強流塑地質條件下的樁基及基坑施工技術

錢 宏 潘 峰 劉 健

上海建工五建集團有限公司 上海 200063

我國沿海地區的表層土質常見為堆積雜土、淤積質土，特別是淤泥質土，其特性表現為強流塑狀、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，強流塑地質條件下的樁基及基坑施工，將對施工質量和安全起到決定性作用[1-5]。本文以福建莆田涵江醫院新院址建設項目為背景工程，研究和實踐強流塑地質條件下的樁基及基坑施工技術。

1 工程概況

1.1 建筑結構概況

福建莆田涵江醫院項目位于莆田市涵江區新涵水都片區，北側為交通主干道，東側為河流，西側、南側均為規劃道路。由門診樓、門急診綜合樓、醫技樓、住院樓及鍋爐房等附屬設備用房組成，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。場地內面層為耕地，第2層土質為淤泥質土，流塑性大。基坑面積大，且地質條件惡劣，對樁基、土方開挖施工影響極大。結合場地條件，基坑采用放坡+錨桿+樹根樁的支護結構形式。

1.2 地質條件概況

本工程場地位于新華夏構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構造帶復合部。根據區域地質資料，場地內無活動斷層通過，區域地質相對穩定。場地上覆第四系堆積、淤積層，下覆燕山晚期花崗巖風化層。在鉆孔深度范圍內其巖土層可分為10個主層，主要為①雜填土（流塑）、②淤泥（流塑）、③粉質黏土（可塑）、④中砂（可塑）等。

1.3 主要難特點

1）強流塑地質的灌注樁施工難度大。對照地勘報告對現場進行勘察，發現地勘報告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。在前期策劃及試樁過程中，設計方原采用鉆孔灌注樁作為工程樁，在強流塑地質場地條件下，現場施工進度、質量甚至安全都難以有效控制。

2）觸變性淤泥質土加固處理成本高。現場場地為耕地及淤泥質土（圖1），幾乎無法承受任何機具荷載，如要在場地內進行沉樁作業，就必須先對場地進行加固處理。而淤泥質土呈現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，加固費用高昂。

圖1 施工前場地環境

3）原基坑圍護設計方案施工風險高。設計原采用放坡+錨桿+樹根樁的圍護形式，放坡面采用掛網噴射混凝土，鋼筋網φ6 mm@250 mm×250 mm，支護錨桿采用長度6 m的φ48 mm@2 500 mm錨桿。在淤泥質土中，以該種支護形式進行圍護設計，再加上莆田地區多雨水、多臺風等不利氣候因素，在施工過程中存在一定風險，易發生邊坡坍塌等事故。

2 樁基選型與管樁新型連接技術

2.1 樁基方案選擇與優化

原樁基方案采用的鉆孔灌注樁盡管具有可形成大直徑樁、能調節樁長控制受力性能、場地適應性強等特點，但是根據本項目地勘報告及現場勘察實際情況，強流塑地質將對鉆孔灌注樁的工藝、成樁周期、成孔質量等造成較大的不利影響，初步決定改用PHC預制管樁進行樁基作業。主要原因分析如下：

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

2）從莆田地區天氣環境來看，全年雨水偏多，預制管樁受天氣影響較鉆孔灌注樁小很多，且工期優勢明顯。

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

經對管樁方案重新做綜合分析研究后，確定采用PHC預制管樁作為樁基礎，其承載力可達到設計要求，管樁選用PHC-500-AB-100。但應重點考慮管樁施工的擠土效應及地下水對管樁的腐蝕，施工中需保證成樁質量。

2.2 樁機選型與施工路線優化

綜合考慮各因素，決定使用靜壓樁機進行施工。樁機將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。樁機凈重190 t，最多可加配重260 t，共計450 t。施工中根據管樁長短，可選擇增減配重。

樁基施工路線方案為：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（圖2）。

2.3 管樁機械連接技術

根據本工程地勘報告，場地內地下水及以上地基土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。而原設計采用傳統焊接連接，需依靠人工焊接，焊接質量的好壞直接影響成樁質量，并無其他措施予以補救。因此，本工程采用新型機械連接方式，以保證管樁質量。

本工程采用的機械連接接頭的預埋件包括2種形式。在接樁前，將帶有鋸齒形的圓頭連接銷的預埋件埋入上節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管樁的樁端面且朝上。

接駁前，先檢查預埋件的方向，確認正確無誤后再開始打樁。管樁接駁時，首先將樁端的預埋件表面和端頭板上各連接槽內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。

此時將待接樁吊起，在連接槽內灌入適量的瀝青膠泥，把樁端的各連接銷對準下節管樁的連接槽后插入上節管樁，從而使連接槽內的空隙被瀝青膠泥溢滿，這樣就完成了2節管樁的連接。與傳統焊接接頭相比，該技術具有如下優點：

1）接樁快速。以每個接頭的施工時間計算，采用焊接時，每完成一個接頭的焊接時間加上規范要求的冷卻時間約需30 min，而采用該接頭技術則僅需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。嚙合式機械連接接頭操作簡單容易，對操作工人的技術水平也沒有特殊的要求，一般經過觀察實踐即能操作，且容易做到質量合格。

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

主要施工流程為：在樁頭預先安裝法蘭盤，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，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（圖3、圖4）。

圖2 現場樁機施工路線

圖3 連接銷與法蘭盤連接示意

圖4 管樁連接施工

3 觸變性淤泥質土的簡易化處理技術

本工程場地原地貌為耕地及農田，其下為淤泥質土，承載極弱，需對地基進行加固處理后，方可施工。而淤泥質土呈現的觸變性將使加固材料及加固厚度遠超通常加固方案。

因此，從實際工程進度和成本角度考慮，在場地內選取指定區域采用2種方案分別進行了3次回填加固處理試驗。2種處理方案分別是黃土碎石回填處理技術和海沙回填處理技術。

總體而言，黃土與碎石組合回填土淋雨后無法承受樁機自重，加固效果不理想；而海沙回填處理區域，樁機施工均順利完成施工。經實際場內試驗后，將海沙作為加固材料在回填過程中使用，且無需全場地回填，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，再將海沙推移至下一施工區域，這樣大大節省了加固費用，且樁基全部施工完畢后，海沙還能用于部分區域的回填。經實際試驗分析對比，海沙回填處理技術對觸變性淤泥質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場

4 基坑圍護方案優化與施工

4.1 基坑圍護設計方案優化

本工程原圍護設計方案采用1∶2.5放坡+錨桿+樹根樁圍護形式。綜合施工工期、場地地質情況及莆田地區氣候環境等多種因素，建議采用SMW工法樁進行土體加固或采用拉森鋼板樁進行圍護施工，并采用GEO-5結構設計分析軟件對2種圍護結構的相應基坑截面強度、基坑內力、基坑土壓力、基坑位移+土壓力等進行了驗算復核。

經計算，原設計放坡+錨桿+樹根樁圍護方案在使用畢肖普法核算時，邊坡穩定性安全系數為1.30＜1.35，未通過驗算，因此采用原圍護設計方案存在安全風險；而采用鋼板樁支護的形式，用基坑結構模型軟件進行復核后，在基坑截面強度、基坑內力、基坑土壓力、基坑位移+土壓力等方面均滿足規范要求。

4.2 鋼板樁基坑圍護及土方施工

項目施工中選用了具有施工進度快、占地面積小、環保性突出、安全性能好等優勢的靜壓力植樁機作為施工機具，采用SP-Ⅳ型拉森樁作為圍護結構。

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、地下室施工創造了有利條件。使用鋼板樁圍護，選取個別監測點做基坑變形分析，均滿足要求。

5 結語

本文以福建莆田涵江醫院為背景工程，分析研究了莆田涵江區強流塑地質條件下的樁基及基坑施工特點，通過對樁基選型與管樁新型連接方式、觸變性淤泥質土簡易化處理技術、基坑圍護方案優化與施工等關鍵技術的研究，不僅解決了施工技術難題，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選擇、土方開挖和預應力管樁樁基保護等方面的成功應用，以及相關的施工經驗，可供類似工程借鑒。