陳 耀

(福建地礦建設(shè)集團(tuán)公司 福建福州 350002)

0 引言

隨著社會經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，可供建設(shè)的用地越來越少，為了城市建設(shè)需要，大部分城市采取圍海(江、河、湖等)造地，以滿足城市建設(shè)用地需求。特別在沿海城市地區(qū)，這些新開拓的建設(shè)用地地質(zhì)土層中淤泥土層均較厚，且土層中的含水率比較高，甚至可能含有可液化土層。為保證建設(shè)施工質(zhì)量和安全，必須選擇合適且又經(jīng)濟(jì)的設(shè)計方案，采取切實可行、安全穩(wěn)妥的施工方案及技術(shù)措施。

基于此，本文擬通過某項目施工實踐，總結(jié)在高含水率、高孔隙比、高壓縮性且有可液化的較復(fù)雜土層中基礎(chǔ)設(shè)計方案選擇及施工應(yīng)用技術(shù)，以供借鑒。

1 項目概況

1.1 項目介紹

該項目位于福建省閩江口，由會展中心、公寓、旅社、活動中心和文化街等5個單位工程組成，其中會展中心和活動中心為鋼框架結(jié)構(gòu)，總用鋼量約為1.2萬t，其他單體建筑為鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，總建筑面積為116 727.97m2，其中：地上建筑面積為87 080.04m2，地下建筑面積為29 647.93m2，建筑物最高檐口高度為34.35m。該項目為省重點建設(shè)項目，工期緊、任務(wù)重，要求在6個月內(nèi)完成會展中心的大部分施工任務(wù)，并提交大型會議使用。

項目施工前場地原為農(nóng)田、苗圃耕地及魚塘，屬閩江沖積、海積淤積的一級階地，地貌單元屬于河口區(qū)沉積三角洲地貌。

1.2 工程地質(zhì)情況

項目施工場地隸屬七度地震區(qū)，根據(jù)鉆孔揭示范圍內(nèi)土層主要為人工堆積，第四系淤積、海積、沖洪積成因的淤泥、淤泥夾砂、砂夾淤泥、碎卵石，覆蓋層厚度約53.2m～62.8m，基底為燕山期侵入的花崗巖。場地巖土層自上而下依次為：(1)填土、(2)粉質(zhì)粘土、(3)淤泥、(4)中砂夾淤泥、(5)淤泥夾砂、(6)粉(中)砂夾淤泥、(7)淤泥質(zhì)土夾砂、(8-1)粉(中)砂(夾淤泥)、(8)淤泥質(zhì)土(夾砂)、(9)粉質(zhì)粘土、(9-1)淤泥質(zhì)土夾砂、(10)中細(xì)砂、(11)碎卵石、(12)砂土狀強(qiáng)風(fēng)化花崗巖等。其中，(3)～(8)土層為淤泥質(zhì)土，而且場地內(nèi)分布范圍大，為淤積成因的高含水量(最大天然含水量達(dá)81.7%，主要土層物理力學(xué)指標(biāo)如表1所示)、高孔隙比、高壓縮性的飽和軟土，且厚度變化較大，均勻性較差，穩(wěn)定性差，工程地質(zhì)性能差；場地埋深20m范圍內(nèi)的(4)中砂夾淤泥為可液化砂層，經(jīng)鉆孔綜合判定，場地液化指數(shù)為17.20，綜合液化等級為中等。代表斷面地質(zhì)剖面圖如圖1所示。

表1 主要土層物理力學(xué)指標(biāo)統(tǒng)計表

2 基礎(chǔ)設(shè)計方案選擇

2.1 樁基礎(chǔ)設(shè)計方案

考慮該項目的特殊性，以及工期緊、施工場地空曠，經(jīng)對設(shè)計方案比選，確定建筑物的樁基礎(chǔ)采用預(yù)制高強(qiáng)混凝土薄壁鋼管樁(TSC樁，如圖2所示)與預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)混凝土管樁(PHC樁)的組合樁，樁頂15m～20m采用TSC樁(樁型為TSC-Ⅰ-600-110-6)，以下各節(jié)均采用PHC樁(樁型為PHC-AB600(130)-55)。樁端持力層為(11)碎卵石，樁端全截面進(jìn)入持力層≥1m。沉樁采用錘擊法，樁尖采用十字型鋼制樁尖；接樁方式：抗壓樁采用焊接法，焊縫厚度≥12mm，并將接頭的U型口焊滿；抗拔樁采用抱箍式機(jī)械連接+焊接法。

此方案優(yōu)點是，預(yù)制樁的樁身質(zhì)量可靠、穩(wěn)定，施工速度快、周期短，承載力高，地下水對樁基質(zhì)量影響較小。由于該項目施工場地空曠，所以，管樁施工對鄰近的建筑物、道路、管道產(chǎn)生的附加沉降、開裂或傾斜等不良影響可以不考慮；同時，通過合理安排沉樁施工順序，嚴(yán)格控制沉樁速率，以避免沉樁過程中“擠土效應(yīng)”。

圖2 預(yù)制高強(qiáng)混凝土薄壁鋼管樁(TSC樁)實樣

樁頂15m～20m采用TSC樁，TSC樁具有承受較大豎向荷載(該項目使用樁型的樁身豎向承載力設(shè)計值為6953kN)和水平荷載(樁身極限彎矩為680kN·m)的特點，解決了建筑物基礎(chǔ)承臺底下有可液化砂土段對樁基的影響，提高樁身的水平抗剪承載力，滿足樁基的水平承載力要求；下部采用PHC 管樁，節(jié)省了項目的樁基工程造價。

此方案有效解決了若采用水泥土復(fù)合管樁(在直徑Φ1000mm攪拌樁中心同芯植入高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力管樁形成復(fù)合管樁基礎(chǔ))樁基礎(chǔ)施工周期長的缺點；同時解決了樁基采用沖(鉆)孔灌注樁施工周期長，施工產(chǎn)生泥漿污染環(huán)境、不利于文明施工，灌注樁樁身質(zhì)量不穩(wěn)定，孔底清渣對單樁承載力的影響，以及工程造價高等缺點。

2.2 基坑支護(hù)設(shè)計方案

采用臺階式放坡+槽鋼+HN700×300型鋼樁支護(hù)形式，H型鋼樁外側(cè)利用Ⅳ型拉森樁擋土止水，H型鋼樁頂部的內(nèi)側(cè)設(shè)置一圈閉合的H350鋼圍檁，H型鋼樁和Ⅳ型拉森樁的樁長為15m，均穿透(3)淤泥進(jìn)入(4)中砂夾淤泥7m～8m。基坑支護(hù)代表斷面圖如圖3所示。

圖3 基坑支護(hù)代表斷面圖

由于該項目施工場地空曠，周邊無建筑物和地下管線影響，可充分利用該施工場地優(yōu)勢，采用臺階式放坡施工方案，放坡范圍為圍護(hù)樁以外約20m，每級臺階高度2.0m，有效改變了邊坡土體滑移面，同時也減少了圍護(hù)樁的有效樁長。

相較于SMW工法樁和鋼筋混凝土灌注排樁，該方案具有施工速度快，圍護(hù)鋼板樁可回收利用，工程造價低等優(yōu)點；但要求施工場地大，且要有足夠的臺階放坡場地，土方開挖量大等缺點。此方案利用拉森樁連續(xù)性特點，起到了止水、擋住淤泥流動滑移作用，但拉森樁剛度不足，要在其基坑內(nèi)側(cè)加設(shè)H型鋼，以有效防止拉森樁因基坑開挖后產(chǎn)生的高低差，以及坑外土方產(chǎn)生的側(cè)壓力造成拉森樁向坑內(nèi)傾倒。

3 施工技術(shù)措施

3.1 樁基施工技術(shù)措施

3.1.1薄壁鋼管樁堆放及吊裝[1]

(1)預(yù)制高強(qiáng)混凝土薄壁鋼管樁堆放場地應(yīng)堅實平整，按規(guī)格、長度分別堆放，堆放層數(shù)不宜超過7層，堆放時最下層按圖4所示的兩支點位置放在墊木上，墊木應(yīng)均勻放置且在同一水平面上，并采取防滑、防滾措施。

(2)預(yù)制高強(qiáng)混凝土薄壁鋼管樁采用兩點吊(圖4)或兩頭鉤吊法，兩吊點位置同堆放時兩支點位置；除兩端鉤吊外，吊索應(yīng)與預(yù)制高強(qiáng)混凝土薄壁鋼管樁縱軸線垂直。裝卸應(yīng)輕起輕放，嚴(yán)禁拋擲、碰撞、滾落。

圖4 管樁兩支點堆放位置示意圖

3.1.2薄壁鋼管樁施工

(1)薄壁鋼管樁施打工藝同普通預(yù)應(yīng)力管樁(PHC樁)，采用靜壓法或錘擊法施工。

(2)薄壁鋼管樁和PHC樁的接樁，采用端頭板焊接連接+抱箍機(jī)械接頭。

①接樁時，入土部分的樁身樁頭宜高出地面0.5m～1.0m；兩管樁對接前，上下端板表面應(yīng)用鋼絲刷清刷干凈，坡口處應(yīng)刷至露出金屬光澤；將連接定位銷旋入上節(jié)樁段端頭板連接槽內(nèi)，使連接銷一半外露，高度一致；吊起上節(jié)樁段，讓上節(jié)樁段的各個連接定位銷對準(zhǔn)下部樁段連接盒后再插入，要盡量使上下節(jié)樁段的端頭貼緊吻合，若發(fā)現(xiàn)未貼合，應(yīng)插入鍍鋅鐵墊片鍥緊[2]。

②采用二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊將上下節(jié)樁的端頭板焊接，焊接時先在坡口圓周上對稱點焊4～6點再分層施焊；施焊由兩個持證上崗的焊工對稱進(jìn)行，以減少變形；拼接處坡口槽電焊應(yīng)分3層對稱進(jìn)行，內(nèi)層焊必須清理干凈焊渣后方能施焊外一層，焊縫應(yīng)連續(xù)飽滿，其外觀質(zhì)量應(yīng)符合二級焊縫的要求，每層焊縫的接頭應(yīng)錯開；大雨時不宜施焊，除非有安全可靠的防雨措施。施焊完成的樁接頭自然冷卻3min后，再繼續(xù)沉樁，嚴(yán)禁用水冷卻[3]。

③上下節(jié)管樁端頭板接頭施焊完成，經(jīng)質(zhì)檢員和監(jiān)理工程師檢查合格后，將3片弧形機(jī)械連接卡套住上下節(jié)樁段端頭板，使連接卡上的螺栓孔與端頭板上的螺栓孔對應(yīng)，并采用廠家提供的螺栓通過螺栓孔將連接卡和端頭板連接一起，完成抱箍式機(jī)械接頭，如圖5～圖6所示。

圖5 薄壁鋼管樁和PHC樁的接樁

圖6 抱箍式機(jī)械接頭

(3)接頭防腐

管樁接頭經(jīng)二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊或抱箍式機(jī)械連接好，經(jīng)質(zhì)檢員和監(jiān)理工程師檢查合格后，對管樁接頭處所有外露鐵件涂刷環(huán)氧樹脂防腐漆兩遍。

3.2 基坑支護(hù)及土方開挖施工技術(shù)措施

3.2.1基坑支護(hù)施工

(1)拉森樁施工

①拉森樁打入前，在樁鎖口內(nèi)涂油脂，以方便打入和拔出，并將樁尖處的凹槽底口封閉，避免泥土擠入。

②拉森樁施打前，設(shè)置一定剛度的、堅固的導(dǎo)架。導(dǎo)架采用單層雙面圍檁形式，圍檁樁的間距為2.5m～3.5m，雙面圍檁導(dǎo)梁間距以比拉森樁厚度大8mm～15mm為宜。導(dǎo)架安裝時高度要適宜，以有利于控制拉森樁的施工高度和提高施工工效；導(dǎo)梁不能隨著拉森樁的打設(shè)而產(chǎn)生下沉和變形，且位置必須垂直，不能與拉森樁碰撞。

③拉森樁采用屏風(fēng)式打入法施工，該方法不易使板樁發(fā)生屈曲、扭轉(zhuǎn)、傾斜和墻面凹凸，打入精度高，易于實現(xiàn)封閉合攏。采用挖掘機(jī)振動錘將第一根拉森樁吊放至樁位，開動振動錘利用振動力把樁沉至離地面1m左右停止，以防止施工打第二根樁時因磨擦過劇而把第一根樁帶入土中。然后，起吊第二根、第三根逐步插打。為防止拉森樁因磨擦作用而帶入土中，在頂部將相鄰兩樁電焊固定連成一片，待10～20根拉森樁成排插入導(dǎo)架內(nèi)，形成屏風(fēng)狀后再施打到標(biāo)高。

④由于施打偏差，易導(dǎo)致拉森樁轉(zhuǎn)角和封閉合攏困難，采用軸線修整法解決。軸線修整法通過對拉森樁閉合軸線設(shè)計長度和位置的調(diào)整，實現(xiàn)封閉合攏，封閉合攏處設(shè)在短邊方向從端部算起的第三塊板樁的位置處。

(2)H型鋼樁施工

在拉森樁施打一段后，跟進(jìn)施打H型鋼樁。采用挖掘機(jī)振動錘夾住鋼樁，對準(zhǔn)拉森樁凹槽，先利用鋼樁自重下沉，待無法自沉?xí)r開動振動錘，利用振動力把鋼樁沉至設(shè)計樁頂標(biāo)高。H型鋼樁的翼板盡量靠緊拉森樁凹槽側(cè)壁，防止拉森樁因土側(cè)壓力變形而向內(nèi)傾斜。

3.2.2土方開挖施工技術(shù)

(1)鑒于該項目所在地土層中淤泥含水量較大，最大達(dá)到80%以上、且強(qiáng)度低，同時工程樁剛施工完成立即進(jìn)行土方開挖，工程樁施工過程對淤泥的擾動影響尚未得到有效釋放，且原施工場地內(nèi)多為池塘，造成基坑土方開挖易產(chǎn)生滑動，故，該項目基坑土方開挖采用全基坑面分區(qū)塊臺階式分層開挖。

(2)基坑土方開挖，采用長臂反鏟挖掘機(jī)接力方式盤運(yùn)，直接裝上自卸汽車?yán)林付ㄐ锻咙c?；油练介_挖示意圖如圖7所示。

圖7 基坑土方開挖示意圖

(3)土方開挖時，坑內(nèi)運(yùn)輸?shù)缆芳巴诰驒C(jī)停放平臺，采用粉煤灰、煤渣類的既透水又吸水的材料鋪筑，厚度宜大于50cm，并在面層鋪設(shè)20mm厚鋼板，以滿足運(yùn)輸車輛及挖掘機(jī)施工的地耐力需要。

(4)土方嚴(yán)格按照分層開挖，淤泥開挖分層厚度不得大于1m；對于開挖深度大于1m的承臺、集水井和電梯井等坑中坑，先沿坑中坑邊密插16#槽鋼支護(hù)，再行土方開挖。

(5)開挖工程樁的樁間土方時，采用小型小挖斗的挖掘機(jī)，挖出的土方立即用挖掘機(jī)接力式盤運(yùn)至自卸汽車；工程樁兩側(cè)土體高差不得大于0.5m，同時嚴(yán)禁挖掘機(jī)碰撞工程樁樁身，當(dāng)開挖至樁頂以上30cm時，工程樁兩側(cè)0.5m內(nèi)土體應(yīng)對稱開挖。

(6)挖土?xí)r，對未送樁到位的管樁及時分段截樁，避免樁身自由高度過大，管樁的懸臂高度不超過1.0m。提前考慮截樁安排，開挖前對露出土層面的工程樁先行截除；開挖過程，根據(jù)挖土流程分段截除。

3.2.3開挖過程出現(xiàn)問題的預(yù)案及對策

(1)流泥。由于該項目淤泥土層含水率高、強(qiáng)度低、流塑性，開挖面高差大，可能產(chǎn)生流泥現(xiàn)象。為防止出現(xiàn)流泥，采取全斷面分層開挖，挖掘機(jī)接力盤運(yùn)土方，同時嚴(yán)格控制開挖分層厚度不大于1.0m。對于深坑開挖，先沿坑邊密插木樁或槽鋼，再開挖深坑土方。

(2)溜坡。由于開挖過程中，放坡平臺寬度和坡面坡率未按設(shè)計要求施工，或開挖后未及時護(hù)面，造成基坑邊坡溜坡。為避免此問題，基坑邊坡嚴(yán)格按照設(shè)計要求開挖，及時支護(hù)和護(hù)面施工；若基坑周邊出現(xiàn)裂縫，及時對裂縫采取水泥灌縫封堵，避免地表水進(jìn)入裂縫；同時，加強(qiáng)監(jiān)測，若監(jiān)測數(shù)據(jù)異?；虺渲?，立即采取坡頂卸載或坡腳反壓。

3.2.4基坑監(jiān)測

(1)根據(jù)設(shè)計要求，結(jié)合現(xiàn)場實際情況，沿基坑頂邊四周設(shè)置土體深層變形監(jiān)測(測斜)點15個，坡頂水平位移和沉降監(jiān)測點31個，地下水位觀測點4點?；颖O(jiān)測點平面布置示意圖如圖8所示。

(2)由建設(shè)單位委托有資質(zhì)的專業(yè)監(jiān)測單位，對基坑土方開挖及地下室結(jié)構(gòu)施工全過程進(jìn)行基坑監(jiān)測，提供監(jiān)測數(shù)據(jù)以及分析成果，指導(dǎo)基坑土方開挖施工。

(3)該基坑監(jiān)測從基坑土方開挖開始，至地下室側(cè)邊回填土完成(即開始拔除H型鋼和拉森鋼板樁)，共歷時97d結(jié)束。

圖8 基坑監(jiān)測點平面布置示意圖

(4)經(jīng)對基坑監(jiān)測數(shù)據(jù)統(tǒng)計，土體深層變形監(jiān)測(測斜)點C9為深層變形最大點，累計值為39.5mm；坡頂水平位移和沉降監(jiān)測點P17為水平位移最大點，累計值為28.9mm；坡頂水平位移和沉降監(jiān)測點P8為沉降最大點，累計值為27.6mm。施工過程基坑監(jiān)測未出現(xiàn)監(jiān)測報警值，土體深層變形、坡頂水平位移和坡頂沉降均在設(shè)計允許范圍，無出現(xiàn)基坑邊坡坍塌或滑移現(xiàn)象。

(5)施工巡視檢查。基坑開挖和地下工程施工過程，項目部每天均派專人對基坑的支護(hù)結(jié)構(gòu)、施工工況、周邊環(huán)境以及監(jiān)測設(shè)施進(jìn)行施工巡視檢查。巡視檢查頻率為一天不少于兩次。巡視檢查做詳細(xì)記錄、及時整理，并與第三方監(jiān)測數(shù)據(jù)綜合分析，指導(dǎo)基坑土方開挖施工。

4 施工效果

該項目所有單體建筑物的管樁經(jīng)過一個多月施工完畢，基礎(chǔ)土方嚴(yán)格按照設(shè)計圖紙、施工規(guī)范以及專項方案要求開挖后，所有建筑物的管樁未發(fā)生斷樁現(xiàn)象。經(jīng)建設(shè)單位委托第三方有資質(zhì)的檢測單位對該項目共2003根管樁進(jìn)行單樁豎向抗壓靜載試驗、低應(yīng)變法檢測和單樁豎向抗拔靜載試驗。檢測結(jié)果如表2所示。

表2 管樁檢測結(jié)果一覽表

5 結(jié)語

該項目施工，充分考慮了項目的地質(zhì)土層情況，并結(jié)合項目施工現(xiàn)場的實際情況，經(jīng)過比選確定合適、經(jīng)濟(jì)的設(shè)計方案，制定了切實可行、安全穩(wěn)妥的施工方案；同時，施工過程中，嚴(yán)格按照設(shè)計圖紙及施工規(guī)范要求，嚴(yán)格執(zhí)行施工方案制定的技術(shù)措施，保障了在高含水率、高孔隙比、高壓縮性且有可液化的較復(fù)雜土層的施工質(zhì)量和安全，施工效果良好，其成功經(jīng)驗可為同行借鑒，尤其是對高含水率淤泥土層基礎(chǔ)設(shè)計方案選擇及施工技術(shù)應(yīng)用。