東南沿海地區強流塑地質下的樁基及基坑施工技術

孫昭

（上海建工五建集團有限公司，上海200063）

1 引言

隨著一、二線城市的快速發展，不斷帶動周邊城市及農村地區大力發展基礎建設。而沿海城市利用其得天獨厚的海港優勢，更是日新月異，譬如長三角、珠三角、渤海灣、東南沿海等地區發展尤為迅猛。

在沿海地區，表層土質常見為堆積雜土、淤積質土，多用于農業耕地。就淤積質土來說其特性表現為流塑狀、承載力弱、工程性能差，屬軟弱土層，不可作為建筑持力層等特性。本文將通過對背景工程中樁基及基坑相關施工的研究，闡述在惡劣地質條件下施工，以及如何保證施工安全及合理性，其中包括在該地質條件下樁基施工、地基處理和基坑圍護等。

2 工程概況

項目位于莆田市涵江區，北側為交通主干道，東側為河流，西側、南側均為規劃道路。場地原貌主要為農田、果林及部分民居。本場地屬濱海平原地貌單元，場地地勢較為平坦開闊，本場地東北角緊鄰都邠村居民房屋，北側為綠化林地，西面與南面為農田，西南側緊鄰一工廠。總建筑面積為139 825.79m2，基坑面積約為50 000m2，地上2 棟住院樓高14 層，其余建筑1～5 層，帶地下1 層地下室。

本項目基礎形式為樁基礎，基坑長約278m，寬268m，地面自然標高約4.40m，基坑開挖深度約3.60m。采用放坡開挖，坡面采用噴射混凝土+錨管支護，下部采用木樁支護型式。

樁基施工選用管樁PHC-500-AB-100 型，采用靜壓壓樁法施工。管樁樁端置入第7 層砂土狀強風化花崗巖層中且不小于1 000mm，樁端阻力極限承載力標準值為8 000kPa。樁基施工根據貫入度控制為主，標高輔助控制。管樁根據工程需要分為單節抗拔樁、非單節抗拔樁及非單節抗壓樁，總數約4 000 根。

根據地勘報告顯示，場地上覆第四系堆積、淤積層，下伏燕山晚期花崗巖風化層。深度范圍內其巖土層可分為10 土層。其中開挖深度范圍內主要為雜填土及淤泥。

詳細對照地勘報告及現場情況進行對比，發現勘察內容與現場情況有較大出入，場地內除2 條水泥路外，其余均為耕地及農田，且淤泥深度幾乎達到挖深深度。

3 施工難點分析

本工程基坑特點：面積大，地質條件惡劣、天氣環境影響大、土方開挖量大、圍護設計保險系數低。

1）項目基坑面積約50 000m2，雖只有地下1 層結構，但涉及區域廣，土質不佳，樁機行走困難，擠土效應明顯，施工難度大。

2）在項目部自行勘察階段，發現大部分區域淤泥層深度達到甚至超過挖土深度，與勘察報告出入較大。

3）項目所在地區屬海洋性亞熱帶季風氣候，年平均氣溫為19.6℃，雨量充沛，平均濕度77%，年均降水量1 400mm 左右，5～8 月常有雷陣雨和臺風，7～9 月為臺風季節。在土方開挖階段對進度影響極大。

4）項目平均挖深3.6m，即出土量達到180 000m3，如此大的出土量，需避開雨季才能順利開挖。

5）圍護設計采用放坡開挖，坡面采用噴射混凝土+錨管支護，下部采用木樁支護型式。根據項目實際情況并結合多年施工經驗，該種圍護設計存在較大風險。

4 樁基施工

4.1 考慮地質條件，對樁機的選型

管樁施工優先選擇靜壓，而靜壓樁機的質量大大超過錘擊樁機，以原有場地情況，樁機極易發生陷機甚至傾覆，從而造成安全事故，致使無法進行沉樁作業。而錘擊樁機的質量相對較輕，但在施工過程中易發生質量問題，無法保證Ⅰ類樁數量，且出現Ⅲ、Ⅳ類樁概率較高，對工程質量造成影響。

項目部綜合各因素考慮，決定使用靜壓樁機進行施工。樁機根據設計要求的壓樁力進行選型。最終選擇的沉樁機型為ZYJ-800B，機型尺寸12m×6.1m×3.5m，縱向行程3m，橫向行程0.6m，最大壓樁力8 000kN。樁機凈重190t，最多可加配重260t，共計450t。施工中根據管樁長短，選擇增減配重。

4.2 樁的連接方式

初步結合地勘報告并做現場勘查后，施工場地條件對樁基施工影響巨大。尤其是第二層淤泥質土，其含水率指標超高，呈流塑狀。根據液性指數IL 特性，當0.75＜IL≤1.0 時，為軟塑狀態；當IL＞1.0 時，為流塑狀態。本工程液性指數最大值達2.67，超流塑指標2 倍多，呈強流塑狀性。

根據淤泥質土特性，其透水性較差，富水性總體較差，表現為相對隔水層；地勘報告中還顯示場地內地下水對混凝土結構具微腐蝕性，對鋼筋混凝土結構中的鋼筋具中等腐蝕性。

原設計采用傳統焊接連接，焊接連接需依靠人工焊接，焊接好壞直接影響成樁質量，并無其他措施予以補救。討論后認為，該工藝恐未能滿足抗滲抗腐要求。為保證施工質量，項目部建議管樁施工采用機械連接方式。

在樁頭預先安裝法蘭盤，管樁一頭為帶孔法蘭，另一頭為帶槽法蘭。法蘭盤上均勻分布鎖孔或嚙齒插口，2 節樁的連接通過連接螺母連接。連接螺母一頭為圓形帶有螺紋，另一頭為方形帶有嚙齒。施工前先將連接螺母圓形端口部位螺紋擰入上部法蘭鎖孔內，接樁時連接螺母對準下節樁的嚙齒插口插入。嚙齒插口內設連接盒，連接盒由連接塊、壓力彈簧組成，壓力彈簧與連接塊之間的空隙內涂滿瀝青涂料，使2 塊法蘭盤緊密連接，實現管樁的快速連接，同時不會在接樁處出現松動、進水等現象。使用管樁機械連接相較焊接連接有以下幾點好處。

1）接樁穩定，不易偏差。通過螺母與法蘭之間的固定，銜接上下節樁，限制接樁時管樁間的位移，保證管樁對接順直。

2）對于有弱腐蝕、中等腐蝕性環境，在法蘭及連接槽盒內注滿瀝青膠泥，有利于管樁的抗腐蝕性，同時在接樁部位涂刷環氧樹脂涂料作為阻銹劑，防止管樁內的金屬成分受到腐蝕，可大大保證使用壽命。

3）復雜環境下可減少Ⅲ、Ⅳ類樁的發生。當在淤泥質土層較厚、土層分布不均勻、地下障礙物無法探明等復雜環境的情況下，在壓樁過程中管樁受力不均勻，易發生偏斜、斷樁等情況，皆因接樁部位的焊接為剛性連接，偏斜后矯正不易，而機械連接存在一定柔性，可及時糾正偏斜情況。

為保證每根管樁可達到正常使用功能，接樁完成后，必須在接縫處施焊，保證管樁連接的質量。拼接處破口槽的電焊部分應進行對稱環縫焊接，并采取措施減少焊接變形，破口槽的電焊必須滿焊，電焊厚度宜高出坡口1mm，焊縫不宜夾渣、氣孔等缺陷，需滿足GB 50305—2001《鋼結構工程施工及驗收規范》二級焊縫的要求【1】。

4.3 地基加固

場地原地貌為耕地及農田，其下為淤泥質土，承載力極弱，需對地基進行加固后方可施工。在進行計算后擬將施工場地墊高1 200mm 做加固處理。施工范圍以地下室邊線外擴5m為加固區域，現有場地上填400mm 厚黃土+800mm 厚50～200mm 碎石。但因莆田地區多雨水，回填土淋雨后無法承受樁機自重，經常陷機。繼續回填600mm 厚紅土+碎石，加固效果仍不理想。

考慮到淤泥有觸變的特性，樁機行走到加固區域中，淤泥即將加固物包裹住，下層淤泥向上涌起，從而失去加固作用。研究淤泥特性后，聯想到與其有相似性質的黃沙，從成本角度考慮，使用海沙作為加固材料。項目部先試加固一小塊，效果明顯。

試驗區回填數量約為1 140m3（28.5m3/車×40 車），回填高度約1.5m（回填區域約為8m×100m）。半日（10:00～11:30；2:00～4:00）共施工10 套，均為雙節樁。施工速度遠超未做處理地面，該區域為嘗試施工，效果理想，若排除其他客觀因素影響，樁基每日可正常施工20～30 套。

海沙作為加固材料在回填過程中無須全場地回填，可根據現場當天施工需要將海沙推移至施工區域，待沉樁作業完畢后，將海沙推移至下一施工區域，且樁基全部施工完畢后，海沙還能用于部分區域的回填（見圖1）。

圖1 回填海沙后樁基可正常行走作業

4.4 樁基作業

預制管樁施工中，一個十分重要的問題就是“擠土效應”。“擠土效應”對已建建筑物、道路、河流護岸及地下管線等的影響，應合理安排施工順序【2】。

現場樁基施工按原道路中水泥路分割為4 個區域。考慮到場地條件先從1 區、2 區施工，4 區內樁基施工前有高壓塔未移除，無法施工。而人防區域位于2 區內，必須優先施工（見圖2）。

圖2 樁基行走路線圖

1 區自水泥路中心自下而上S 形作業；2 區自水泥路東側自左向右S 形作業；1 區先行施工，2 區較1 區晚1 周施工，4區、3 區因場地內有障礙物，故延緩施工。最終施工順序為4區沿水泥路南北向自北向南S 形作業；3 區自水泥路中心由東向西S 形作業；3 區最后施工，開始時間較4 區晚1 周。

5 圍護施工

項目原設計采用1∶2.5 放坡+錨桿+樹根樁圍護形式。根據多年施工經驗并結合施工工期、場地地質情況及莆田地區氣候環境等多種因素，認為原設計方案存在一定風險。

1）基坑內淤泥層較厚，且呈強流塑性，錨桿及樹根樁無法與土層很好地結合在一起。

2）強流塑性的淤泥中含水量極高，采用井點降水等方法降水效果不佳，僅能使用排水+集水井的方式排水。

3）施工地區當年多次遭受災害性雨洪，項目工期一再被天氣因素耽誤，致使原基坑圍護方案安全系數大大降低。

項目在試驗段進行試驗中，出現圍護段坍塌，從監測報告中顯示，圍護段僅施工2d 后即報警，第6d出現破壞，項目隨即停止施工。

在與設計單位商討后，將支護方案改為拉森鋼板樁圍護施工。該方法施工速度快，且后期回填土方區域較放坡開挖回填少。

5.1 拉森鋼板樁施工流程

為配合挖土方案，加快施工進度，減少工作時間，擬定工作施工流程為：從基坑南側出發，開始分別從東西方向往北推進，最終將基坑全部包圍。

5.2 實施效果

鋼板樁全面施工周期為1 個月，相比放坡開挖工期大大縮短，也為后期土方開挖、地下室施工創造有利條件（見圖3）。

圖3 鋼板樁施工

變更后的圍護方式，不但在工期上得到縮減，而且整個基坑的變形量也在合理的區間內，確保了基坑安全。

6 結語

隨著城市化進程不斷推進，越來越多的地區得到開發，我國東南地區擁有各種復雜地形，做好開發前的勘探工作尤其重要。根據地區特性，增大基坑保險系數，確保基坑安全，即降低風險，也減少響應投入。

項目部將在施工中積累的豐富經驗，運用到實際工程中，保證施工的質量安全，回報業主的信任。