含淤泥質粉質黏土層基坑的支護技術分析

吳昆

摘 ?要：以某入海口區域含淤泥質粉質黏土層的軟土基坑為背景，重點講述了淤泥質粉質黏土層的特點及危害。結合實際工程的地質條件，主要介紹了松木樁、鋼板樁、水泥攪拌樁三種常見的支護措施及施工方法，在此基礎上系統論述了該工程采用的綜合性支護體系，為類似基坑支護提供參考。

關鍵詞：淤泥質粉質黏土;松木樁;鋼板樁;水泥攪拌樁;綜合性支護體系

中圖分類號：U416.1 ? ? ? ?文獻標志碼：A ? ? ? ? 文章編號：2095-2945（2020）02-0142-02

Abstract： Taking the soft soil foundation pit with muddy silty clay layer in the estuary as the background， this paper focuses on the characteristics and harm of muddy silty clay layer. Combined with the geological conditions of the actual project， three common support measures and construction methods of pine pile， steel sheet pile and cement mixing pile are mainly introduced. On this basis， the comprehensive support system adopted in this project is discussed systematically to provide reference for similar foundation pit support.

Keywords： muddy silty clay; pine pile; steel sheet pile; cement mixing pile; comprehensive support system

沿海城市憑借其良好的區位優勢，經濟發展迅速，其基礎設施建設需求亦是與日俱增。為了解決土地供應緊張的局面，許多新興城市選擇開發臨海灘涂區域。然而，臨海區域地質條件往往較差，大多以海相淤泥質軟土為主，其中淤泥質粉質黏土是軟土中的常見夾層。淤泥質粉質黏土滲透性差、含水率高、孔隙比大、壓縮性高、抗剪強度低，具有一定的觸變性和蠕變性。我國幅員遼闊，軟土分布相對分散，除了東南沿海地區外，在內地河湖、山間谷地、草原盆地甚至西部高原及東北平原都有分布[1]，而軟土地基的基坑支護及處理，一直是房建工程、道路橋梁工程的技術難題。地質條件的復雜多樣決定了不同的地質狀況應采用不同基坑支護方案。淤泥質粉質黏土的存在，會影響地基承載力及邊坡穩定性，在基坑支護時需要采取針對性的技術措施確保基坑穩定。

1 工程概況

以某入海口區域創業大廈工程為例，該工程占地約6.5公頃，地下1層，地上17層;主樓建筑物總高度71.80m，標準層層高3.9m;總建筑面積64440.6m2;建筑設計使用年限50年，工程類別為一類，該建筑抗震設防烈度為6度;主體采用鋼筋混凝土框架結構，基礎為樁基礎。

根據區域地質資料，經前期地質勘察，擬建場地地層分布穩定，層序較清晰，主要由第四系粘性土、砂土組成，下伏基巖為白堊系-王氏群紅土崖組泥巖。根據地層巖性、成因時代及工程特性的不同，地層自上而下分述如下：（1）素填土：灰褐色，頂部以新近回填風化殘積土為主，含礫石及磚塊，底部以粘性土為主，回填年限約20年，平均厚度1.77m;（2）淤泥質粉質黏土，灰褐色，流塑或軟塑狀態，含有機質，有腥臭味，含少量粉砂顆粒及海星貝殼，有輕微搖振反應，切面偶有光澤，平均厚度11.27m;（3）粉質黏土，灰黑色、灰黃色，可塑～硬塑，含鐵錳結核及少量鈣質結核，干強度、韌性中等，平均厚度2.35m;（4）細砂：褐黃色，主要礦物成分為長石、石英，含少量粘性土，平均厚度2.60m;（5）中砂：肉紅色，中密～密實，主要礦物成分同細砂，磨圓度較好，平均厚度6.18m;（6）強風化泥巖：灰紫色，主要由粘土礦物組成，泥質結構，塊狀構造，原巖結構構造大部分破壞，裂隙發育，平均厚度10.58m;（7）中風化泥巖，灰黑色，巖芯呈柱狀，節理發育，鐵質浸染。

一般情況下，如若軟土層較薄，對基坑安全穩定威脅較小，可以采用換填或挖除處理。由地層條件可知，該區域存在厚度超過11m的淤泥質粉質黏土層，對基坑支護工程提出了較大挑戰，基坑支護方案需要充分論證。

2 綜合支護體系

基坑支護是確保基坑順利開挖，維護基礎結構施工安全的重要保障。由于地域的差異性，各地區淤泥質粉質黏土物理力學特性不同，結合前期施工經驗、相關試驗結果、地層條件和基坑開挖深度等因素，擬建基坑采用放坡開挖+掛網噴面+松木樁+鋼板樁+水泥攪拌樁支護體系。主要工藝環節具體如下：

2.1 松木樁

松木富含松脂，防腐、防菌性能良好，可深埋地下承擔支護作用。淤泥質粉質黏土含水量較豐富，且排水固結時間較長，松木有“水浸萬年松”之說，可在水位以下長時間工作，其工程應用的典型案例即是在古運河“靈渠”的基礎處理工程中。松木樁加固軟土地基具有施工周期短、經濟效益好、生態效果顯著等優點，在淤泥質土的基坑支護中具有很好的適用性。其支護原理主要有以下兩點：一是支撐作用：松木樁打入軟土層后，替代了部分低模量、低強度土體，在外部荷載作用下，松木樁更多的承擔應力，而樁周土體負擔相應減輕，這種樁與土的復合地基無論是承載力還是模量均優于原土體;二是擠密作用：松木樁在打入過程中，樁周土體由于側向擠壓，密實度隨之提高，壓縮性降低，與此同時，松木樁在吸收淤泥中的水分后，亦可發生體積膨脹，擠密周邊土地[2]，擠密作用會提高樁間土的承載力，增大樁身摩擦力，有效改善土體性能。該工程邊坡比例為1：4.2，待修坡結束后，沿邊坡從上往下壓打松木樁，松木樁統一長度為6m，自坡頂向下插入6排，排距700mm，間距500mm，成梅花形布置;在坡底離鋼板樁1m處向上插入4排松木樁，排距700mm，間距500mm，成梅花形布置;剩余坡段的梅花形木樁，改為排距1m，間距1m。壓打施工時采用挖機配合鋼絲繩起吊松木樁，人工配合使木樁就位，鑒于松木樁強度高，彈韌性好，能承受一定的沖擊力，可用挖機把木樁直接壓入邊坡。同時，為增強松木樁之間的整體工作性，避免邊坡滑移，坡面采用100mm厚C20細石混凝土進行噴漿護坡處理，內配φ6.5@100×100的鋼筋網片;為了確保噴射混凝土的初、終凝時間滿足要求，添加3%的速凝劑。需要完善的是，松木樁對軟土地基的處理缺乏相應的規范規定，對于樁長、間距的設定主要依靠施工經驗。在松木樁設計計算中，要根據地質情況合理選取松木樁側摩阻力系數及樁間土承載力折減系數，在松木樁施工時要根據現場試樁及載荷試驗確定布置形式[3]。

2.2 鋼板樁

鋼板樁主要由冷彎或熱軋型鋼和柱相互連接形成連續緊密的墻體，起到擋土或擋水的作用，在沿海地區軟弱地層中應用非常廣泛，適用于淤泥質土、粉質黏土、粉土、細砂、中砂層等地質條件。鋼板樁具有強度高，隔水性能好，施工周期短，可重復回收使用，經濟環保等優點，在施工過程中取土量和混凝土使用量均較少，在我國被大規模應用于基坑支護工程當中。鑒于鋼板樁的大量應用，我國及時頒布了《熱軋U型鋼板樁》標準，用于指導施工。該工程中鋼板樁采用機械手插入，打設時先用機械手將鋼板樁吊至插樁點進行插樁，插樁時鎖口對準。為保證垂直度，應用兩臺經緯儀加以控制，在樁行進方向的鋼板樁鎖口處設卡板，避免鋼板樁發生位移。另外在插入鋼板樁的過程中，由于下端存在淤泥質粉質粘土的嵌擠，而上端相對自由，鋼板樁會發生一定程度的傾斜，要視具體情況及時采用合理的糾偏措施。考慮到鋼板樁屬于柔性支護結構，剛度仍然較小，當鋼板樁插至預定深度后，立即用鋼筋或鋼板與圍檁支架焊接固定，形成穩定性平衡結構，確保支護體系的安全穩定。但鋼板樁這種支護方式亦有諸多弊端，例如在擊打沉樁時會產生很大的施工噪音，影響周邊環境，而且鋼板容易受力變形引發安全問題[4]。

2.3 水泥攪拌樁

水泥是廣泛應用的水硬性膠凝材料，其與淤泥質軟土混合后會發生系列物理化學作用，例如水化反應、水解反應、水泥與黏土顆粒的結合作用，從而實現土質固結，這正是水泥攪拌樁的加固原理。增大水泥含量，會顯著增強水泥攪拌樁的抗剪強度與抗壓強度，完整性亦隨之提高，同時已有研究表明，水泥攪拌樁施工后前14天齡期內的強度增長較快，完成了28天齡期內強度增長值的80%左右[5]，因此應在攪拌樁養護初期盡量減少擾動。該工程在基坑周邊采用單軸水泥攪拌樁連續墻4排，單根直徑500mm，間隔350mm，搭接150mm，樁長12m，水泥用量為70kg/m。該工程所采用的基礎形式為預制混凝土樁基礎，在樁基礎打壓施工及樁間土開挖過程中，極易引發周圍土體的擾動和外圍淤泥質粉質黏土的流動，存在基坑內土體上涌進而導致樁基礎集體上涌的巨大隱患，因此水泥攪拌樁設計樁長為12m，超過淤泥質粉質黏土層的厚度，從而在根本上杜絕了外圍土體繞過水泥攪拌樁端頭涌入基坑底部的風險。為了進一步增強水泥攪拌樁連續墻的整體剛性，在樁體內插一排H型鋼，型鋼長12m，間距1050mm。插入前，需在H型鋼表面涂刷減摩劑，型鋼上露部分用鋼筋焊接相連，頂面加壓頂梁。需要注意的是水泥攪拌樁在下沉和提升過程中均應注入水泥漿液，同時嚴格控制下沉和提升速度，根據設計要求和有關技術資料規定，下沉速度不大于0.5～0.8m/min，提升速度不大于1.5～1.8m/min，并在樁底部適當持續攪拌注漿。另外，水泥攪拌樁的成樁質量需要通過取芯進行檢驗，成樁質量受施工工藝、軟土特性、水泥含量、養護時間、外界擾動等諸多因素的影響。根據不同的地質條件，如何在滿足設計及規范要求下，實現水泥攪拌樁施工的經濟合理性，依然需要總結探索。

3 結束語

新時代背景下，房建類結構高度及體量均趨于增大，基坑支護及地基處理的要求亦是水漲船高，針對淤泥質粉質黏土層等特殊地層，更應充分論證支護方案的可行性。更多情況下，單一的支護措施作用有限，難以全面解決問題，而綜合性的支護體系已成必然。該工程采用的放坡開挖+掛網噴面+松木樁+鋼板樁+水泥攪拌樁綜合支護體系，充分發揮了支護作用。通過基坑周邊深層土體的水平位移監測、基坑周邊地下水位監測以及周邊環境的沉降觀測，基坑穩定性大大增強，該綜合支護體系可以在類似基坑支護中借鑒采用。綜合來看，我們應該從質量安全、經濟效益、環境協調等諸多方面出發，選擇適用于實際工程的支護體系。

參考文獻：

[1]溫宇軒.水泥攪拌樁在軟土路基施工中的應用研究[J].災害學，2019（34）：236-242.

[2]李兵.淺談松木樁在軟基處理中的應用[J].中國水能及電氣化，2019（3）：1-4.

[3]劉君洪.松木樁基礎在軟土地基處理中的應用研究[J].陜西水利，2016（1）：127-128.

[4]李海龍.鋼板樁在砂土地層深基坑開挖支護中的應用與分析[J].工程建設與設計，2019（09）：52-53.

[5]楊如平.公路淤泥質地基水泥攪拌樁加固效果研究[J].北方交通，2017（11）：75-78.