含淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土層基坑的支護(hù)技術(shù)分析

吳昆

摘 ?要：以某入?？趨^(qū)域含淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土層的軟土基坑為背景，重點講述了淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土層的特點及危害。結(jié)合實際工程的地質(zhì)條件，主要介紹了松木樁、鋼板樁、水泥攪拌樁三種常見的支護(hù)措施及施工方法，在此基礎(chǔ)上系統(tǒng)論述了該工程采用的綜合性支護(hù)體系，為類似基坑支護(hù)提供參考。

關(guān)鍵詞：淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土;松木樁;鋼板樁;水泥攪拌樁;綜合性支護(hù)體系

中圖分類號：U416.1 ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? ? ? ? 文章編號：2095-2945（2020）02-0142-02

Abstract： Taking the soft soil foundation pit with muddy silty clay layer in the estuary as the background， this paper focuses on the characteristics and harm of muddy silty clay layer. Combined with the geological conditions of the actual project， three common support measures and construction methods of pine pile， steel sheet pile and cement mixing pile are mainly introduced. On this basis， the comprehensive support system adopted in this project is discussed systematically to provide reference for similar foundation pit support.

Keywords： muddy silty clay; pine pile; steel sheet pile; cement mixing pile; comprehensive support system

沿海城市憑借其良好的區(qū)位優(yōu)勢，經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，其基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)需求亦是與日俱增。為了解決土地供應(yīng)緊張的局面，許多新興城市選擇開發(fā)臨海灘涂區(qū)域。然而，臨海區(qū)域地質(zhì)條件往往較差，大多以海相淤泥質(zhì)軟土為主，其中淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土是軟土中的常見夾層。淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土滲透性差、含水率高、孔隙比大、壓縮性高、抗剪強(qiáng)度低，具有一定的觸變性和蠕變性。我國幅員遼闊，軟土分布相對分散，除了東南沿海地區(qū)外，在內(nèi)地河湖、山間谷地、草原盆地甚至西部高原及東北平原都有分布[1]，而軟土地基的基坑支護(hù)及處理，一直是房建工程、道路橋梁工程的技術(shù)難題。地質(zhì)條件的復(fù)雜多樣決定了不同的地質(zhì)狀況應(yīng)采用不同基坑支護(hù)方案。淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土的存在，會影響地基承載力及邊坡穩(wěn)定性，在基坑支護(hù)時需要采取針對性的技術(shù)措施確?；臃€(wěn)定。

1 工程概況

以某入?？趨^(qū)域創(chuàng)業(yè)大廈工程為例，該工程占地約6.5公頃，地下1層，地上17層;主樓建筑物總高度71.80m，標(biāo)準(zhǔn)層層高3.9m;總建筑面積64440.6m2;建筑設(shè)計使用年限50年，工程類別為一類，該建筑抗震設(shè)防烈度為6度;主體采用鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)為樁基礎(chǔ)。

根據(jù)區(qū)域地質(zhì)資料，經(jīng)前期地質(zhì)勘察，擬建場地地層分布穩(wěn)定，層序較清晰，主要由第四系粘性土、砂土組成，下伏基巖為白堊系-王氏群紅土崖組泥巖。根據(jù)地層巖性、成因時代及工程特性的不同，地層自上而下分述如下：（1）素填土：灰褐色，頂部以新近回填風(fēng)化殘積土為主，含礫石及磚塊，底部以粘性土為主，回填年限約20年，平均厚度1.77m;（2）淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土，灰褐色，流塑或軟塑狀態(tài)，含有機(jī)質(zhì)，有腥臭味，含少量粉砂顆粒及海星貝殼，有輕微搖振反應(yīng)，切面偶有光澤，平均厚度11.27m;（3）粉質(zhì)黏土，灰黑色、灰黃色，可塑～硬塑，含鐵錳結(jié)核及少量鈣質(zhì)結(jié)核，干強(qiáng)度、韌性中等，平均厚度2.35m;（4）細(xì)砂：褐黃色，主要礦物成分為長石、石英，含少量粘性土，平均厚度2.60m;（5）中砂：肉紅色，中密～密實，主要礦物成分同細(xì)砂，磨圓度較好，平均厚度6.18m;（6）強(qiáng)風(fēng)化泥巖：灰紫色，主要由粘土礦物組成，泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，原巖結(jié)構(gòu)構(gòu)造大部分破壞，裂隙發(fā)育，平均厚度10.58m;（7）中風(fēng)化泥巖，灰黑色，巖芯呈柱狀，節(jié)理發(fā)育，鐵質(zhì)浸染。

一般情況下，如若軟土層較薄，對基坑安全穩(wěn)定威脅較小，可以采用換填或挖除處理。由地層條件可知，該區(qū)域存在厚度超過11m的淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土層，對基坑支護(hù)工程提出了較大挑戰(zhàn)，基坑支護(hù)方案需要充分論證。

2 綜合支護(hù)體系

基坑支護(hù)是確?；禹樌_挖，維護(hù)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)施工安全的重要保障。由于地域的差異性，各地區(qū)淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土物理力學(xué)特性不同，結(jié)合前期施工經(jīng)驗、相關(guān)試驗結(jié)果、地層條件和基坑開挖深度等因素，擬建基坑采用放坡開挖+掛網(wǎng)噴面+松木樁+鋼板樁+水泥攪拌樁支護(hù)體系。主要工藝環(huán)節(jié)具體如下：

2.1 松木樁

松木富含松脂，防腐、防菌性能良好，可深埋地下承擔(dān)支護(hù)作用。淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土含水量較豐富，且排水固結(jié)時間較長，松木有“水浸萬年松”之說，可在水位以下長時間工作，其工程應(yīng)用的典型案例即是在古運河“靈渠”的基礎(chǔ)處理工程中。松木樁加固軟土地基具有施工周期短、經(jīng)濟(jì)效益好、生態(tài)效果顯著等優(yōu)點，在淤泥質(zhì)土的基坑支護(hù)中具有很好的適用性。其支護(hù)原理主要有以下兩點：一是支撐作用：松木樁打入軟土層后，替代了部分低模量、低強(qiáng)度土體，在外部荷載作用下，松木樁更多的承擔(dān)應(yīng)力，而樁周土體負(fù)擔(dān)相應(yīng)減輕，這種樁與土的復(fù)合地基無論是承載力還是模量均優(yōu)于原土體;二是擠密作用：松木樁在打入過程中，樁周土體由于側(cè)向擠壓，密實度隨之提高，壓縮性降低，與此同時，松木樁在吸收淤泥中的水分后，亦可發(fā)生體積膨脹，擠密周邊土地[2]，擠密作用會提高樁間土的承載力，增大樁身摩擦力，有效改善土體性能。該工程邊坡比例為1：4.2，待修坡結(jié)束后，沿邊坡從上往下壓打松木樁，松木樁統(tǒng)一長度為6m，自坡頂向下插入6排，排距700mm，間距500mm，成梅花形布置;在坡底離鋼板樁1m處向上插入4排松木樁，排距700mm，間距500mm，成梅花形布置;剩余坡段的梅花形木樁，改為排距1m，間距1m。壓打施工時采用挖機(jī)配合鋼絲繩起吊松木樁，人工配合使木樁就位，鑒于松木樁強(qiáng)度高，彈韌性好，能承受一定的沖擊力，可用挖機(jī)把木樁直接壓入邊坡。同時，為增強(qiáng)松木樁之間的整體工作性，避免邊坡滑移，坡面采用100mm厚C20細(xì)石混凝土進(jìn)行噴漿護(hù)坡處理，內(nèi)配φ6.5@100×100的鋼筋網(wǎng)片;為了確保噴射混凝土的初、終凝時間滿足要求，添加3%的速凝劑。需要完善的是，松木樁對軟土地基的處理缺乏相應(yīng)的規(guī)范規(guī)定，對于樁長、間距的設(shè)定主要依靠施工經(jīng)驗。在松木樁設(shè)計計算中，要根據(jù)地質(zhì)情況合理選取松木樁側(cè)摩阻力系數(shù)及樁間土承載力折減系數(shù)，在松木樁施工時要根據(jù)現(xiàn)場試樁及載荷試驗確定布置形式[3]。

2.2 鋼板樁

鋼板樁主要由冷彎或熱軋型鋼和柱相互連接形成連續(xù)緊密的墻體，起到擋土或擋水的作用，在沿海地區(qū)軟弱地層中應(yīng)用非常廣泛，適用于淤泥質(zhì)土、粉質(zhì)黏土、粉土、細(xì)砂、中砂層等地質(zhì)條件。鋼板樁具有強(qiáng)度高，隔水性能好，施工周期短，可重復(fù)回收使用，經(jīng)濟(jì)環(huán)保等優(yōu)點，在施工過程中取土量和混凝土使用量均較少，在我國被大規(guī)模應(yīng)用于基坑支護(hù)工程當(dāng)中。鑒于鋼板樁的大量應(yīng)用，我國及時頒布了《熱軋U型鋼板樁》標(biāo)準(zhǔn)，用于指導(dǎo)施工。該工程中鋼板樁采用機(jī)械手插入，打設(shè)時先用機(jī)械手將鋼板樁吊至插樁點進(jìn)行插樁，插樁時鎖口對準(zhǔn)。為保證垂直度，應(yīng)用兩臺經(jīng)緯儀加以控制，在樁行進(jìn)方向的鋼板樁鎖口處設(shè)卡板，避免鋼板樁發(fā)生位移。另外在插入鋼板樁的過程中，由于下端存在淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土的嵌擠，而上端相對自由，鋼板樁會發(fā)生一定程度的傾斜，要視具體情況及時采用合理的糾偏措施?？紤]到鋼板樁屬于柔性支護(hù)結(jié)構(gòu)，剛度仍然較小，當(dāng)鋼板樁插至預(yù)定深度后，立即用鋼筋或鋼板與圍檁支架焊接固定，形成穩(wěn)定性平衡結(jié)構(gòu)，確保支護(hù)體系的安全穩(wěn)定。但鋼板樁這種支護(hù)方式亦有諸多弊端，例如在擊打沉樁時會產(chǎn)生很大的施工噪音，影響周邊環(huán)境，而且鋼板容易受力變形引發(fā)安全問題[4]。

2.3 水泥攪拌樁

水泥是廣泛應(yīng)用的水硬性膠凝材料，其與淤泥質(zhì)軟土混合后會發(fā)生系列物理化學(xué)作用，例如水化反應(yīng)、水解反應(yīng)、水泥與黏土顆粒的結(jié)合作用，從而實現(xiàn)土質(zhì)固結(jié)，這正是水泥攪拌樁的加固原理。增大水泥含量，會顯著增強(qiáng)水泥攪拌樁的抗剪強(qiáng)度與抗壓強(qiáng)度，完整性亦隨之提高，同時已有研究表明，水泥攪拌樁施工后前14天齡期內(nèi)的強(qiáng)度增長較快，完成了28天齡期內(nèi)強(qiáng)度增長值的80%左右[5]，因此應(yīng)在攪拌樁養(yǎng)護(hù)初期盡量減少擾動。該工程在基坑周邊采用單軸水泥攪拌樁連續(xù)墻4排，單根直徑500mm，間隔350mm，搭接150mm，樁長12m，水泥用量為70kg/m。該工程所采用的基礎(chǔ)形式為預(yù)制混凝土樁基礎(chǔ)，在樁基礎(chǔ)打壓施工及樁間土開挖過程中，極易引發(fā)周圍土體的擾動和外圍淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土的流動，存在基坑內(nèi)土體上涌進(jìn)而導(dǎo)致樁基礎(chǔ)集體上涌的巨大隱患，因此水泥攪拌樁設(shè)計樁長為12m，超過淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土層的厚度，從而在根本上杜絕了外圍土體繞過水泥攪拌樁端頭涌入基坑底部的風(fēng)險。為了進(jìn)一步增強(qiáng)水泥攪拌樁連續(xù)墻的整體剛性，在樁體內(nèi)插一排H型鋼，型鋼長12m，間距1050mm。插入前，需在H型鋼表面涂刷減摩劑，型鋼上露部分用鋼筋焊接相連，頂面加壓頂梁。需要注意的是水泥攪拌樁在下沉和提升過程中均應(yīng)注入水泥漿液，同時嚴(yán)格控制下沉和提升速度，根據(jù)設(shè)計要求和有關(guān)技術(shù)資料規(guī)定，下沉速度不大于0.5～0.8m/min，提升速度不大于1.5～1.8m/min，并在樁底部適當(dāng)持續(xù)攪拌注漿。另外，水泥攪拌樁的成樁質(zhì)量需要通過取芯進(jìn)行檢驗，成樁質(zhì)量受施工工藝、軟土特性、水泥含量、養(yǎng)護(hù)時間、外界擾動等諸多因素的影響。根據(jù)不同的地質(zhì)條件，如何在滿足設(shè)計及規(guī)范要求下，實現(xiàn)水泥攪拌樁施工的經(jīng)濟(jì)合理性，依然需要總結(jié)探索。

3 結(jié)束語

新時代背景下，房建類結(jié)構(gòu)高度及體量均趨于增大，基坑支護(hù)及地基處理的要求亦是水漲船高，針對淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土層等特殊地層，更應(yīng)充分論證支護(hù)方案的可行性。更多情況下，單一的支護(hù)措施作用有限，難以全面解決問題，而綜合性的支護(hù)體系已成必然。該工程采用的放坡開挖+掛網(wǎng)噴面+松木樁+鋼板樁+水泥攪拌樁綜合支護(hù)體系，充分發(fā)揮了支護(hù)作用。通過基坑周邊深層土體的水平位移監(jiān)測、基坑周邊地下水位監(jiān)測以及周邊環(huán)境的沉降觀測，基坑穩(wěn)定性大大增強(qiáng)，該綜合支護(hù)體系可以在類似基坑支護(hù)中借鑒采用。綜合來看，我們應(yīng)該從質(zhì)量安全、經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境協(xié)調(diào)等諸多方面出發(fā)，選擇適用于實際工程的支護(hù)體系。

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