錢 宏 潘 峰 劉 健

上海建工五建集團(tuán)有限公司 上海 200063

我國沿海地區(qū)的表層土質(zhì)常見為堆積雜土、淤積質(zhì)土，特別是淤泥質(zhì)土，其特性表現(xiàn)為強(qiáng)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。因此，強(qiáng)流塑地質(zhì)條件下的樁基及基坑施工，將對(duì)施工質(zhì)量和安全起到?jīng)Q定性作用[1-5]。本文以福建莆田涵江醫(yī)院新院址建設(shè)項(xiàng)目為背景工程，研究和實(shí)踐強(qiáng)流塑地質(zhì)條件下的樁基及基坑施工技術(shù)。

1 工程概況

1.1 建筑結(jié)構(gòu)概況

福建莆田涵江醫(yī)院項(xiàng)目位于莆田市涵江區(qū)新涵水都片區(qū)，北側(cè)為交通主干道，東側(cè)為河流，西側(cè)、南側(cè)均為規(guī)劃道路。由門診樓、門急診綜合樓、醫(yī)技樓、住院樓及鍋爐房等附屬設(shè)備用房組成，帶1層地下室。其中，住院A、B樓14層，其余建筑為1～5層。總建筑面積為139 825.79 m2。

本工程地下室建筑面積為37 376.17 m2，基坑周長約1 200 m，基坑開挖深度3.8～3.9 m。場(chǎng)地內(nèi)面層為耕地，第2層土質(zhì)為淤泥質(zhì)土，流塑性大?；用娣e大，且地質(zhì)條件惡劣，對(duì)樁基、土方開挖施工影響極大。結(jié)合場(chǎng)地條件，基坑采用放坡+錨桿+樹根樁的支護(hù)結(jié)構(gòu)形式。

1.2 地質(zhì)條件概況

本工程場(chǎng)地位于新華夏構(gòu)造體系第二隆起帶東南緣，處于長樂至南澳北東向斷裂帶和仙游至漳平東西向活動(dòng)構(gòu)造帶復(fù)合部。根據(jù)區(qū)域地質(zhì)資料，場(chǎng)地內(nèi)無活動(dòng)斷層通過，區(qū)域地質(zhì)相對(duì)穩(wěn)定。場(chǎng)地上覆第四系堆積、淤積層，下覆燕山晚期花崗巖風(fēng)化層。在鉆孔深度范圍內(nèi)其巖土層可分為10個(gè)主層，主要為①雜填土（流塑）、②淤泥（流塑）、③粉質(zhì)黏土（可塑）、④中砂（可塑）等。

1.3 主要難特點(diǎn)

1）強(qiáng)流塑地質(zhì)的灌注樁施工難度大。對(duì)照地勘報(bào)告對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行勘察，發(fā)現(xiàn)地勘報(bào)告內(nèi)容與現(xiàn)場(chǎng)情況有較大出入，場(chǎng)地內(nèi)除2條水泥路外，其余均為耕地及農(nóng)田，且淤泥深度幾乎達(dá)到挖深深度。在前期策劃及試樁過程中，設(shè)計(jì)方原采用鉆孔灌注樁作為工程樁，在強(qiáng)流塑地質(zhì)場(chǎng)地條件下，現(xiàn)場(chǎng)施工進(jìn)度、質(zhì)量甚至安全都難以有效控制。

2）觸變性淤泥質(zhì)土加固處理成本高?，F(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)地為耕地及淤泥質(zhì)土（圖1），幾乎無法承受任何機(jī)具荷載，如要在場(chǎng)地內(nèi)進(jìn)行沉樁作業(yè)，就必須先對(duì)場(chǎng)地進(jìn)行加固處理。而淤泥質(zhì)土呈現(xiàn)的觸變性則使得加固材料及加固厚度將大大超過一般的加固方案，加固費(fèi)用高昂。

圖1 施工前場(chǎng)地環(huán)境

3）原基坑圍護(hù)設(shè)計(jì)方案施工風(fēng)險(xiǎn)高。設(shè)計(jì)原采用放坡+錨桿+樹根樁的圍護(hù)形式，放坡面采用掛網(wǎng)噴射混凝土，鋼筋網(wǎng)φ6 mm@250 mm×250 mm，支護(hù)錨桿采用長度6 m的φ48 mm@2 500 mm錨桿。在淤泥質(zhì)土中，以該種支護(hù)形式進(jìn)行圍護(hù)設(shè)計(jì)，再加上莆田地區(qū)多雨水、多臺(tái)風(fēng)等不利氣候因素，在施工過程中存在一定風(fēng)險(xiǎn)，易發(fā)生邊坡坍塌等事故。

2 樁基選型與管樁新型連接技術(shù)

2.1 樁基方案選擇與優(yōu)化

原樁基方案采用的鉆孔灌注樁盡管具有可形成大直徑樁、能調(diào)節(jié)樁長控制受力性能、場(chǎng)地適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn)，但是根據(jù)本項(xiàng)目地勘報(bào)告及現(xiàn)場(chǎng)勘察實(shí)際情況，強(qiáng)流塑地質(zhì)將對(duì)鉆孔灌注樁的工藝、成樁周期、成孔質(zhì)量等造成較大的不利影響，初步?jīng)Q定改用PHC預(yù)制管樁進(jìn)行樁基作業(yè)。主要原因分析如下：

1）本工程場(chǎng)地的地基土以填土、淤泥、粉質(zhì)黏土及中砂、殘積砂質(zhì)黏性土為主，而淤泥層厚度幾乎達(dá)到挖深深度，在施工過程中易發(fā)生坍孔，直接影響成樁質(zhì)量。

2）從莆田地區(qū)天氣環(huán)境來看，全年雨水偏多，預(yù)制管樁受天氣影響較鉆孔灌注樁小很多，且工期優(yōu)勢(shì)明顯。

3）鉆孔灌注樁雖單樁承載力大，基坑成樁總數(shù)較預(yù)制管樁總數(shù)小，但造價(jià)卻比預(yù)制管樁貴10%～20%，采用預(yù)制管樁將大大降低樁基成本。

經(jīng)對(duì)管樁方案重新做綜合分析研究后，確定采用PHC預(yù)制管樁作為樁基礎(chǔ)，其承載力可達(dá)到設(shè)計(jì)要求，管樁選用PHC-500-AB-100。但應(yīng)重點(diǎn)考慮管樁施工的擠土效應(yīng)及地下水對(duì)管樁的腐蝕，施工中需保證成樁質(zhì)量。

2.2 樁機(jī)選型與施工路線優(yōu)化

綜合考慮各因素，決定使用靜壓樁機(jī)進(jìn)行施工。樁機(jī)將根據(jù)設(shè)計(jì)要求的壓樁力進(jìn)行選型。最終選擇的沉樁機(jī)型為ZYJ-800B，機(jī)型尺寸12.0 m×6.1 m×3.5 m，縱向行程3.0 m，橫向行程0.6 m，最大壓樁力8 000 kN。樁機(jī)凈重190 t，最多可加配重260 t，共計(jì)450 t。施工中根據(jù)管樁長短，可選擇增減配重。

樁基施工路線方案為：1區(qū)自水泥路中心自下而上S形作業(yè)；2區(qū)自水泥路東側(cè)自左向右S形作業(yè)；1區(qū)先行施工，2區(qū)較1區(qū)晚1周施工；4區(qū)、3區(qū)因場(chǎng)地內(nèi)有障礙物，故延緩施工。最終施工順序?yàn)椋?區(qū)沿水泥路自北向南S形作業(yè)；3區(qū)自水泥路中心由東向西S形作業(yè)；3區(qū)最后施工，開始時(shí)間較4區(qū)晚1周（圖2）。

2.3 管樁機(jī)械連接技術(shù)

根據(jù)本工程地勘報(bào)告，場(chǎng)地內(nèi)地下水及以上地基土對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)具微腐蝕性，對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋具中等腐蝕性。而原設(shè)計(jì)采用傳統(tǒng)焊接連接，需依靠人工焊接，焊接質(zhì)量的好壞直接影響成樁質(zhì)量，并無其他措施予以補(bǔ)救。因此，本工程采用新型機(jī)械連接方式，以保證管樁質(zhì)量。

本工程采用的機(jī)械連接接頭的預(yù)埋件包括2種形式。在接樁前，將帶有鋸齒形的圓頭連接銷的預(yù)埋件埋入上節(jié)管樁的樁端面且朝下，藏有鋼銷板和壓力彈簧的連接槽埋入下節(jié)管樁的樁端面且朝上。

接駁前，先檢查預(yù)埋件的方向，確認(rèn)正確無誤后再開始打樁。管樁接駁時(shí)，首先將樁端的預(yù)埋件表面和端頭板上各連接槽內(nèi)填塞的雜物清理干凈，然后將連接銷的圓頭部分涂上瀝青漆，接著用扳手把各根連接銷旋入待接樁上，使連接銷外露一定的高度且外露部分高度一致。

此時(shí)將待接樁吊起，在連接槽內(nèi)灌入適量的瀝青膠泥，把樁端的各連接銷對(duì)準(zhǔn)下節(jié)管樁的連接槽后插入上節(jié)管樁，從而使連接槽內(nèi)的空隙被瀝青膠泥溢滿，這樣就完成了2節(jié)管樁的連接。與傳統(tǒng)焊接接頭相比，該技術(shù)具有如下優(yōu)點(diǎn)：

1）接樁快速。以每個(gè)接頭的施工時(shí)間計(jì)算，采用焊接時(shí)，每完成一個(gè)接頭的焊接時(shí)間加上規(guī)范要求的冷卻時(shí)間約需30 min，而采用該接頭技術(shù)則僅需0.5～2.0 min，接樁速度大大提高，施工工期可大為縮短。

2）可排除人為因素和天氣條件的影響。嚙合式機(jī)械連接接頭操作簡(jiǎn)單容易，對(duì)操作工人的技術(shù)水平也沒有特殊的要求，一般經(jīng)過觀察實(shí)踐即能操作，且容易做到質(zhì)量合格。

3）錘擊施工時(shí)爛樁數(shù)量少。當(dāng)巖土以上覆蓋較厚淤泥或軟土層時(shí)，樁頂受多陣錘擊，此時(shí)樁頂受到的基巖反力是不對(duì)稱、不均勻的，易產(chǎn)生偏心彎矩，且此彎矩隨錘擊加大而增加。由于焊接接頭是硬性的，而機(jī)械快速接頭是帶有彈性的，所以機(jī)械連接接頭在錘擊時(shí)有彈性緩沖作用，爛樁數(shù)量會(huì)減少。

主要施工流程為：在樁頭預(yù)先安裝法蘭盤，管樁一頭為帶孔法蘭，一頭為帶槽法蘭。法蘭盤上均勻分布鎖孔或嚙齒插口，2節(jié)樁通過連接螺母連接。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(nèi)，接樁時(shí)連接螺母對(duì)準(zhǔn)下節(jié)樁的嚙齒插口插入。嚙齒插口內(nèi)設(shè)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(nèi)涂滿瀝青涂料，使2塊法蘭盤緊密連接，實(shí)現(xiàn)管樁的快速連接（圖3、圖4）。

圖2 現(xiàn)場(chǎng)樁機(jī)施工路線

圖3 連接銷與法蘭盤連接示意

圖4 管樁連接施工

3 觸變性淤泥質(zhì)土的簡(jiǎn)易化處理技術(shù)

本工程場(chǎng)地原地貌為耕地及農(nóng)田，其下為淤泥質(zhì)土，承載極弱，需對(duì)地基進(jìn)行加固處理后，方可施工。而淤泥質(zhì)土呈現(xiàn)的觸變性將使加固材料及加固厚度遠(yuǎn)超通常加固方案。

因此，從實(shí)際工程進(jìn)度和成本角度考慮，在場(chǎng)地內(nèi)選取指定區(qū)域采用2種方案分別進(jìn)行了3次回填加固處理試驗(yàn)。2種處理方案分別是黃土碎石回填處理技術(shù)和海沙回填處理技術(shù)。

總體而言，黃土與碎石組合回填土淋雨后無法承受樁機(jī)自重，加固效果不理想；而海沙回填處理區(qū)域，樁機(jī)施工均順利完成施工。經(jīng)實(shí)際場(chǎng)內(nèi)試驗(yàn)后，將海沙作為加固材料在回填過程中使用，且無需全場(chǎng)地回填，可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)當(dāng)天施工需要將海沙推移至施工區(qū)域，待沉樁作業(yè)完畢后，再將海沙推移至下一施工區(qū)域，這樣大大節(jié)省了加固費(fèi)用，且樁基全部施工完畢后，海沙還能用于部分區(qū)域的回填。經(jīng)實(shí)際試驗(yàn)分析對(duì)比，海沙回填處理技術(shù)對(duì)觸變性淤泥質(zhì)土具有良好的加固處理效果（圖5）。

圖5 黃土碎石回填與海沙回填處理現(xiàn)場(chǎng)

4 基坑圍護(hù)方案優(yōu)化與施工

4.1 基坑圍護(hù)設(shè)計(jì)方案優(yōu)化

本工程原圍護(hù)設(shè)計(jì)方案采用1∶2.5放坡+錨桿+樹根樁圍護(hù)形式。綜合施工工期、場(chǎng)地地質(zhì)情況及莆田地區(qū)氣候環(huán)境等多種因素，建議采用SMW工法樁進(jìn)行土體加固或采用拉森鋼板樁進(jìn)行圍護(hù)施工，并采用GEO-5結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析軟件對(duì)2種圍護(hù)結(jié)構(gòu)的相應(yīng)基坑截面強(qiáng)度、基坑內(nèi)力、基坑土壓力、基坑位移+土壓力等進(jìn)行了驗(yàn)算復(fù)核。

經(jīng)計(jì)算，原設(shè)計(jì)放坡+錨桿+樹根樁圍護(hù)方案在使用畢肖普法核算時(shí)，邊坡穩(wěn)定性安全系數(shù)為1.30＜1.35，未通過驗(yàn)算，因此采用原圍護(hù)設(shè)計(jì)方案存在安全風(fēng)險(xiǎn)；而采用鋼板樁支護(hù)的形式，用基坑結(jié)構(gòu)模型軟件進(jìn)行復(fù)核后，在基坑截面強(qiáng)度、基坑內(nèi)力、基坑土壓力、基坑位移+土壓力等方面均滿足規(guī)范要求。

4.2 鋼板樁基坑圍護(hù)及土方施工

項(xiàng)目施工中選用了具有施工進(jìn)度快、占地面積小、環(huán)保性突出、安全性能好等優(yōu)勢(shì)的靜壓力植樁機(jī)作為施工機(jī)具，采用SP-Ⅳ型拉森樁作為圍護(hù)結(jié)構(gòu)。

鋼板樁全面施工周期為1個(gè)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(chuàng)造了有利條件。使用鋼板樁圍護(hù)，選取個(gè)別監(jiān)測(cè)點(diǎn)做基坑變形分析，均滿足要求。

5 結(jié)語

本文以福建莆田涵江醫(yī)院為背景工程，分析研究了莆田涵江區(qū)強(qiáng)流塑地質(zhì)條件下的樁基及基坑施工特點(diǎn)，通過對(duì)樁基選型與管樁新型連接方式、觸變性淤泥質(zhì)土簡(jiǎn)易化處理技術(shù)、基坑圍護(hù)方案優(yōu)化與施工等關(guān)鍵技術(shù)的研究，不僅解決了施工技術(shù)難題，而且大大降低了成本，縮短了工期，保證了安全。

本工程在淤泥土基坑中的支護(hù)選擇、土方開挖和預(yù)應(yīng)力管樁樁基保護(hù)等方面的成功應(yīng)用，以及相關(guān)的施工經(jīng)驗(yàn)，可供類似工程借鑒。