高海拔地區體育場館建設工程中的綜合地基處理技術

商志輝 駱發江 李 鵬 周 林 王 震 曾 進 張巖濤

中建三局集團有限公司西北分公司 陜西 西安 710065

1 工程概況

青海省海東體育中心建設項目體育場±0 m相當于絕對高程2 005.45 m，體育館±0 m相當于絕對高程2 002.95 m。由于場坪地勢高低起伏，場地內高差達12 m，土方工程量大、工期緊迫、費用高，場區內回填土范圍大。經建設單位、設計單位、監理單位組織相關專家論證分析后，確定體育場地基處理采用素土加強夯處理技術。

在施工體育館樁基時，孔隙塌陷現象較嚴重，原設計采用干作業成孔方式，因卵石層夾層分布較多，且地下5 m位置水位涌現，地下水帶動夾層內流砂導致連續性坍孔，致使鉆機成孔至5 m位置時無法完整成孔。根據探孔揭露，現場地層巖性自上而下分別為①2層雜填土、②層黃土狀土、③層飽和黃土、④層卵石層、⑤層泥巖。其中③層飽和黃土層中含有夾層，實際施工時發現有不均勻的卵石層分布于該層，且級配不良，為10～40 cm的粉土薄夾層及礫石薄夾層，經專家研究討論后，試樁采用全護筒鉆孔灌注樁施工工藝，原施工方案增加φ1 000 mm×12 mm×7 000 mm護筒，先成孔（鉆進至②層黃土狀土層），后下護筒，然后持續鉆進至設計地層標高，因地下水攜帶大量泥砂（撈渣時取不出來）涌入鋼筋籠與護筒內，灌注混凝土后，在拔出護筒時，鋼筋籠同時拔出，此方案不可行。再次經專家論證后，采用全鋼護筒配合旋挖鉆機成孔，采用先灌注混凝土、后插鋼筋籠工藝進行施工。

實際施工時地下水靜止水位埋深為－2.0 m，穩定水位埋深為－9.4 m，穩定水位埋深平均值為5.62 m，地下水儲藏較為豐富。體育館基礎采用干作業鉆孔擴底樁，樁徑為800 mm，擴底1 400 mm。選用④層卵石作為樁端持力層，樁端進入④層卵石≥1.2 m，且應同時滿足樁長＞6 m。

2 施工重、難點分析

2.1 強夯法地基處理施工重難點

1）對場地方位內的地下障礙物、管線埋設及場地周邊建筑物情況進行詳細調查，當有礙施工或可能引起不利影響時，須采取相應保護。

2）施工區域應布控水準高程點，并加以保護，測出施工面的實際高程后，方能進行強夯施工。

3）坑底傾斜而造成夯錘歪斜時，應及時將坑底整平，確保夯擊效果。

4）強夯法地基施工時，極易出現地面隆起及翻漿。在出現翻漿的飽和黏性土上，宜在夯點下鋪填碎石墊層，以保證孔隙水壓的消散，可分層鋪填，及時調整夯點間距、落距、夯擊數等，使之不出現地面隆起和翻漿。必須雨期施工時，現場應挖排水溝，設集水井，地面不得有積水，減少夯擊數，增加孔隙水的消散時間。

2.2 樁基后插鋼筋籠施工重難點

1）鋼筋籠插入時應控制其垂直度，并使鋼筋籠到達設計標高。

2）下籠過程中應首先利用鋼筋籠自重壓入，壓至無法壓入時再啟動振動錘，減少由振動錘振沖導致的鋼筋籠移位。

3）鋼筋籠下插至設計位置后關閉振動錘，用吊車把各振動錘提出孔外，提出過程中為保證混凝土密實性，每提3 m開啟振動錘一次。

3 主要施工技術

3.1 高海拔地區體育場強夯地基處理技術

經建設單位和設計院確認后，設計單位出具了海東市體育中心項目地基強夯處理措施。其中，建筑基礎部分強夯后的地基承載力不小于120 kPa；道路及廣場、球場等建（構）筑物處的回填土采用厚15 cm灰土墊層（壓實系數0.95）；綠化處的回填土采用素土夯實（強夯后，壓實系數不小于0.8）；其余部位素土夯實（強夯后，壓實系數不小于0.9）。

強夯地基處理時，首先將場區內清表，清除①1層耕土。然后對原場地進行第1遍強夯，使①2層雜填土加固及消除②層黃土狀土的濕陷性，第1遍強夯后回填素土至設計高程上1 m，第2遍強夯至設計高程。

第1遍強夯先按4 m×4 m×4 m梅花點布置進行點夯，夯擊6～8遍，達到規定下沉量，點夯完成后，再進行低錘滿拍；第2遍夯擊重復第1遍夯擊工序。

強夯施工采用帶有自動脫鉤裝置的50 t履帶式強夯機，為防止落錘時機架傾覆，在臂桿端部設置緩沖架，脫鉤裝置應開啟靈活，起吊時夯錘不歪斜，設備組裝后應檢查落距控制系統。本工程單擊夯擊能3 000 kN·m，2種擬采用的夯錘質量為15～20 t，夯錘直徑為2.50 m，高1.07 m，為利于夯錘著地時坑底空氣排出和起錘時減小坑底的吸力，提高夯擊效果，在錘上對稱設計4個排氣孔，夯擊遍數為2遍夯完。夯擊次數以最后兩擊平均夯沉量不大于5 cm進行控制[1-4]。

因體育中心項目場地內有未拆遷的民房、配電室及其他建（構）筑物，為保護該部分建（構）筑物，避免引起民事糾紛，強夯范圍內距民房、配電室及其他建（構）筑物周圍5 m內挖2道強夯減振溝，減振溝深4 m、寬1.5 m，同時在周邊設置振動監測點，觀測振動效果，開挖底部四周設置集水坑，防止基坑積水。

3.2 體育館樁基后插鋼筋籠施工技術

首先，將鉆機鉆進至②層黃土狀土層，之后采用φ1 000 mm×12 mm×7 000 mm的鋼護筒進行配合作業。護筒跟進深度與樁身一致，放置混凝土導管，灌注混凝土，待混凝土澆筑后拔出；其次，把制作好的鋼筋籠套入振搗器，用吊車同時吊起振搗器和鋼筋籠，利用自重使鋼筋籠插入混凝土，當不能下落時，開啟振搗器，用振搗器把鋼筋籠送到設計的深度后立即停止振搗，以此來保證樁基施工的正常進行。

3.2.1 造孔技術要點

1）預鉆進。預鉆進是在保證不坍孔情況下的開孔鉆進過程。依據體育場場地地質條件，預鉆進深度以7 m為宜，從而達到減小下設護筒時樁周土對護筒的阻力，增加護筒下設深度的目的。

2）下護筒。下護筒的目的是擋土并保證孔壁周圍土層的穩定、防止地下水滲入樁孔。本工程中每臺鉆機搭配2套φ1 000 mm×12 mm×7 000 mm的鋼護筒。

3）鉆進①2層回填土、②層黃狀土及③1層卵石。選用旋挖斗在卵礫石層中鉆進，保證鉆進取土效率，同時還要保證及時跟進護筒埋設。

4）鉆進③層飽和黃土、④層卵石。鉆具在普通巖層鉆進時應選用錐型短螺旋＋旋挖斗（合金斗齒＋錐型導向斗齒），對于超過70 MPa硬度巖石的，應選用筒鉆＋旋挖斗（合金斗齒＋錐型導向斗齒）。

5）涌水。本工程地質條件中卵礫層以下地下水豐富，故在鉆孔過程中應及時跟進護筒，保證地下水被封堵于孔外，達到入巖后作業環境要求。

6）取渣。提取鉆桿，將擴孔器更換為鉆孔器進行撈渣，直至卵石撈盡。

7）驗孔。在監理工程師的見證下檢驗孔深、孔徑、坍孔及清渣情況，驗收合格后方可進行下一道工序施工。

8）灌注混凝土。預拌混凝土強度等級為C35S8，坍落度為180～220 mm，導管底部距孔底300～500 mm，導管首次埋入混凝土灌注面以下不得少于1 m，在灌注過程中，導管埋入混凝土深度宜為3 m。灌注混凝土應連續施工，并應控制提、拔管速度，嚴禁將導管提出混凝土灌注面，樁頂混凝土必須振插密實。

3.2.2 后插籠施工

1）清理樁孔，如果樁口部位有落入的泥土、雜物須先清理干凈。把制作好的鋼筋籠套入振搗器，用鉆機自帶的吊鉤同時吊起振搗器和鋼筋籠。振動器壓住振動導管頂部并固定牢固，振動導管壓住后插鋼筋籠底部，頂部與鋼筋籠頂平齊，邊壓邊振動，使導管與鋼筋籠一起沉入混凝土至設計籠頂標高，然后將振動導管拔出。此工序要間歇振搗，需用水準儀觀測振搗器鋼管上預先做好的標記，防止鋼筋籠插放過深或不到位。

2）邊振動邊插入鋼筋籠，利用附帶導管振沖鋼筋籠底，不得直接振壓鋼筋籠頂部，防止鋼筋籠發生移位變形。邊振動邊沉入鋼筋籠時，鋼筋籠配筋的方向應提前預排布，保證鋼筋籠在沉入過程中不旋扭。

3）鋼筋籠底部縮徑形成錐形，錐形底部直徑應小于振動導管，保證底部鋼筋籠有足夠的振動力，底部鋼筋焊接應牢固（圖1）。

圖1 吊運鋼筋籠

4）鋼筋籠起吊時，應保證3個吊點，在空中逐步豎立，保證鋼筋籠不彎曲扭轉。為防止鋼筋籠自由下沉，對沉入到位的鋼筋籠應做好定位固定措施。

4 施工效果

1）運用強夯地基處理關鍵技術，成功解決了海東體育中心地形高差大的問題，使原土層①2層雜填土得到加固，原土層經過處理后消除了②層黃土狀土的濕陷性，提高了地基的承載力、壓縮模量。同時，節約了體育場基礎處理施工工期，降低施工費用。

2）傳統地基處理的經驗做法為灰土換填，根據海東地區的土質特性，通過總結優化強夯地基處理技術，不僅解決了濕陷性原黃土層承載力不足的問題，而且避免了素土回填沉陷風險，從而保證了地基承載力的要求，取得了良好的實施效果。

3）創新運用體育館樁基后插鋼筋籠施工技術，即先將混凝土灌注到設計標高后，再借助專用的振動設備將鋼筋籠插入混凝土至設計標高，形成鋼筋混凝土灌注樁，有效解決了高海拔地區復雜土層鉆孔灌注樁坍孔、頸縮等技術難題，保障了施工質量，贏得了建設單位的好評。

4）樁基混凝土到達齡期后，委托第三方試驗室進行了樁身完整性檢測和靜載試驗，檢驗結果符合設計圖紙要求，由泥漿護壁變更為鋼護筒成樁，減少污染，取得了較好的環境效益和經濟效益。

5 結語

高海拔地區體育場建設綜合地基處理技術在海東體育中心項目的成功應用，有效地解決了海東體育中心項目地基處理時間長、費用高的問題，建設單位委托第三方檢測單位進行了樁身完整性檢測和靜載試驗，結果均符合設計要求，經濟效益顯著，工期、質量亦滿足要求，獲得建設、監理單位的一致好評。