先開挖后施工預制工程樁工法在舟山軟土基坑中的應用

朱國權 周 韜 王乾浩

1. 中化地質礦山總局浙江地質勘查院 浙江 杭州 310002；2. 寧波寧大地基處理技術有限公司 浙江 寧波 315211；3. 浙江鴻晨建設有限公司 浙江 寧波 315032

舟山軟土地區(qū)工程樁常規(guī)采用鉆孔灌注樁，但其施工速度較慢、養(yǎng)護時間長且造價較高。預制樁無需養(yǎng)護、施工速度快且經濟性明顯好于鉆孔灌注樁，但受制于當?shù)赝列约暗鼗A工程施工順序的影響，預制樁易出現(xiàn)偏位、斷樁，因而未得到廣泛應用。

軟土地區(qū)大面積地基基礎工程的施工順序常規(guī)為先進行工程樁和支護樁的施工，再進行土方開挖。該工藝利用塘渣層及原狀土硬殼層進行樁基施工，節(jié)省了為其鋪設沉樁設備作業(yè)道路的費用。但在后續(xù)的土方開挖過程中，因地質為淤泥質土層，含水量高、強度低、靈敏度高，難以自穩(wěn)，且易觸變，易振陷，工程樁為預制管樁時，其抗水平位移能力較弱，易出現(xiàn)偏位甚至斷裂，后期工程樁補樁或加固處理費用難以估算[1-4]。

基于如上原因，舟山軟土地區(qū)工程樁的施工技術需要針對其特殊性進行相應的改進。本文結合舟山某安置房項目，介紹了先開挖基坑后施工預制工程樁工藝在舟山地區(qū)軟土基坑的首次應用情況。

1 工程概況

1.1 項目概況

項目位于舟山市朱家尖島，項目主體為7幢高層住宅，地下室開挖面積約17 800 m2，基坑深度5.85～6.85 m，工程樁均采用預應力混凝土管樁（錘擊工藝）。

場地東北兩側現(xiàn)均為空地，西南兩側為現(xiàn)狀道路，基坑圍護采用鉆孔樁+1道錨索的方案，止水擋土帷幕及坑底被動區(qū)加固采用密排水泥攪拌樁。

1.2 工程地質概況

擬建工程場地屬于濱海海積平原地貌，基坑開挖范圍內以②層流塑狀淤泥質黏土為主，平均層厚超過13 m，對基坑開挖及變形控制較為不利。場地地層分布及其物理力學性質指標如表1所示。工程地質剖面及沉樁如圖1所示。

圖1 工程地質剖面及沉樁示意

表1 土層物理力學性質

2 工法難點分析及關鍵技術措施

2.1 工法難點分析

1）管樁樁架較大，需要較大的施工凈高，基坑圍護不宜采用大面積的支撐體系。

2）基坑開挖后，淺部雜填土及硬殼層均被挖除，施工場地為地質較差的淤泥質土層，需采取回填或換填土措施以確保機械行走穩(wěn)定。

3）開挖到坑底后，工程樁施工時間較長，基坑無法直接筑底，坑底暴露時間較長；管樁施工存在擠土效應，對圍護體系變形控制產生不利影響。

2.2 工法施工流程

先行施工工程樁邊樁（坑底被動區(qū)加固范圍）→施工支護樁及坑底被動區(qū)加固樁→施工支護體系→基坑分區(qū)土方開挖、有打樁操作面后基底換填鋪墊碎石磚渣→施工坑內工程樁→挖至基礎墊層底→施工墊層及基礎

2.3 關鍵技術措施

2.3.1 圍護結構選型

綜合場地條件、基坑挖深及管樁施工要求，采用無支撐體系圍護結構，確保坑內工程樁施工作業(yè)。

2.3.2 換填層

針對樁架無法直接在淤泥質層上行走的問題，采取了坑底換填土的措施，換填料選用細顆粒少的石渣或磚渣，換填厚度約1.2 m，同時利用載重汽車反復碾壓，并做好有組織排水工作。換填層具有如下優(yōu)點：

1）換填層作為淤泥質土的隔離層，有效解決樁架行走問題，為地下室大面積底板混凝土墊層、底板防水及鋼筋綁扎等施工提供了有利條件。

2）換填層作為基底整體穩(wěn)定層，管樁在淤泥質土中的上端穩(wěn)固，起到嵌固作用（圖2）。

圖2 邊挖邊換填

2.3.3 坑邊被動區(qū)加固及邊樁處理措施

1）坑邊被動區(qū)加固避免了超挖換填對基坑安全的影響：坑邊加固范圍不存在超挖現(xiàn)象，加固范圍外雖然存在超挖換填的問題，但與坑邊有一定的距離且超挖不深，坑底加固本身改善了被動區(qū)土性，提高了基坑的安全度，對坑邊圍護體系基本無影響。

2）坑邊被動區(qū)加固范圍內的工程樁邊樁在土方開挖前提前施工，管樁樁頂周邊土體均已加固，管樁上端有了穩(wěn)固的嵌固端，土方開挖對其基本沒有影響。

3）坑內管樁施工與坑邊有一定距離，對坑邊的圍護樁的擠土效應減小。

4）坑邊被動區(qū)加固標高設在承臺墊層底標高，承臺與底板之間采用碎石磚渣回填，起到一定的反壓作用，有利于控制基坑變形（圖3）。

2.3.4 施工組織設計

1）按后澆帶組織分區(qū)流水施工，合理安排土方開挖、換填及樁基施工順序，加快施工速度、減小基坑暴露范圍。采取“跳打”、控制日沉樁根數(shù)等措施減少擠土效應。若發(fā)生管樁上浮，采用復打方法處理。

2）基坑內設置施工道路及2個臨時施工坡道，最后收土坡道區(qū)域需先挖至坑底，待工程樁施工完成后采用磚渣回填，樁基施工結束后全部挖除（圖4、圖5）。

圖4 施工平面布置

圖5 坑內墊層施工及靜載試驗

3 監(jiān)測分析

本項目進行了土體深層水平位移、樁身水平位移、錨索軸力等多個項目監(jiān)測。

3.1 土體深層水平位移

圖6顯示各工況條件下CX7、CX10孔位的土體深層水平位移曲線，CX10孔位變形相對較小，最大水平位移40 mm，CX7孔位變形略大，最大水平位移70 mm，主要是由于受場地條件限制，開挖到坑底后，緊鄰坑邊運載碎石磚渣的車輛通行頻繁，CX7孔位坑邊回填碎石磚渣及墊層澆筑偏慢所致。監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示工程樁施工期間未發(fā)生較大的變形速率，對基坑圍護未產生較大的不利影響。

圖6 典型土體深層位移

3.2 樁身水平位移

由圖7可知，坑內工程樁施工期間，圍護樁樁身發(fā)生往基坑外側（往坑內為“+”，坑外為“－”）的水平位移，可見在采取一定技術措施后，坑內預制工程樁施工仍對圍護樁樁身水平位移有一定的影響。

圖7 樁身水平位移

3.3 錨索軸力

由圖8可知，錨索實時軸向拉力為200～300 kN，各工況條件下數(shù)值變化幅度不大。在坑內管樁施工過程中，未出現(xiàn)錨索軸力明顯增大或衰減的現(xiàn)象。

圖8 錨索實時軸向拉力曲線

4 實施效果

坑內工程樁施工對圍護結構變形影響較小，根據(jù)工程樁檢測結果，管樁未出現(xiàn)明顯的偏位和斷裂現(xiàn)象，無Ⅲ、Ⅳ類樁，取得了預期的效果，證明該工法技術措施合理可行。

5 結語

先開挖后施工預制工程樁工法在舟山地區(qū)乃至浙江省都是一種新型工藝，充滿了挑戰(zhàn)。通過前期的摸索論證、充分準備，以及實施過程中各方的緊密配合，克服了該項工法在軟土地區(qū)實施的諸多難點，解決了工程管樁在基坑開挖過程中的偏位、斷樁問題，取得了顯著的經濟效益，豐富了當?shù)氐墓こ虡哆x型，為后續(xù)項目的實施提供了技術儲備。

本項目的成功實施，證明了該項工法在軟土地區(qū)的可行性，坑內工程樁施工對圍護結構變形影響較小，對于未采用大面積支撐體系的軟土基坑，具有一定的適用性和推廣價值。