濱海深厚填石層超深基坑止水帷幕咬合樁設計與施工

黃詩武

一、引言

鉆孔咬合樁是一種新型的排樁結構，采用鋼筋混凝土樁（葷樁）與素混凝土樁（素樁）相互搭接咬合，葷樁承受水土壓力荷載，素樁只用于截水，這種兼做截水的支護結構于1999年底在深圳地鐵一號線工程中首次使用，近年來在深圳地區越來越多的圍護工程中應用。特別是在濱海深厚填石區，結合全回轉施工工藝，具有良好的經濟性和適用性。本文以位于深圳前海填海區某超深基坑支護為例，根據項目特點，結合試樁檢測論證，及時調整設計方案，并采用新型施工工藝，取得了良好的效果，可供類似工程設計與施工參考。

二、工程概況

該項目位于深圳市前海灣東岸，項目東側及南側為政府規劃用地，現狀為空地，西側緊鄰夢海大道，北側緊鄰工程項目部，項目部為兩層臨時活動板房。原始地貌成因類型為海成堆積地形、海河混合堆積地形，地貌形態由西向東依次為淤泥灘、海積沖積平原。目前的場地因城市擴張而填海造地，其中大部分已變成陸地，部分區域為已建成市政設施和建筑物，場地較為平坦，地面高程在5.5～9.5m之間。

開發建設用地面積為10756.2平方米。擬建一棟約250米超高層和一棟約80米高層超甲級寫字樓；基坑占地面積約1.1萬平方米，擬建五層地下室，基坑開挖深度約20.1～23.6m，工程樁為鉆（沖）孔灌注樁，坑底設計高程約為-14.1m。基坑輪廓整體呈長方形，東西向較長，長寬分別約為 146.5m及81.7m，周長約為450.5，基坑西側為夢海大道，距離基坑約10m；北側為工程項目部，距離基坑約28m，其余側為空地，見圖1工程場地位置示意圖。

1.工程地質條件

根據鉆探揭露，場地地層由第四系全新統人工填土層（Q4ml）、第四系全新統海陸交互相沉積層（Qmc）、第四系中更新統殘積層(Q2el)、薊縣系-青白口系銀湖群混合花崗巖（Jx-QbY）組成。其中，填石層在場地內分布廣泛，所有鉆孔均有揭露，據調查為本世紀初填海形成，堆填年限約10年，未分層碾壓夯實，層頂高程-1.74～6.885m，厚度1.2～13.4m，平均厚度約7.59m。由花崗巖構成，巖芯呈塊狀及短柱狀，填石直徑10～60cm為主，見最大直徑1m，堅硬巖為主，強度高。空隙由粘性土充填，含量約10%～40%不等，鉆進過程中大部分鉆孔存在漏水現象。見表1主要地層及計算參數。

表1 主要地層及計算參數

2.水文地質條件

地表水與填土層中的地下水存在水力聯動，連通性較好，一般情況下為地下水補給河水，漲潮時或其他高水位時河水補給地下水。

場地地下水類型主要有孔隙潛水、承壓水和基巖裂隙水。第四系全新統人工填土層分布廣泛、連續，地下水類型為孔隙潛水；其中素填土為弱含水，弱～中透水層；填石層為強含水，強透水層。

場地地下水埋深較淺，詳細勘察期間實測地下水位高程2.79m～4.50m，平均3.7m；參考工程區附近已有工程勘察資料中的地下水資料，本場地地下水位年變化幅度為0.5～2m。

地下水主要補給來源為大氣降水和海水，砂層中承壓水與海水具有良好的水力聯動。地下水的排放以徑流為主；在雨量集中季節，地下水自東向西方向排入大海；旱季地下水位低于海平面時，則接受海水補充。

三、止水帷幕方案的論證選擇

本工程場地地質條件復雜，分布填土層、淤泥等軟弱地層，以及深厚填石層、礫砂等強透水層。基坑深度大、施工工期長，安全等級高，如何選擇有效的止水方案是本項目基坑支護設計需要重點考慮的問題。原設計方案采用“沖（鉆）孔灌注排樁+樁間高壓旋噴+三道內撐”方案，排樁采用Φ1200@1500鋼筋砼灌注樁，樁間采用Φ700@1500雙管高壓旋噴進行止水，旋噴樁尖穿過礫砂層和淤泥質砂層進入殘積土層，入坑底下不少于3.5m。

旋噴樁體進行工藝性成樁試驗和注水滲透試驗，試樁數量各3根。在試樁施工過程中，一直無法解決高壓旋噴在填石層中的成孔和旋噴注漿問題，主要表現為：（1）成孔困難且鉆桿容易偏移、卡鉆、埋鉆。（2）注漿過程中出現跑漿、不返漿等情況，每米水泥用量達到480～600千克。選取3根試樁鉆孔注水滲透試驗情況見表2，各試段基本無法滿足規范規定的滲透系數K≤1.0x10-5cm/s的要求。

表2 注水滲透試驗成果表

經試驗表明，灌注排樁+樁間旋噴止水方案施工難度大、耗材多，卻達不到滿意的止水效果，無法形成合格的止水帷幕。因此，設計及時調整方案，采用鉆孔咬合樁方案，具體配置為Φ1200@900，素混凝土樁采用C20常規混凝土，施工機械采用徐州盾安DTR2005H全回轉全套筒鉆機。

四、全回轉全套管鉆孔咬合樁施工特點

1.咬合樁的施工工藝

先施工素樁A1、A2、A3，第一根素樁采用砂樁填實，然后在相鄰兩素樁間切割成孔施工葷樁B1、B2，按此原則從左至右類推，其施工順序為 A1→A2→A3→B1→B2→A4→A5→B3→B4→A6……，見圖2咬合樁施工順序圖。由于采用強切割工藝，全回轉全套管施工不必考慮素樁混凝土強度問題，現場可根據實際工程進度調整施工順序。

圖2 咬合樁施工順序圖

2.全套管全回轉機施工原理

利用轉機的回轉裝置使鋼套管邊回轉邊壓入，同時利用抓斗、沖擊錘挖掘取土或旋挖鉆取土，直至套管下至樁端持力層為止。挖掘完畢后立即進行深度和垂直度測量，然后清除虛土，成孔后將鋼筋籠放入，最后灌注混凝土成樁。

3.全套管全回轉咬合樁施工工藝特點

（1）素樁采用常規混凝土代替超緩凝混凝土，降低了對混凝土的要求，節約成本。而且，通過采用硬切割工藝，不必考慮A樁混凝土強度問題，避免了因A樁混凝土強度過高導致無法施工B樁咬合施工的缺陷。

（2）當遇到較堅硬的地下障礙物時，全回轉鉆機成孔過程中可直接清除地下巖層和障礙物，實現一次成孔，特別適用于本場地分布大面積而且深厚的堅硬填石層土質情況。

（3）無噪音、無振動，安全性能高。

（4）無泥漿作業，場地干凈無污染，同時避免了泥漿掉入混凝土中影響樁身質量問題。

（5）施工時可直觀地判別地層及巖石特性。

6.鉆進速度快，對一般土層可達到14 m/h左右。

五、檢測、檢測情況

通過及時調整設計方案，以及對各施工關鍵技術點的控制，本工程咬合樁基樁質量得到較好控制，通過超聲波檢測、鉆孔抽芯檢測、注水滲透試驗和開挖驗收，咬合樁全部合格，滿足了基坑支護和止水要求。

本工程檢測項目包括周邊道路及房屋沉降檢測、水位監測、樁頂水平及沉降監測、樁身測斜檢測、支撐立柱沉降監測、支撐應力監測、基坑底部位移及隆起量監測。通過對施工監測數據的分析可知，各監測項目的最終實測值均未超出設計要求的預警值和控制值，在施工過程中未發生異常變形或突變。

六、結論與建議

本項目在濱海區含有深厚填石層的條件下開挖基坑及基礎施工，其中的關鍵控制因素是止水帷幕的合理選用，灌注樁+樁間高壓旋噴止水帷幕等常規止水方案難以滿足本項目基坑止水防滲要求，最終采用的鉆孔咬合樁支護兼止水帷幕方案，同時匹配全套管全回轉施工工藝取得成功，可在類似區域深基坑支護工程和樁基工程設計與施工方面提供借鑒。