东南沿海地区强流塑地质下的桩基及基坑施工技术

孙昭

（上海建工五建集团有限公司，上海200063）

1 引言

随着一、二线城市的快速发展，不断带动周边城市及农村地区大力发展基础建设。而沿海城市利用其得天独厚的海港优势，更是日新月异，譬如长三角、珠三角、渤海湾、东南沿海等地区发展尤为迅猛。

在沿海地区，表层土质常见为堆积杂土、淤积质土，多用于农业耕地。就淤积质土来说其特性表现为流塑状、承载力弱、工程性能差，属软弱土层，不可作为建筑持力层等特性。本文将通过对背景工程中桩基及基坑相关施工的研究，阐述在恶劣地质条件下施工，以及如何保证施工安全及合理性，其中包括在该地质条件下桩基施工、地基处理和基坑围护等。

2 工程概况

项目位于莆田市涵江区，北侧为交通主干道，东侧为河流，西侧、南侧均为规划道路。场地原貌主要为农田、果林及部分民居。本场地属滨海平原地貌单元，场地地势较为平坦开阔，本场地东北角紧邻都邠村居民房屋，北侧为绿化林地，西面与南面为农田，西南侧紧邻一工厂。总建筑面积为139 825.79m2，基坑面积约为50 000m2，地上2 栋住院楼高14 层，其余建筑1～5 层，带地下1 层地下室。

本项目基础形式为桩基础，基坑长约278m，宽268m，地面自然标高约4.40m，基坑开挖深度约3.60m。采用放坡开挖，坡面采用喷射混凝土+锚管支护，下部采用木桩支护型式。

桩基施工选用管桩PHC-500-AB-100 型，采用静压压桩法施工。管桩桩端置入第7 层砂土状强风化花岗岩层中且不小于1 000mm，桩端阻力极限承载力标准值为8 000kPa。桩基施工根据贯入度控制为主，标高辅助控制。管桩根据工程需要分为单节抗拔桩、非单节抗拔桩及非单节抗压桩，总数约4 000 根。

根据地勘报告显示，场地上覆第四系堆积、淤积层，下伏燕山晚期花岗岩风化层。深度范围内其岩土层可分为10 土层。其中开挖深度范围内主要为杂填土及淤泥。

详细对照地勘报告及现场情况进行对比，发现勘察内容与现场情况有较大出入，场地内除2 条水泥路外，其余均为耕地及农田，且淤泥深度几乎达到挖深深度。

3 施工难点分析

本工程基坑特点：面积大，地质条件恶劣、天气环境影响大、土方开挖量大、围护设计保险系数低。

1）项目基坑面积约50 000m2，虽只有地下1 层结构，但涉及区域广，土质不佳，桩机行走困难，挤土效应明显，施工难度大。

2）在项目部自行勘察阶段，发现大部分区域淤泥层深度达到甚至超过挖土深度，与勘察报告出入较大。

3）项目所在地区属海洋性亚热带季风气候，年平均气温为19.6℃，雨量充沛，平均湿度77%，年均降水量1 400mm 左右，5～8 月常有雷阵雨和台风，7～9 月为台风季节。在土方开挖阶段对进度影响极大。

4）项目平均挖深3.6m，即出土量达到180 000m3，如此大的出土量，需避开雨季才能顺利开挖。

5）围护设计采用放坡开挖，坡面采用喷射混凝土+锚管支护，下部采用木桩支护型式。根据项目实际情况并结合多年施工经验，该种围护设计存在较大风险。

4 桩基施工

4.1 考虑地质条件，对桩机的选型

管桩施工优先选择静压，而静压桩机的质量大大超过锤击桩机，以原有场地情况，桩机极易发生陷机甚至倾覆，从而造成安全事故，致使无法进行沉桩作业。而锤击桩机的质量相对较轻，但在施工过程中易发生质量问题，无法保证Ⅰ类桩数量，且出现Ⅲ、Ⅳ类桩概率较高，对工程质量造成影响。

项目部综合各因素考虑，决定使用静压桩机进行施工。桩机根据设计要求的压桩力进行选型。最终选择的沉桩机型为ZYJ-800B，机型尺寸12m×6.1m×3.5m，纵向行程3m，横向行程0.6m，最大压桩力8 000kN。桩机净重190t，最多可加配重260t，共计450t。施工中根据管桩长短，选择增减配重。

4.2 桩的连接方式

初步结合地勘报告并做现场勘查后，施工场地条件对桩基施工影响巨大。尤其是第二层淤泥质土，其含水率指标超高，呈流塑状。根据液性指数IL 特性，当0.75＜IL≤1.0 时，为软塑状态；当IL＞1.0 时，为流塑状态。本工程液性指数最大值达2.67，超流塑指标2 倍多，呈强流塑状性。

根据淤泥质土特性，其透水性较差，富水性总体较差，表现为相对隔水层；地勘报告中还显示场地内地下水对混凝土结构具微腐蚀性，对钢筋混凝土结构中的钢筋具中等腐蚀性。

原设计采用传统焊接连接，焊接连接需依靠人工焊接，焊接好坏直接影响成桩质量，并无其他措施予以补救。讨论后认为，该工艺恐未能满足抗渗抗腐要求。为保证施工质量，项目部建议管桩施工采用机械连接方式。

在桩头预先安装法兰盘，管桩一头为带孔法兰，另一头为带槽法兰。法兰盘上均匀分布锁孔或啮齿插口，2 节桩的连接通过连接螺母连接。连接螺母一头为圆形带有螺纹，另一头为方形带有啮齿。施工前先将连接螺母圆形端口部位螺纹拧入上部法兰锁孔内，接桩时连接螺母对准下节桩的啮齿插口插入。啮齿插口内设连接盒，连接盒由连接块、压力弹簧组成，压力弹簧与连接块之间的空隙内涂满沥青涂料，使2 块法兰盘紧密连接，实现管桩的快速连接，同时不会在接桩处出现松动、进水等现象。使用管桩机械连接相较焊接连接有以下几点好处。

1）接桩稳定，不易偏差。通过螺母与法兰之间的固定，衔接上下节桩，限制接桩时管桩间的位移，保证管桩对接顺直。

2）对于有弱腐蚀、中等腐蚀性环境，在法兰及连接槽盒内注满沥青胶泥，有利于管桩的抗腐蚀性，同时在接桩部位涂刷环氧树脂涂料作为阻锈剂，防止管桩内的金属成分受到腐蚀，可大大保证使用寿命。

3）复杂环境下可减少Ⅲ、Ⅳ类桩的发生。当在淤泥质土层较厚、土层分布不均匀、地下障碍物无法探明等复杂环境的情况下，在压桩过程中管桩受力不均匀，易发生偏斜、断桩等情况，皆因接桩部位的焊接为刚性连接，偏斜后矫正不易，而机械连接存在一定柔性，可及时纠正偏斜情况。

为保证每根管桩可达到正常使用功能，接桩完成后，必须在接缝处施焊，保证管桩连接的质量。拼接处破口槽的电焊部分应进行对称环缝焊接，并采取措施减少焊接变形，破口槽的电焊必须满焊，电焊厚度宜高出坡口1mm，焊缝不宜夹渣、气孔等缺陷，需满足GB 50305—2001《钢结构工程施工及验收规范》二级焊缝的要求【1】。

4.3 地基加固

场地原地貌为耕地及农田，其下为淤泥质土，承载力极弱，需对地基进行加固后方可施工。在进行计算后拟将施工场地垫高1 200mm 做加固处理。施工范围以地下室边线外扩5m为加固区域，现有场地上填400mm 厚黄土+800mm 厚50～200mm 碎石。但因莆田地区多雨水，回填土淋雨后无法承受桩机自重，经常陷机。继续回填600mm 厚红土+碎石，加固效果仍不理想。

考虑到淤泥有触变的特性，桩机行走到加固区域中，淤泥即将加固物包裹住，下层淤泥向上涌起，从而失去加固作用。研究淤泥特性后，联想到与其有相似性质的黄沙，从成本角度考虑，使用海沙作为加固材料。项目部先试加固一小块，效果明显。

试验区回填数量约为1 140m3（28.5m3/车×40 车），回填高度约1.5m（回填区域约为8m×100m）。半日（10:00～11:30；2:00～4:00）共施工10 套，均为双节桩。施工速度远超未做处理地面，该区域为尝试施工，效果理想，若排除其他客观因素影响，桩基每日可正常施工20～30 套。

海沙作为加固材料在回填过程中无须全场地回填，可根据现场当天施工需要将海沙推移至施工区域，待沉桩作业完毕后，将海沙推移至下一施工区域，且桩基全部施工完毕后，海沙还能用于部分区域的回填（见图1）。

图1 回填海沙后桩基可正常行走作业

4.4 桩基作业

预制管桩施工中，一个十分重要的问题就是“挤土效应”。“挤土效应”对已建建筑物、道路、河流护岸及地下管线等的影响，应合理安排施工顺序【2】。

现场桩基施工按原道路中水泥路分割为4 个区域。考虑到场地条件先从1 区、2 区施工，4 区内桩基施工前有高压塔未移除，无法施工。而人防区域位于2 区内，必须优先施工（见图2）。

图2 桩基行走路线图

1 区自水泥路中心自下而上S 形作业；2 区自水泥路东侧自左向右S 形作业；1 区先行施工，2 区较1 区晚1 周施工，4区、3 区因场地内有障碍物，故延缓施工。最终施工顺序为4区沿水泥路南北向自北向南S 形作业；3 区自水泥路中心由东向西S 形作业；3 区最后施工，开始时间较4 区晚1 周。

5 围护施工

项目原设计采用1∶2.5 放坡+锚杆+树根桩围护形式。根据多年施工经验并结合施工工期、场地地质情况及莆田地区气候环境等多种因素，认为原设计方案存在一定风险。

1）基坑内淤泥层较厚，且呈强流塑性，锚杆及树根桩无法与土层很好地结合在一起。

2）强流塑性的淤泥中含水量极高，采用井点降水等方法降水效果不佳，仅能使用排水+集水井的方式排水。

3）施工地区当年多次遭受灾害性雨洪，项目工期一再被天气因素耽误，致使原基坑围护方案安全系数大大降低。

项目在试验段进行试验中，出现围护段坍塌，从监测报告中显示，围护段仅施工2d 后即报警，第6d出现破坏，项目随即停止施工。

在与设计单位商讨后，将支护方案改为拉森钢板桩围护施工。该方法施工速度快，且后期回填土方区域较放坡开挖回填少。

5.1 拉森钢板桩施工流程

为配合挖土方案，加快施工进度，减少工作时间，拟定工作施工流程为：从基坑南侧出发，开始分别从东西方向往北推进，最终将基坑全部包围。

5.2 实施效果

钢板桩全面施工周期为1 个月，相比放坡开挖工期大大缩短，也为后期土方开挖、地下室施工创造有利条件（见图3）。

图3 钢板桩施工

变更后的围护方式，不但在工期上得到缩减，而且整个基坑的变形量也在合理的区间内，确保了基坑安全。

6 结语

随着城市化进程不断推进，越来越多的地区得到开发，我国东南地区拥有各种复杂地形，做好开发前的勘探工作尤其重要。根据地区特性，增大基坑保险系数，确保基坑安全，即降低风险，也减少响应投入。

项目部将在施工中积累的丰富经验，运用到实际工程中，保证施工的质量安全，回报业主的信任。