高海拔地區(qū)體育場館建設(shè)工程中的綜合地基處理技術(shù)

商志輝 駱發(fā)江 李 鵬 周 林 王 震 曾 進 張巖濤

中建三局集團有限公司西北分公司 陜西 西安 710065

1 工程概況

青海省海東體育中心建設(shè)項目體育場±0 m相當(dāng)于絕對高程2 005.45 m，體育館±0 m相當(dāng)于絕對高程2 002.95 m。由于場坪地勢高低起伏，場地內(nèi)高差達12 m，土方工程量大、工期緊迫、費用高，場區(qū)內(nèi)回填土范圍大。經(jīng)建設(shè)單位、設(shè)計單位、監(jiān)理單位組織相關(guān)專家論證分析后，確定體育場地基處理采用素土加強夯處理技術(shù)。

在施工體育館樁基時，孔隙塌陷現(xiàn)象較嚴(yán)重，原設(shè)計采用干作業(yè)成孔方式，因卵石層夾層分布較多，且地下5 m位置水位涌現(xiàn)，地下水帶動夾層內(nèi)流砂導(dǎo)致連續(xù)性坍孔，致使鉆機成孔至5 m位置時無法完整成孔。根據(jù)探孔揭露，現(xiàn)場地層巖性自上而下分別為①2層雜填土、②層黃土狀土、③層飽和黃土、④層卵石層、⑤層泥巖。其中③層飽和黃土層中含有夾層，實際施工時發(fā)現(xiàn)有不均勻的卵石層分布于該層，且級配不良，為10～40 cm的粉土薄夾層及礫石薄夾層，經(jīng)專家研究討論后，試樁采用全護筒鉆孔灌注樁施工工藝，原施工方案增加φ1 000 mm×12 mm×7 000 mm護筒，先成孔（鉆進至②層黃土狀土層），后下護筒，然后持續(xù)鉆進至設(shè)計地層標(biāo)高，因地下水?dāng)y帶大量泥砂（撈渣時取不出來）涌入鋼筋籠與護筒內(nèi)，灌注混凝土后，在拔出護筒時，鋼筋籠同時拔出，此方案不可行。再次經(jīng)專家論證后，采用全鋼護筒配合旋挖鉆機成孔，采用先灌注混凝土、后插鋼筋籠工藝進行施工。

實際施工時地下水靜止水位埋深為－2.0 m，穩(wěn)定水位埋深為－9.4 m，穩(wěn)定水位埋深平均值為5.62 m，地下水儲藏較為豐富。體育館基礎(chǔ)采用干作業(yè)鉆孔擴底樁，樁徑為800 mm，擴底1 400 mm。選用④層卵石作為樁端持力層，樁端進入④層卵石≥1.2 m，且應(yīng)同時滿足樁長＞6 m。

2 施工重、難點分析

2.1 強夯法地基處理施工重難點

1）對場地方位內(nèi)的地下障礙物、管線埋設(shè)及場地周邊建筑物情況進行詳細(xì)調(diào)查，當(dāng)有礙施工或可能引起不利影響時，須采取相應(yīng)保護。

2）施工區(qū)域應(yīng)布控水準(zhǔn)高程點，并加以保護，測出施工面的實際高程后，方能進行強夯施工。

3）坑底傾斜而造成夯錘歪斜時，應(yīng)及時將坑底整平，確保夯擊效果。

4）強夯法地基施工時，極易出現(xiàn)地面隆起及翻漿。在出現(xiàn)翻漿的飽和黏性土上，宜在夯點下鋪填碎石墊層，以保證孔隙水壓的消散，可分層鋪填，及時調(diào)整夯點間距、落距、夯擊數(shù)等，使之不出現(xiàn)地面隆起和翻漿。必須雨期施工時，現(xiàn)場應(yīng)挖排水溝，設(shè)集水井，地面不得有積水，減少夯擊數(shù)，增加孔隙水的消散時間。

2.2 樁基后插鋼筋籠施工重難點

1）鋼筋籠插入時應(yīng)控制其垂直度，并使鋼筋籠到達設(shè)計標(biāo)高。

2）下籠過程中應(yīng)首先利用鋼筋籠自重壓入，壓至無法壓入時再啟動振動錘，減少由振動錘振沖導(dǎo)致的鋼筋籠移位。

3）鋼筋籠下插至設(shè)計位置后關(guān)閉振動錘，用吊車把各振動錘提出孔外，提出過程中為保證混凝土密實性，每提3 m開啟振動錘一次。

3 主要施工技術(shù)

3.1 高海拔地區(qū)體育場強夯地基處理技術(shù)

經(jīng)建設(shè)單位和設(shè)計院確認(rèn)后，設(shè)計單位出具了海東市體育中心項目地基強夯處理措施。其中，建筑基礎(chǔ)部分強夯后的地基承載力不小于120 kPa；道路及廣場、球場等建（構(gòu)）筑物處的回填土采用厚15 cm灰土墊層（壓實系數(shù)0.95）；綠化處的回填土采用素土夯實（強夯后，壓實系數(shù)不小于0.8）；其余部位素土夯實（強夯后，壓實系數(shù)不小于0.9）。

強夯地基處理時，首先將場區(qū)內(nèi)清表，清除①1層耕土。然后對原場地進行第1遍強夯，使①2層雜填土加固及消除②層黃土狀土的濕陷性，第1遍強夯后回填素土至設(shè)計高程上1 m，第2遍強夯至設(shè)計高程。

第1遍強夯先按4 m×4 m×4 m梅花點布置進行點夯，夯擊6～8遍，達到規(guī)定下沉量，點夯完成后，再進行低錘滿拍；第2遍夯擊重復(fù)第1遍夯擊工序。

強夯施工采用帶有自動脫鉤裝置的50 t履帶式強夯機，為防止落錘時機架傾覆，在臂桿端部設(shè)置緩沖架，脫鉤裝置應(yīng)開啟靈活，起吊時夯錘不歪斜，設(shè)備組裝后應(yīng)檢查落距控制系統(tǒng)。本工程單擊夯擊能3 000 kN·m，2種擬采用的夯錘質(zhì)量為15～20 t，夯錘直徑為2.50 m，高1.07 m，為利于夯錘著地時坑底空氣排出和起錘時減小坑底的吸力，提高夯擊效果，在錘上對稱設(shè)計4個排氣孔，夯擊遍數(shù)為2遍夯完。夯擊次數(shù)以最后兩擊平均夯沉量不大于5 cm進行控制[1-4]。

因體育中心項目場地內(nèi)有未拆遷的民房、配電室及其他建（構(gòu)）筑物，為保護該部分建（構(gòu)）筑物，避免引起民事糾紛，強夯范圍內(nèi)距民房、配電室及其他建（構(gòu)）筑物周圍5 m內(nèi)挖2道強夯減振溝，減振溝深4 m、寬1.5 m，同時在周邊設(shè)置振動監(jiān)測點，觀測振動效果，開挖底部四周設(shè)置集水坑，防止基坑積水。

3.2 體育館樁基后插鋼筋籠施工技術(shù)

首先，將鉆機鉆進至②層黃土狀土層，之后采用φ1 000 mm×12 mm×7 000 mm的鋼護筒進行配合作業(yè)。護筒跟進深度與樁身一致，放置混凝土導(dǎo)管，灌注混凝土，待混凝土澆筑后拔出；其次，把制作好的鋼筋籠套入振搗器，用吊車同時吊起振搗器和鋼筋籠，利用自重使鋼筋籠插入混凝土，當(dāng)不能下落時，開啟振搗器，用振搗器把鋼筋籠送到設(shè)計的深度后立即停止振搗，以此來保證樁基施工的正常進行。

3.2.1 造孔技術(shù)要點

1）預(yù)鉆進。預(yù)鉆進是在保證不坍孔情況下的開孔鉆進過程。依據(jù)體育場場地地質(zhì)條件，預(yù)鉆進深度以7 m為宜，從而達到減小下設(shè)護筒時樁周土對護筒的阻力，增加護筒下設(shè)深度的目的。

2）下護筒。下護筒的目的是擋土并保證孔壁周圍土層的穩(wěn)定、防止地下水滲入樁孔。本工程中每臺鉆機搭配2套φ1 000 mm×12 mm×7 000 mm的鋼護筒。

3）鉆進①2層回填土、②層黃狀土及③1層卵石。選用旋挖斗在卵礫石層中鉆進，保證鉆進取土效率，同時還要保證及時跟進護筒埋設(shè)。

4）鉆進③層飽和黃土、④層卵石。鉆具在普通巖層鉆進時應(yīng)選用錐型短螺旋＋旋挖斗（合金斗齒＋錐型導(dǎo)向斗齒），對于超過70 MPa硬度巖石的，應(yīng)選用筒鉆＋旋挖斗（合金斗齒＋錐型導(dǎo)向斗齒）。

5）涌水。本工程地質(zhì)條件中卵礫層以下地下水豐富，故在鉆孔過程中應(yīng)及時跟進護筒，保證地下水被封堵于孔外，達到入巖后作業(yè)環(huán)境要求。

6）取渣。提取鉆桿，將擴孔器更換為鉆孔器進行撈渣，直至卵石撈盡。

7）驗孔。在監(jiān)理工程師的見證下檢驗孔深、孔徑、坍孔及清渣情況，驗收合格后方可進行下一道工序施工。

8）灌注混凝土。預(yù)拌混凝土強度等級為C35S8，坍落度為180～220 mm，導(dǎo)管底部距孔底300～500 mm，導(dǎo)管首次埋入混凝土灌注面以下不得少于1 m，在灌注過程中，導(dǎo)管埋入混凝土深度宜為3 m。灌注混凝土應(yīng)連續(xù)施工，并應(yīng)控制提、拔管速度，嚴(yán)禁將導(dǎo)管提出混凝土灌注面，樁頂混凝土必須振插密實。

3.2.2 后插籠施工

1）清理樁孔，如果樁口部位有落入的泥土、雜物須先清理干凈。把制作好的鋼筋籠套入振搗器，用鉆機自帶的吊鉤同時吊起振搗器和鋼筋籠。振動器壓住振動導(dǎo)管頂部并固定牢固，振動導(dǎo)管壓住后插鋼筋籠底部，頂部與鋼筋籠頂平齊，邊壓邊振動，使導(dǎo)管與鋼筋籠一起沉入混凝土至設(shè)計籠頂標(biāo)高，然后將振動導(dǎo)管拔出。此工序要間歇振搗，需用水準(zhǔn)儀觀測振搗器鋼管上預(yù)先做好的標(biāo)記，防止鋼筋籠插放過深或不到位。

2）邊振動邊插入鋼筋籠，利用附帶導(dǎo)管振沖鋼筋籠底，不得直接振壓鋼筋籠頂部，防止鋼筋籠發(fā)生移位變形。邊振動邊沉入鋼筋籠時，鋼筋籠配筋的方向應(yīng)提前預(yù)排布，保證鋼筋籠在沉入過程中不旋扭。

3）鋼筋籠底部縮徑形成錐形，錐形底部直徑應(yīng)小于振動導(dǎo)管，保證底部鋼筋籠有足夠的振動力，底部鋼筋焊接應(yīng)牢固（圖1）。

圖1 吊運鋼筋籠

4）鋼筋籠起吊時，應(yīng)保證3個吊點，在空中逐步豎立，保證鋼筋籠不彎曲扭轉(zhuǎn)。為防止鋼筋籠自由下沉，對沉入到位的鋼筋籠應(yīng)做好定位固定措施。

4 施工效果

1）運用強夯地基處理關(guān)鍵技術(shù)，成功解決了海東體育中心地形高差大的問題，使原土層①2層雜填土得到加固，原土層經(jīng)過處理后消除了②層黃土狀土的濕陷性，提高了地基的承載力、壓縮模量。同時，節(jié)約了體育場基礎(chǔ)處理施工工期，降低施工費用。

2）傳統(tǒng)地基處理的經(jīng)驗做法為灰土換填，根據(jù)海東地區(qū)的土質(zhì)特性，通過總結(jié)優(yōu)化強夯地基處理技術(shù)，不僅解決了濕陷性原黃土層承載力不足的問題，而且避免了素土回填沉陷風(fēng)險，從而保證了地基承載力的要求，取得了良好的實施效果。

3）創(chuàng)新運用體育館樁基后插鋼筋籠施工技術(shù)，即先將混凝土灌注到設(shè)計標(biāo)高后，再借助專用的振動設(shè)備將鋼筋籠插入混凝土至設(shè)計標(biāo)高，形成鋼筋混凝土灌注樁，有效解決了高海拔地區(qū)復(fù)雜土層鉆孔灌注樁坍孔、頸縮等技術(shù)難題，保障了施工質(zhì)量，贏得了建設(shè)單位的好評。

4）樁基混凝土到達齡期后，委托第三方試驗室進行了樁身完整性檢測和靜載試驗，檢驗結(jié)果符合設(shè)計圖紙要求，由泥漿護壁變更為鋼護筒成樁，減少污染，取得了較好的環(huán)境效益和經(jīng)濟效益。

5 結(jié)語

高海拔地區(qū)體育場建設(shè)綜合地基處理技術(shù)在海東體育中心項目的成功應(yīng)用，有效地解決了海東體育中心項目地基處理時間長、費用高的問題，建設(shè)單位委托第三方檢測單位進行了樁身完整性檢測和靜載試驗，結(jié)果均符合設(shè)計要求，經(jīng)濟效益顯著，工期、質(zhì)量亦滿足要求，獲得建設(shè)、監(jiān)理單位的一致好評。