的施工工藝

先施工素樁A1、A2、A3，第一根素樁采用砂樁填實，然后在相鄰兩素樁間切割成孔施工葷樁B1、B2，按此原則從左至右類推，其施工順序為 A1→A2→A3→B1→B2→A4→A5→B3→B4→A6……，見圖2咬合樁施工順序圖。由于采用強(qiáng)切割工藝，全回轉(zhuǎn)全套管施工不必考慮素樁混凝土強(qiáng)度問題，現(xiàn)場可根據(jù)實際工程進(jìn)度調(diào)整施工順序。

圖2 咬合樁施工順序圖

2.全套管全回轉(zhuǎn)機(jī)施工原理

利用轉(zhuǎn)機(jī)的回轉(zhuǎn)裝置使鋼套管邊回轉(zhuǎn)邊壓入，同時利用抓斗、沖擊錘挖掘取土或旋挖鉆取土，直至套管下至樁端持力層為止。挖掘完畢后立即進(jìn)行深度和垂直度測量，然后清除虛土，成孔后將鋼筋籠放入，最后灌注混凝土成樁。

3.全套管全回轉(zhuǎn)咬合樁施工工藝特點

（1）素樁采用常規(guī)混凝土代替超緩凝混凝土，降低了對混凝土的要求，節(jié)約成本。而且，通過采用硬切割工藝，不必考慮A樁混凝土強(qiáng)度問題，避免了因A樁混凝土強(qiáng)度過高導(dǎo)致無法施工B樁咬合施工的缺陷。

（2）當(dāng)遇到較堅硬的地下障礙物時，全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)成孔過程中可直接清除地下巖層和障礙物，實現(xiàn)一次成孔，特別適用于本場地分布大面積而且深厚的堅硬填石層土質(zhì)情況。

（3）無噪音、無振動，安全性能高。

（4）無泥漿作業(yè)，場地干凈無污染，同時避免了泥漿掉入混凝土中影響樁身質(zhì)量問題。

（5）施工時可直觀地判別地層及巖石特性。

6.鉆進(jìn)速度快，對一般土層可達(dá)到14 m/h左右。

五、檢測、檢測情況

通過及時調(diào)整設(shè)計方案，以及對各施工關(guān)鍵技術(shù)點的控制，本工程咬合樁基樁質(zhì)量得到較好控制，通過超聲波檢測、鉆孔抽芯檢測、注水滲透試驗和開挖驗收，咬合樁全部合格，滿足了基坑支護(hù)和止水要求。

本工程檢測項目包括周邊道路及房屋沉降檢測、水位監(jiān)測、樁頂水平及沉降監(jiān)測、樁身測斜檢測、支撐立柱沉降監(jiān)測、支撐應(yīng)力監(jiān)測、基坑底部位移及隆起量監(jiān)測。通過對施工監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析可知，各監(jiān)測項目的最終實測值均未超出設(shè)計要求的預(yù)警值和控制值，在施工過程中未發(fā)生異常變形或突變。

六、結(jié)論與建議

本項目在濱海區(qū)含有深厚填石層的條件下開挖基坑及基礎(chǔ)施工，其中的關(guān)鍵控制因素是止水帷幕的合理選用，灌注樁+樁間高壓旋噴止水帷幕等常規(guī)止水方案難以滿足本項目基坑止水防滲要求，最終采用的鉆孔咬合樁支護(hù)兼止水帷幕方案，同時匹配全套管全回轉(zhuǎn)施工工藝取得成功，可在類似區(qū)域深基坑支護(hù)工程和樁基工程設(shè)計與施工方面提供借鑒。