王傳智

（深圳市路橋建設(shè)集團(tuán)有限公司）

深圳前海填海區(qū)軟基處理方法比選

王傳智

（深圳市路橋建設(shè)集團(tuán)有限公司）

本文針對(duì)深圳前海地區(qū)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境條件，通過(guò)對(duì)某大型深基坑工程的注漿鋼管樁、高壓旋噴樁及預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)混凝土管樁三種試樁方案的效果及其經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行對(duì)比分析，確定了適合本地區(qū)地質(zhì)條件的最佳地基處理方法，供后續(xù)同類(lèi)工程借鑒參考。

填海區(qū)；注漿鋼管樁；高壓旋噴樁；預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)混凝土管樁；地基處理；方案比選

1　引言

目前大中城市機(jī)動(dòng)車(chē)保有量持續(xù)上升，地面道路及高架飽和，地下空間被大規(guī)模開(kāi)發(fā)利用來(lái)修建地下交通，尤其以沿海發(fā)達(dá)地區(qū)為甚。深圳改革開(kāi)放以來(lái)濱海地區(qū)進(jìn)行了大面積填海造陸，填海區(qū)地質(zhì)條件差（地層中含較厚淤泥質(zhì)土及雜填土），導(dǎo)致后續(xù)道路工程施工及地基處理難度極大。目前深圳地區(qū)基坑地基處理多采用CFG樁、高壓旋噴樁、PHC管樁、注漿鋼管樁、真空堆載預(yù)壓等方式對(duì)基坑底土體進(jìn)行加固處理，以滿足地下結(jié)構(gòu)對(duì)地基承載力的要求。

2　工程概況

本工程位于深圳前海合作區(qū)，施工道路長(zhǎng)680m，分為地上道路及地下隧道兩層，地下隧道施工采用明挖基坑的施工方式，基坑開(kāi)挖長(zhǎng)度680m，寬度40～75m，最大開(kāi)挖深度27.5m，基坑安全等級(jí)為一級(jí)?；由疃确秶鷥?nèi)主要為填土（石）層或淤泥層等軟弱土層，針對(duì)此特點(diǎn)，基坑支護(hù)主要采用排樁結(jié)合內(nèi)支撐的支護(hù)形式，樁間采用三重管高壓旋噴樁作為止水帷幕，樁底進(jìn)入相對(duì)不透水層，基坑內(nèi)設(shè)置排水溝和集水井，通過(guò)明排的方式將坑內(nèi)集水抽排至基坑頂截水溝后，經(jīng)三級(jí)沉淀池排入市政排水系統(tǒng)或現(xiàn)有明渠。

3　場(chǎng)地地質(zhì)概況

3.1工程地質(zhì)條件

線路原始地貌為海沖積平原及濱海灘涂，原始標(biāo)高約-2.32～-0.10，后經(jīng)填、挖、整平等人工改造，形成現(xiàn)在低緩起伏的地形地貌，地面標(biāo)高為5.16～12.14m?；由疃确秶鷥?nèi)主要為填土（石）層及淤泥層等軟弱土層，其組成成分不均勻，分布無(wú)規(guī)律，處于松散～稍密狀態(tài)，物理力學(xué)性質(zhì)一般。填土層下方存在較厚淤泥或淤泥質(zhì)土，具有含水量高、高觸變性、高壓縮性和低強(qiáng)度、自穩(wěn)能力差的特征。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)勘察報(bào)告揭露，場(chǎng)地內(nèi)主要土層結(jié)構(gòu)自上而下為人工填土、淤泥或淤泥質(zhì)土、黏土、混合花崗巖，各土層厚度及物理力學(xué)參數(shù)見(jiàn)表1所示。

表1　土層結(jié)構(gòu)及物理力學(xué)參數(shù)

3.2水文條件

勘察期間，大部分鉆孔見(jiàn)地下水，地下水類(lèi)型主要有第四系松散層中的上層滯水、孔隙潛水和基巖裂隙潛水三種。

⑴上層滯水：不連續(xù)賦存于表層土層中，大部分區(qū)域水量較小，主要靠大氣降水補(bǔ)給，水位因季節(jié)、降雨情況而異。

⑵孔隙潛水：主要賦存于人工填土（石）、第四系海積粗砂（含淤泥），第四系全新統(tǒng)沖洪積粗砂層，第四系上更新統(tǒng)沖洪積粗砂、礫砂層中，其含水量豐富，殘積砂質(zhì)黏性土及黏性土層中含少量孔隙潛水。主要靠大氣降水補(bǔ)給，略具承壓性，與周邊河流、溪流水、海水有一定的水力聯(lián)系，水位因季節(jié)、降雨情況而異。

⑶裂隙承壓水：線路基巖為混合花崗巖，該類(lèi)型地下水主要賦存于基巖強(qiáng)～中等風(fēng)化帶中，富水性因基巖裂隙發(fā)育程度、貫通程度及膠結(jié)程度、與地表水源的連通性而變化，由于基巖表層分布有全風(fēng)化層及殘積黏性土層，故其與上覆上層滯水和地表水的水力聯(lián)系相對(duì)較弱，地下水具承壓性，線路基巖裂隙水為較豐富。

由于受季節(jié)變化、降雨及海水水位變化的影響，地下水水位會(huì)有所變化，故需對(duì)全線地下水水位進(jìn)行長(zhǎng)期觀測(cè)。

4　地基處理施工方案比選

本工程基坑底所在土層主要為淤泥土層，局部開(kāi)挖較深處為黏土層，淤泥土層承載力基本容許值為80kPa，黏土層為160kPa，而根據(jù)設(shè)計(jì)要求，地下隧道地基承載力要求不小于200kPa，因此需對(duì)基坑底以下土體進(jìn)行加固處理。深圳前海濱海不良地質(zhì)區(qū)此前均為未開(kāi)發(fā)荒地，可借鑒的軟基處理工程案例較缺乏，故對(duì)本工程基坑底地基處理欲采用注漿鋼管樁復(fù)合地基、高壓旋噴樁復(fù)合地基及預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)混凝土管樁復(fù)合地基三種施工方案進(jìn)行試樁，比選得出最優(yōu)方案再進(jìn)行大面積施工。

4.1注漿鋼管樁復(fù)合地基

注漿鋼管樁由外側(cè)包裹的級(jí)配碎石、水泥漿、鋼筋籠、中間的注漿鋼管及樁帽五部分組成。設(shè)計(jì)樁徑200mm，樁長(zhǎng)12m，樁間距0.8m，正方形布置，每根樁中心位置放入一根φ80mm厚5mm的鋼管做注漿管，管口切割成V型，注漿鋼管外下放2.2m長(zhǎng)鋼筋籠，注漿鋼管與鋼筋籠外側(cè)填充粒徑5～15mm級(jí)配碎石，并從孔底注入水泥漿，水泥采用P.O.42.5R普通硅酸鹽水泥，水灰比0.4～0.5，每米水泥用量不小于55kg，水泥漿內(nèi)摻入粉末阻銹劑（替代水泥質(zhì)量的2%～3%）和早強(qiáng)減水劑（替代水泥質(zhì)量的1.5%），漿液由孔底逐漸上升直至溢出孔口后再停止注漿，最后在樁頂制作邊長(zhǎng)300mm、厚200mm的方形水泥混凝土樁帽。

對(duì)注漿鋼管樁復(fù)合地基的質(zhì)量檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)為：配合比試驗(yàn)水泥碎石試塊抗壓強(qiáng)度不低于C20混凝土，單樁承載力特征值不小于140KN。注漿鋼管樁大樣圖如圖1所示。

圖1　注漿鋼管樁大樣圖

此種樁型施工后成樁效果不理想。首先，由于樁孔小且孔口有鋼筋籠導(dǎo)致碎石填充后難以振搗密實(shí)，且施工過(guò)程中泥漿護(hù)壁效果差，孔內(nèi)出現(xiàn)坍孔或縮頸現(xiàn)象，致使碎石無(wú)法填充至孔底。其次，注漿鋼管管口所處地層為砂質(zhì)黏性土層，局部為粗砂層，在碎石填充過(guò)程中，不斷振搗密實(shí)，造成水泥漿液上升壓力增大，從樁底孔隙流走而無(wú)法返漿至孔口，無(wú)法滿足設(shè)計(jì)要求。此外，注漿鋼管樁施工過(guò)程繁瑣，下放鋼筋籠、碎石填充、振搗等工序均需人工操作，施工機(jī)械化程度低，進(jìn)度慢。由于工后成樁效果不理想，故未進(jìn)行樁基質(zhì)量檢測(cè)。注漿鋼管樁施工現(xiàn)場(chǎng)情況見(jiàn)圖2。

圖2　注漿鋼管樁試樁現(xiàn)場(chǎng)照片

4.2高壓旋噴樁復(fù)合地基

高壓旋噴樁采用雙管旋噴工藝，設(shè)計(jì)樁徑600mm，平均樁長(zhǎng)10m，樁間距0.7m，正方形布置。旋噴樁水泥漿水灰比為1：1，水泥采用P.O.42.5R普通硅酸鹽水泥，水泥用量不小于300kg/m，水泥漿摻入水泥用量1%的三乙醇胺。施工中旋噴樁氣壓力0.7～0.8MPa，提速為8～10cm/min，轉(zhuǎn)速為4～6r/min。

對(duì)高壓旋噴樁復(fù)合地基的質(zhì)量檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)為：在成樁28d后，用雙管單動(dòng)取樣器鉆取樁芯，直觀地檢驗(yàn)樁體整體性和均勻性，將所取巖芯做成標(biāo)準(zhǔn)試件進(jìn)行抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，抗壓強(qiáng)度不小于1.5MPa。取芯檢驗(yàn)合格后采用平板載荷試驗(yàn)進(jìn)行復(fù)合地基檢測(cè)，地基承載力不小于200kPa。

高壓旋噴樁施工有機(jī)械體積小、施工占地少、振動(dòng)小、噪音較低等優(yōu)點(diǎn)，不會(huì)對(duì)周?chē)扔薪ㄖ锂a(chǎn)生振動(dòng)和噪聲危害，對(duì)土層的適用范圍較廣，亦可用于空間較小處，其施工工藝簡(jiǎn)單，機(jī)械化程度較高，施工進(jìn)度快，可進(jìn)行大面積施工。但其缺點(diǎn)在于施工中有大量泥漿排出，現(xiàn)場(chǎng)泥漿橫流，安全文明施工管理難度大，大范圍施工易造成環(huán)境污染。此外，由于本地區(qū)地表土層為新近人工填海造陸形成，地表以下局部含有大粒徑的孤石或植物根莖，對(duì)樁基施工帶來(lái)不利影響。施工后對(duì)成樁質(zhì)量進(jìn)行檢驗(yàn)，通過(guò)開(kāi)挖揭露，高壓旋噴樁樁身水泥漿填充較均勻，樁徑滿足設(shè)計(jì)要求；鉆孔抽芯檢測(cè)結(jié)果顯示，樁長(zhǎng)、樁身完整性及無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度均滿足設(shè)計(jì)要求；復(fù)合地基載荷試驗(yàn)結(jié)果顯示，地基承載力特征值可達(dá)到200kPa，滿足設(shè)計(jì)要求。高壓旋噴樁施工現(xiàn)場(chǎng)情況如圖3所示。

圖3　高壓旋噴樁試樁現(xiàn)場(chǎng)照片

4.3預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)混凝土管樁（PHC管樁）復(fù)合地基

PHC管樁采用樁徑400mm、壁厚95mm的A型高強(qiáng)混凝土管樁，平均樁長(zhǎng)12m，樁間距1.8m，正方形布置，樁身混凝土強(qiáng)度等級(jí)C80，抗?jié)B等級(jí)不低于S10，并摻入鋼筋阻銹劑，樁尖采用閉口型平底十字形樁尖，接樁采用CO2氣體保護(hù)焊進(jìn)行焊接，接頭外側(cè)涂滿防腐涂料，樁頭處焊接10mm厚方形鋼板封堵孔口，樁頂標(biāo)高找平后先滿鋪一層土工格柵后再施工碎石墊層。

PHC管樁復(fù)合地基的質(zhì)量檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)為：首先采用低應(yīng)變動(dòng)力測(cè)試檢測(cè)樁身完整性，檢測(cè)合格后進(jìn)行單樁豎向抗壓載荷試驗(yàn)，要求單樁承載力不小于800kN，并且滿足復(fù)合地基承載力不小于200kPa的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。

本工程PHC管樁施工機(jī)械選用改裝的履帶式液壓錘擊打樁機(jī)，機(jī)型較大，移動(dòng)靈活，施工速度快、功效高，避免了老式柴油錘擊打樁機(jī)產(chǎn)生的廢氣對(duì)環(huán)境的污染，同時(shí)預(yù)應(yīng)力混凝土管樁單樁承載強(qiáng)度高，適應(yīng)各種軟弱地層情況。缺點(diǎn)在于，對(duì)于深圳前海地區(qū)地表含有較厚淤泥層，土體承載力低，為確保樁機(jī)施工安全，需先用素土置換1.0m作為施工面。管樁施工中打樁錘沖樁會(huì)對(duì)周?chē)馏w及建筑物產(chǎn)生一定影響，所以樁基與重要構(gòu)筑物之間需保持不小于2m的安全距離。且施工機(jī)械較大，不適合在空間高度受限的條件下施工。試樁完成后對(duì)抗壓強(qiáng)度及承載力進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果均滿足設(shè)計(jì)要求。PHC管樁施工現(xiàn)場(chǎng)情況如圖4所示。

圖4　 PHC管樁試樁現(xiàn)場(chǎng)照片

5　地基處理經(jīng)濟(jì)比較

⑴注漿鋼管樁。樁徑200mm，樁長(zhǎng)12m，總樁長(zhǎng)約28萬(wàn)米，樁基單價(jià)為200元/m，總造價(jià)約5600萬(wàn)元。

⑵雙重管高壓旋噴樁。樁徑600mm，平均樁長(zhǎng)10m，總樁長(zhǎng)約20萬(wàn)米，樁基單價(jià)為127.5元/m，總造價(jià)約2550萬(wàn)元。

⑶預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)混凝土管樁。樁徑400mm，平均樁長(zhǎng)12m，總樁長(zhǎng)約6萬(wàn)米，樁基單價(jià)為325元/m，土工格柵2.5萬(wàn)平方米，單價(jià)為20元/m2，總造價(jià)約2000萬(wàn)元。

通過(guò)比較，預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)混凝土管樁造價(jià)最低，高壓旋噴樁次之，注漿鋼管樁造價(jià)最高。

6　結(jié)論

通過(guò)對(duì)注漿鋼管樁復(fù)合地基、高壓旋噴樁復(fù)合地基及預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)混凝土管樁復(fù)合地基三種施工方案進(jìn)行試樁施工及結(jié)果對(duì)比分析可以得出以下結(jié)論：

⑴高壓旋噴樁與PHC管樁復(fù)合地基均能滿足地基承載力不小于200kPa的設(shè)計(jì)要求，而PHC管樁的單樁承載力要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其它兩種樁型；

⑵高壓旋噴樁與PHC管樁施工機(jī)械化程度均較高，施工進(jìn)度快。高壓旋噴樁需開(kāi)挖至基坑底后進(jìn)行施工，而PHC管樁可在開(kāi)挖至坑底前提前施工，降低基坑開(kāi)挖及降水的費(fèi)用，同時(shí)避免降水對(duì)基坑底土體的不利影響，但需小心樁錘沖擊對(duì)臨近結(jié)構(gòu)物的影響；

⑶注漿鋼管樁與高壓旋噴樁施工均需向樁體注入水泥漿，大范圍施工會(huì)增加現(xiàn)場(chǎng)安全文明施工管理難度，易對(duì)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境造成污染；

⑷PHC管樁與高壓旋噴樁造價(jià)較低，從經(jīng)濟(jì)角度應(yīng)優(yōu)先選用此兩種工藝進(jìn)行施工。

因此，本工程擬采用預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)混凝土管樁復(fù)合地基進(jìn)行基坑底地基處理施工，局部空間受限或臨近重要構(gòu)筑物處采用雙重管高壓旋噴樁復(fù)合地基進(jìn)行施工?！?/p>