王雪燕

（中鐵十二局集團第三工程有限公司，山西 太原 030000）

隨著國家環(huán)保意識的增強，淤泥質(zhì)地層軟土基坑開挖的難度也逐漸變大。因軟弱土區(qū)地質(zhì)結(jié)構(gòu)特殊，基坑支護結(jié)構(gòu)設計不合理，容易導致支護結(jié)構(gòu)水平位移變大、周圍地表沉降和基坑底部隆起，對基坑穩(wěn)定性、周圍設施的安全和正常運行造成嚴重影響[1]。針對軟土基坑開挖過程中的問題，為避免單一支護結(jié)構(gòu)難以滿足工程需求，現(xiàn)有的圍護結(jié)構(gòu)多采用深層攪拌樁、鋼板樁、地下連續(xù)墻和鉆孔灌注樁等，由此進一步提高淤泥質(zhì)地層建設工程在技術(shù)層面的合理性、安全性和經(jīng)濟性[2]。該文以濱海地區(qū)為例，從淤泥質(zhì)地層軟土區(qū)域著手，進行鉆孔灌注樁的施工研究，通過該方式，保證基坑整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，使建設項目在投入使用后更經(jīng)濟、合理。

1 工程概況與土層分段成孔劃分方案

該工程項目位于A市濱海地區(qū)，根據(jù)建設用地劃分范圍，結(jié)合工程施工要求，該工程項目在施工中的用房設計為鉆孔灌注樁施工，設計施工條件見表1。

表1 鉆孔灌注樁設計施工條件

與其他項目相比，該項目所在地的地下水位較高，對應的基坑持力層位于淤泥質(zhì)地層，地層中分布大量軟土，非常不利于施工[3]。同時，該工程項目的工期較短、設計總樁數(shù)較多、樁位相對密集且業(yè)主方對工程的質(zhì)量要求較高，因此，在綜合分析后發(fā)現(xiàn)，該項目的施工難度較大[4]。

為提高施工中鉆孔灌注樁的一次成孔率，保證成樁質(zhì)量，正式施工前需要進行試成樁，并分析工程項目所在地的土層對成樁質(zhì)量是否存在影響及影響程度[5]。根據(jù)現(xiàn)場勘察和調(diào)研，將工程項目所在地的土層劃分為5個區(qū)段，內(nèi)容見表2。

表2 土層分段成孔劃分

對土層進行劃分后，發(fā)現(xiàn)距離地表5m～12m處存在不利土層，包括淤泥質(zhì)土層和粉質(zhì)黏土層。當鉆孔灌注樁通過不利土層時，出現(xiàn)孔壁塌陷、直徑減少等問題[6]。粉土層分布在距地表17.5m～25.3m處。當鉆孔灌注樁樁身穿過時，由于鉆進速度緩慢，需要花費很長的時間，因此很容易出現(xiàn)塌孔等問題。

在進一步分析項目所在地綜合地質(zhì)情況的過程中發(fā)現(xiàn)，該工程對應的部分長樁端部結(jié)構(gòu)位于最不利的土層（砂層），當鉆孔施工作業(yè)時，由于地質(zhì)結(jié)構(gòu)較為特殊，因此會出現(xiàn)因塌孔的情況，從而導致底部沉渣過厚。為解決該問題，施工準備完畢后，在正式施工前，需要對成孔質(zhì)量進行試鉆孔，通過該方式采集相關(guān)數(shù)據(jù)以便及時處理后續(xù)施工中出現(xiàn)的多種不良地質(zhì)問題。當項目施工現(xiàn)場進行試成孔時，應根據(jù)具體情況，對工程樁進行合理選型，根據(jù)該工程的實際需求，所選的工程樁樁徑為600mm，樁長為40m。當現(xiàn)場準備時，所使用的泥漿須為原土造漿，將漿液的含砂率控制在小于 8%，確保施工前的準備工作符合技術(shù)規(guī)范。

2 穩(wěn)定性分析

2.1 基坑穩(wěn)定性分析

淤泥質(zhì)地層軟土基坑發(fā)生失穩(wěn)現(xiàn)象的特征如下：邊墻和護墻整體滑動，護墻的上半部分向外傾，下半部分向內(nèi)傾，地面向上抬升、地表下陷。針對該現(xiàn)象，必須對工程的整體穩(wěn)定性進行分析和計算，因此，引進圓弧滑動面簡單條分法，計算淤泥質(zhì)地層軟土基坑整體穩(wěn)定性的安全系數(shù)，如公式（1）所示。

式中：K代表淤泥質(zhì)地層軟土基坑整體穩(wěn)定性安全系數(shù)；c代表土體黏聚力；Li代表土條底面面積；i代表第i個土條；q0代表地面均布荷載；b代表土條寬度；W代表土條重力；θ代表土條底面傾角；φ代表內(nèi)摩察角。

公式（1）對應的計算模式如圖1所示。

圖1 淤泥質(zhì)地層軟土基坑整體穩(wěn)定性計算模型

2.2 支護結(jié)構(gòu)踢腳穩(wěn)定性分析

在單軸體系中，踢腳失效的主要原因是以該體系為中心的旋轉(zhuǎn)不穩(wěn)定，如果體系為多軸體系，就有圍繞該體系底部的旋轉(zhuǎn)發(fā)生踢腳失效的可能性。計算踢腳安全系數(shù)，如公式（2）所示。

式中：K1代表踢腳安全系數(shù)；Mp代表圖中對應的內(nèi)側(cè)B點力矩；Ma代表外側(cè)BD區(qū)段中，主壓力條件下B點力矩；Ep代表被動土壓力；ht代表下層支點與底部的距離；hd代表支護結(jié)構(gòu)嵌入深度；ea，b代表B點主動土壓力；ea，d代表D點主動土壓力。

公式（2）對應的計算模式如圖2所示。

圖2 踢腳穩(wěn)定計算模型

3 濱海地區(qū)淤泥質(zhì)地層軟土鉆孔灌注樁施工

3.1 鉆孔、清孔和鋼筋籠施工

在鉆探過程中，須科學控制鉆探速度，從堅硬的巖層向松散的巖層鉆進，可以適當提高鉆探速度。在軟巖向硬巖轉(zhuǎn)化的過程中，應采用低壓、低速鉆井的方法?？椎姿艿你@井壓力不能超過鉆桿、鉆頭和壓塊總質(zhì)量的60%，可減少或避免打斜、打彎等情況。鉆探開始階段，鉆孔的速度不能過快，在鉆孔深度4.0m內(nèi)，應該達到2m/h。后續(xù)應該達到3m/h。在覆土層中，必須隨時進行降壓鉆井，根據(jù)鉆井液中的鉆井液含量，定期檢測鉆井液中的鉆井液參數(shù)，并及時調(diào)節(jié)其濃度。當鉆到設計深度后，可以讓鉆機空鉆不進，然后使其噴出稀薄的泥漿，這樣可以使更濃的泥漿從孔內(nèi)排出，當泥漿密度降至1.15～1.20時，可以開始提鉆，并用測繩測量孔深。當出現(xiàn)特殊情況時，必須將鉆頭向上提起，以免被埋沒。對出現(xiàn)的井眼塌陷和進尺異常等問題，要認真地觀察和分析，找出原因及出現(xiàn)問題的位置，采取相應的措施。

清孔的重點是清理殘渣和淤泥。殘渣是當鉆頭切割時，孔壁上掉落的砂礫、碎石等。沉積物是密度大、稠度大的劣質(zhì)泥漿，經(jīng)過長期的空洞沉降，會形成流塑狀混合物，沉積會在樁的底部形成一種軟弱的夾層，會破壞其端承力?？梢圆捎孟卵h(huán)成孔，氣舉反循環(huán)成孔的方法清理沉淀物。采用換漿的方式，將鉆頭提起20～30cm，再進行循環(huán)，使鉆頭的泥漿表面保持距地下水1.5～2.0m以上，避免出現(xiàn)塌孔現(xiàn)象。當清井作業(yè)時，要注意控制水頭，定期檢查泥漿參數(shù)，參數(shù)符合要求后，立刻施工。在此基礎(chǔ)上再放入鋼筋籠，盡量減少混凝土澆筑過程的施工時間和沉降量。

分段完成鋼筋籠的施工，分段長度參考鋼筋籠整體剛度和鋼筋長度等。為保證保護層的厚度符合需求，鋼筋籠上應設置保護層墊塊，設置數(shù)量不少于2組，當長度大于12m時，應在中間增設1組。每組配筋不少于3組且應均勻布置在同一截面主筋上。在鋼筋籠的吊裝、運輸和安裝過程中，必須采取有效的措施，避免鋼筋籠產(chǎn)生變形，因此起吊點應設置在加固筋的位置。

3.2 水下混凝土施工

按照建設部的規(guī)范設計混凝土配合比。在施工前，必須進行試配，在施工過程中，試配后的混凝土強度要比設計樁高15%～20%。坍落度為16～20cm，砂率為40%～45%，水泥的用量為380kg/m3，最大用量為500kg/m3，須保證其良好的和易性和流動性。坍落度損失要符合灌漿的需要。在該基礎(chǔ)上，混凝土的初凝固時間應該超過常規(guī)澆筑時間的2倍。

水下澆筑是保證成樁質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)，澆筑前必須做好各項準備工作以保證澆筑過程的連續(xù)性和緊密性。單樁灌漿時間不應＞8h。澆筑時，其填充系數(shù)不應小于1，也不應大于1.3。澆注混凝土管道的內(nèi)徑應該根據(jù)樁的直徑和每小時的灌注量決定的，通常來說，管道的直徑為200～250mm，管道的壁厚度為3mm。第一段底部管道的長度應該大于4.0m，標準段的長度為3m。當水下澆筑時，可采用混凝土澆筑，其強度在C20以上。外部形狀應該均勻平滑且要用橡皮墊起來。

在澆筑混凝土的過程中，所有管道都要安放在孔洞的中央。管道底部與孔底的距離以能放掉隔水塞和混凝土為準，通常約50mm[7]。在管道中應該用金屬絲連接防水塞。在澆筑前，必須用0.1mm3～0.2m3的水泥漿，按1∶1.5的比例澆筑后才能澆筑混凝土。當初始澆筑足量的混凝土時，可以切斷隔水塞上的綁扎鋼絲，將其澆筑到孔底。當混凝土澆筑完成后，管道的初始灌注量應該能確保管道的埋深在0.8～1.3m，管道內(nèi)外的水泥柱壓力相同。

4 施工質(zhì)量控制

4.1 施工前準備階段的質(zhì)量控制

施工前，須對設計圖紙、施工計劃進行逐層交底，并檢查原材料的質(zhì)量。在旱地或筑島的位置，將護管與坑壁間壓實，護管與樁身中心線的偏差不能超過40mm，傾角不能超過1%，高度應該高于地面0.3m或水面1.0～2.0m。根據(jù)設計需要和水文地質(zhì)條件確定護筒的埋深，在干地和筑島的位置，一般要高于雜填土的埋深0.2m，在黏粒土壤中不能低于1m，在沙粒土壤中不能低于1.5m，并使鉆孔中的泥水平面高于地下水1m。受沖刷作用的河道，其下陷深度應＞1.0～1.5m。

4.2 施工中的質(zhì)量控制

在施工中，從軸心控制點開始測量樁的位置，并核對樁的對中，選擇多個角度核對砂輪的平整度。在鉆探的過程中，要經(jīng)常檢查鋼軌的垂直度和砂輪的平面度，如果有偏差，要及時修正。

根據(jù)試成孔技術(shù)參數(shù)進行鉆井，并針對不同的地層條件，進行泥漿密度試驗。在澆筑混凝土前，必須檢測混凝土的塌落度確保其符合要求。檢查井中管道的長度和到井底的距離。漏斗填滿混凝土后，切斷漏斗中的鋼絲，并將防水栓塞進地面混凝土中[8]。必須降低澆筑速度，并減少管道埋設深度。施工中土體的豎向應力計算如公式（3）所示。

式中：σcz代表土體在豎直方向上的應力；z代表基坑的深度；γc代表坑壁上方土體的等效容重。當σcz的增量接近或達到軟土的天然地基承載力特征值時，支護結(jié)構(gòu)會因持續(xù)增加的沉降量而出現(xiàn)失穩(wěn)情況。結(jié)合地基沉降的理論依據(jù)計算總沉降量，如公式（4）所示。

式中：S（t）代表地基的總沉降量；Sd代表地基瞬時產(chǎn)生的沉降量；Sc（t）代表地基排水固結(jié)沉降量；Ss（t）代表地基欠固結(jié)沉降量。當土體沉降從最初的彈性變形轉(zhuǎn)變?yōu)樗苄宰冃螘r，坑壁支護結(jié)構(gòu)會不均勻沉降，進而產(chǎn)生破壞性問題。結(jié)合上述計算結(jié)果，在施工過程中，控制沉降和控制定位放線的精度可以有效提高施工質(zhì)量。當定位放線時，先計算各樁位的坐標點，再通過測繪提供的三個控制點定位各樁結(jié)構(gòu)。在樁位點上插入短的鋼筋棍進行定位，同時在點位上明確標記。每個點位的樁機就位后，還需要用全站儀復核，使用不同的控制點可以避免一個點出現(xiàn)誤差或重復操作的問題，保證施工質(zhì)量。當護筒埋設施工時，護筒中心與樁位中心的偏差不能超過50mm，護筒應與地面成90°，周圍需要用黏土回填并夯實。完成擴孔工作后，還需要拆除擴孔器，再進行成孔施工。

4.3 施工后的質(zhì)量控制

質(zhì)量檢驗可以檢查成樁后的承載力是否滿足設計要求。用鉆芯法、動測法、聲波透射法、射線法和靜載試驗等方法檢驗樁的結(jié)構(gòu)完整性和承載力。與其他方法相比，靜態(tài)加載法更直觀，得到的數(shù)據(jù)也更有說服力。而動態(tài)測量方法可以利用聲波速度來測量樁體的完整性和樁長，測量結(jié)果的誤差通常為±3000mm。

5 結(jié)語

隨著建設項目覆蓋范圍逐漸擴大，越來越多的人開始重視開發(fā)地下空間。隨著工程建設與改造的不斷深入和建設項目的復雜程度不斷增加，基坑工程也呈現(xiàn)逐年增多的趨勢。尤其在軟土地層施工中，由于地類地層的土體剪切強度較小、滲透系數(shù)較小、含水率高和壓縮系數(shù)較大，導致軟土所在地的建設工程難度變大。我國屬于沿海國家，在沿海、長江、湖泊、河流等地區(qū)，有大量淤泥質(zhì)軟土地層。隨著城市用地日益緊缺，施工方對淤泥質(zhì)地層的地下空間進行大量開發(fā)與利用。由于淤泥質(zhì)地層的周邊環(huán)境十分復雜，因此，施工中的安全問題就顯得尤為重要。

針對此問題，該文進行研究，希望為淤泥質(zhì)地質(zhì)環(huán)境或特殊地質(zhì)環(huán)境的樁基施工積累經(jīng)驗。