軟土地基樁基礎(chǔ)類型選擇與施工措施

王建東

（山西機(jī)械化建設(shè)集團(tuán)有限公司，山西 太原 030009）

在我國(guó)東南沿海和部分內(nèi)陸地區(qū)廣泛存在著軟土地質(zhì)區(qū)域，如上海、天津、浙江東部、福建東部和廣東南部以及昆明和武漢等地區(qū)都有軟土地區(qū)分布。軟土地區(qū)的土質(zhì)具有明顯特征，主要包括含水量高、土壤孔隙比大、滲透性小且具有很大的壓縮比，在軟土地區(qū)建設(shè)建筑物必須高度重視基礎(chǔ)的沉降和形變問題，基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)和施工難度比硬土地區(qū)難度大的多，因此需要更加先進(jìn)和專業(yè)的樁基礎(chǔ)施工設(shè)計(jì)和工程技術(shù)來提升基礎(chǔ)的施工質(zhì)量，減少基礎(chǔ)的沉降和變形。

1 軟土地基樁基礎(chǔ)承載特性分析

1.1 軟土地基樁基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

在軟土地基樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)和施工時(shí)，首先要保證地基承載力能夠滿足建筑工程整體施工要求，并盡可能減少基礎(chǔ)沉降，這對(duì)于地基樁基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的耐久性提出了更高的要求。而影響樁基礎(chǔ)混凝土耐久性的主要因素是環(huán)境的溫度、濕度以及二氧化碳和氧氣含量，這是由于樁基礎(chǔ)的鋼筋銹蝕是氧化還原反應(yīng)，需要由水、氧氣和二氧化碳共同參，而且環(huán)境溫度也是影響腐蝕的一個(gè)重要參數(shù)。如果樁基礎(chǔ)環(huán)境濕度很高，混凝土處于水飽和狀態(tài)，則會(huì)抑制二氧化碳的擴(kuò)散，減緩腐蝕作用。如果環(huán)境濕度很低，則混凝土電導(dǎo)率下降，腐蝕反應(yīng)依然很難進(jìn)行，所以最容易出現(xiàn)樁基礎(chǔ)腐蝕的是濕度變化較大，存在干濕交替現(xiàn)象的自然環(huán)境，因此軟土地基樁基混凝土施工應(yīng)采用。低水膠比的混凝土保護(hù)層，提高混凝土表面密實(shí)度，使水蒸汽和二氧化碳不易從混凝土表面滲透或擴(kuò)散到內(nèi)部，保持混凝土內(nèi)部環(huán)境處于干燥狀態(tài)，進(jìn)而減少鋼筋銹蝕現(xiàn)象，提高樁基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的耐久性。

1.2 軟土地基樁基礎(chǔ)的承載力分析

軟土地基單樁承載力的計(jì)算和確定是建筑樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵內(nèi)容，在進(jìn)行確定單樁承載力這一技術(shù)參數(shù)時(shí)，需要充分了解樁——土體系的荷載傳遞過程，其中單樁的垂直方向承載能力是軟土樁基礎(chǔ)前期勘查設(shè)計(jì)的最主要內(nèi)容，其承載力數(shù)值決定了樁基設(shè)計(jì)的性能參數(shù)和技術(shù)指標(biāo)。垂直方向承載力是指樁基礎(chǔ)在垂直于地表的極限載荷承載力，可以通過豎向靜載荷試驗(yàn)測(cè)定法、靜力觸探法以及經(jīng)驗(yàn)參數(shù)法等技術(shù)手段來測(cè)算出垂直向載荷承載能力，地基土對(duì)樁體的支撐力主要能夠分解為兩個(gè)部分，包括樁下端支撐力和樁側(cè)方的摩擦力，兩部分力共同作用，保持著樁體穩(wěn)定。樁基礎(chǔ)的主要傳力構(gòu)件的樁是一種細(xì)長(zhǎng)的桿件，接觸面主要是和地基土的側(cè)向表面，而底面和地基土接觸面積很小，當(dāng)垂直向荷載作用于樁頂時(shí)，樁身上部首先受到壓縮，相對(duì)于土體的向下位移進(jìn)而產(chǎn)生向上的摩擦力，樁身軸力Q沿深度逐漸減小，樁端Q與樁底土反力Qp平衡，同時(shí)樁端持力層土在樁底土反力Qp作用下壓縮下沉，樁與樁間土的相對(duì)位移進(jìn)一步施加摩擦力，隨著樁頂荷載N的逐漸增大，上述過程反復(fù)啟動(dòng)，直至地基變形穩(wěn)定。由于樁壓的累積，上部樁的位移總是大于下部樁的位移，因此上部樁的摩阻力總是先于下部樁的摩阻力發(fā)揮，達(dá)到極限后樁側(cè)摩阻力保持不變；當(dāng)樁底荷載達(dá)到樁端土的極限承載力時(shí)，樁會(huì)下沉并造成破壞。樁長(zhǎng)徑比是影響荷載傳遞的重要條件，隨著長(zhǎng)徑比L／D的增大，樁端土性質(zhì)對(duì)承載力的影響減小，當(dāng)L／D達(dá)到100時(shí)，樁端土性質(zhì)對(duì)樁體承載力的影響幾乎可以忽略不計(jì)，這表明當(dāng)樁長(zhǎng)度到達(dá)一定閾值后，繼續(xù)加長(zhǎng)是很難繼續(xù)增加承載力的，因此在工程實(shí)踐中需要設(shè)計(jì)出樁體的經(jīng)濟(jì)長(zhǎng)度即可，無需過度增加樁長(zhǎng)。

2 軟土樁基施工技術(shù)類型與應(yīng)用選擇

2.1 主體與支護(hù)結(jié)構(gòu)結(jié)合樁基施工技術(shù)

主體結(jié)構(gòu)和樁基礎(chǔ)支護(hù)相結(jié)合的施工技術(shù)是利用建筑主體地下結(jié)構(gòu)的全部或部分構(gòu)件作為基坑開挖的支撐結(jié)構(gòu)，利用主體結(jié)構(gòu)支護(hù)技術(shù)，可以減少臨時(shí)性基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)置，常用的主體支護(hù)結(jié)構(gòu)包括地下室的外墻部分、支撐柱或水平梁等。采用主體結(jié)構(gòu)地下室外墻支護(hù)技術(shù)方案時(shí)除了可以采用雙墻體結(jié)合的方式，還可以采用鉆孔灌注樁兼作地下室外墻的樁墻合一的技術(shù)手段，這種施工方式與傳統(tǒng)的臨時(shí)性支護(hù)結(jié)構(gòu)相比，能夠提高資源利用率，減少不必要的浪費(fèi)，同時(shí)能夠有效防止錨桿內(nèi)支撐設(shè)施給工程后續(xù)施工造成的安全隱患，是建筑工程樁基礎(chǔ)綠色節(jié)能降耗的重要技術(shù)方案。

2.2 超深水泥土攪拌墻施工技術(shù)

目前，我國(guó)建筑工程不斷向地下空間發(fā)展，導(dǎo)致承壓水處理難度加大，特別是對(duì)于地質(zhì)條件復(fù)雜的軟土地基工程，需要利用水泥土攪拌墻截?cái)嗌畈砍袎核畬优c深基坑的水力關(guān)聯(lián)以有效控制地基的沉降。對(duì)于成樁深度較大超過40m的沙土層，常規(guī)的攪拌樁施工設(shè)備無法達(dá)到深度要求，因此需要采用超深水泥土攪拌樁施工技術(shù)。目前，我國(guó)超深水泥攪拌樁的施工大多采用預(yù)鉆孔與連續(xù)加長(zhǎng)鉆桿相結(jié)合的施工新技術(shù)，其施工設(shè)備采用大功率動(dòng)力頭，并利用可連續(xù)加長(zhǎng)的鉆桿和適合于在標(biāo)貫擊數(shù)大于50的密實(shí)砂土中鉆孔的插齒螺旋鉆，攪拌樁的深度最大能夠達(dá)到50m深，此項(xiàng)施工技術(shù)已在上海、天津等多個(gè)建筑工程項(xiàng)目得到應(yīng)用，且應(yīng)用效果良好。

2.3 大直徑錨桿支護(hù)施工技術(shù)

常規(guī)錨桿施工技術(shù)主要應(yīng)用于硬土基礎(chǔ)施工，而軟土地基由于土質(zhì)松軟導(dǎo)致錨固力下降，形變量較大所以應(yīng)用并不廣泛，針對(duì)這種問題，近年來在軟土地基施工領(lǐng)域提出了旋噴式攪拌大直徑錨桿支護(hù)結(jié)構(gòu)，此項(xiàng)施工技術(shù)是利用大型攪拌機(jī)械在軟土地基土層中制作出直徑超過500mm以上的大直徑水泥土錨固體，并在錨固體內(nèi)部植入加強(qiáng)筋，在通過預(yù)應(yīng)力技術(shù)形成大直徑的預(yù)應(yīng)力錨桿，能夠有效減少軟土地基的形變量，提高樁基礎(chǔ)的承載性能。

2.4 預(yù)應(yīng)力魚腹梁支護(hù)施工技術(shù)

預(yù)應(yīng)力魚腹梁支護(hù)施工技術(shù)是采用鋼絞線、千斤頂、撐桿代替?zhèn)鹘y(tǒng)支護(hù)的臨時(shí)支護(hù)施工技術(shù)方案，這項(xiàng)技術(shù)起源于發(fā)達(dá)國(guó)家，在美國(guó)和日韓的應(yīng)用最為廣泛，近年來中國(guó)也引進(jìn)了此項(xiàng)施工技術(shù)。預(yù)應(yīng)力魚腹梁支護(hù)施工技術(shù)采用現(xiàn)場(chǎng)拼裝螺栓連接，不需要進(jìn)行焊接作業(yè)，有效增加了基坑開挖空間，同時(shí)能夠有效縮短施工周期，而且施工材料可以在完工后全部回收利用，符合節(jié)能降耗的發(fā)展趨勢(shì)，預(yù)應(yīng)力魚腹梁可根據(jù)實(shí)際需求調(diào)整預(yù)應(yīng)力，便于控制周圍土體的位移和溫度變化引發(fā)的支座膨脹，進(jìn)而有效減少深基坑變形量，并保護(hù)基坑周圍環(huán)境。

3 軟土地基樁基礎(chǔ)施工質(zhì)量控制要點(diǎn)措施

3.1 土質(zhì)環(huán)境的勘測(cè)

在進(jìn)行軟土樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)和施工時(shí)，首先要充分勘查工程所在地區(qū)的地址特點(diǎn)和自然環(huán)境情況，選擇恰當(dāng)?shù)臉缎秃褪┕ぜ夹g(shù)，如旋噴樁、水泥攪拌樁，散體材料樁等，同時(shí)應(yīng)該充分考慮軟土結(jié)構(gòu)特性如含水率、壓縮比、滲透率和土壤孔隙率等參數(shù)對(duì)樁基礎(chǔ)承載性的影響，比如欠固土在結(jié)固過程中會(huì)增大與樁表面之間的摩擦力產(chǎn)生樁體下沉，低滲透性軟土在進(jìn)行打樁時(shí)容易出現(xiàn)高孔隙水壓力而導(dǎo)致的流變性會(huì)影響到樁體最終的承載力特性，此外，對(duì)于容易發(fā)生液化的砂性軟土要充分考慮到上部粘土的動(dòng)力特點(diǎn)，樁基礎(chǔ)垂直向的承載力計(jì)算時(shí)應(yīng)該減除液化土層的摩擦力和承臺(tái)下附近的樁周摩阻力，總之，軟土地質(zhì)環(huán)境的勘測(cè)對(duì)于樁基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)重要，是設(shè)計(jì)施工的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

3.2 沉樁控制

在進(jìn)行軟土樁基礎(chǔ)施工時(shí)，沉樁的控制的首要點(diǎn)在于樁端設(shè)計(jì)標(biāo)高的控制，其次是對(duì)于樁體貫入度的控制。如果采用預(yù)制樁體，應(yīng)重點(diǎn)防治樁體偏斜擠壓周邊地基土導(dǎo)致的地面凸起，若使用較大直徑的鉆孔灌注樁，垂直度的控制是施工過程中的重點(diǎn)，要嚴(yán)格按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行鉆孔，在鉆進(jìn)時(shí)嚴(yán)格防止斜孔、冒漿現(xiàn)象出現(xiàn)，在鉆孔完成，需要進(jìn)行混凝土灌注之前，需要對(duì)孔進(jìn)行清理，盡量保證孔內(nèi)整潔無異物，樁底沉渣應(yīng)小于10cm。

3.3 不均勻沉降控制

在進(jìn)行軟土樁基礎(chǔ)施工時(shí)，如果基礎(chǔ)砌置在不同的持力層上時(shí)，應(yīng)加強(qiáng)樁基礎(chǔ)底部和上端部的剛度，可以應(yīng)采用抗浮設(shè)計(jì)，比如在地下室部分可以設(shè)置安裝抗拔樁，可以有效控制不均勻沉降對(duì)樁基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)造成的影響。如果建筑物地下部分空間較大時(shí)，還應(yīng)在施工過程中增加臨時(shí)性的抗浮措施，減少施工期間基礎(chǔ)的不均勻沉降。

3.4 減少對(duì)環(huán)境的影響措施

在地基施工過程中，會(huì)對(duì)周邊建筑物和環(huán)境產(chǎn)生一定的不利影響，包括施工粉塵、泥漿、施工噪音等都會(huì)產(chǎn)生不同程度的環(huán)境污染，所以在進(jìn)行基礎(chǔ)施工時(shí)應(yīng)嚴(yán)格控制環(huán)境污染，同時(shí)應(yīng)盡量減少對(duì)周邊建筑和地下設(shè)施的影響。在基礎(chǔ)施工結(jié)束后，需要觀測(cè)基地土層的回彈狀況，并需要檢測(cè)邊坡體、周邊建筑以及道路和地下管網(wǎng)設(shè)施的位移和形變情況，根據(jù)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行相應(yīng)的處置，確保建筑基礎(chǔ)周邊的其他設(shè)施性能處于正常狀態(tài)。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，軟土地基樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)與施工是一個(gè)涉及到地質(zhì)學(xué)、力學(xué)、工程勘測(cè)、土木建筑和計(jì)算機(jī)信息技術(shù)的綜合性很強(qiáng)的交叉性學(xué)科，工程實(shí)際應(yīng)用難度較大，需要對(duì)工程所在區(qū)域進(jìn)行完整詳盡的前期勘測(cè)，并根據(jù)軟土地區(qū)土質(zhì)特點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析再選擇恰當(dāng)?shù)臉痘A(chǔ)技術(shù)路線，制定實(shí)際工程施工方案，并在施工過程中加強(qiáng)施工工藝管理和質(zhì)量控制工作，確保軟土地基樁基礎(chǔ)承載性能達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，并且具有良好的抗震性能，從而保障整個(gè)建筑工程能夠安全順利的有序推進(jìn)。