深圳前海填海区软基处理方法比选

2016-10-24王传智

广东建材 2016年7期

关键词：管桩淤泥土层

王传智

（深圳市路桥建设集团有限公司）

深圳前海填海区软基处理方法比选

王传智

（深圳市路桥建设集团有限公司）

本文针对深圳前海地区现场环境条件，通过对某大型深基坑工程的注浆钢管桩、高压旋喷桩及预应力高强混凝土管桩三种试桩方案的效果及其经济性进行对比分析，确定了适合本地区地质条件的最佳地基处理方法，供后续同类工程借鉴参考。

填海区；注浆钢管桩；高压旋喷桩；预应力高强混凝土管桩；地基处理；方案比选

1　引言

目前大中城市机动车保有量持续上升，地面道路及高架饱和，地下空间被大规模开发利用来修建地下交通，尤其以沿海发达地区为甚。深圳改革开放以来滨海地区进行了大面积填海造陆，填海区地质条件差（地层中含较厚淤泥质土及杂填土），导致后续道路工程施工及地基处理难度极大。目前深圳地区基坑地基处理多采用CFG桩、高压旋喷桩、PHC管桩、注浆钢管桩、真空堆载预压等方式对基坑底土体进行加固处理，以满足地下结构对地基承载力的要求。

2　工程概况

本工程位于深圳前海合作区，施工道路长680m，分为地上道路及地下隧道两层，地下隧道施工采用明挖基坑的施工方式，基坑开挖长度680m，宽度40～75m，最大开挖深度27.5m，基坑安全等级为一级。基坑深度范围内主要为填土（石）层或淤泥层等软弱土层，针对此特点，基坑支护主要采用排桩结合内支撑的支护形式，桩间采用三重管高压旋喷桩作为止水帷幕，桩底进入相对不透水层，基坑内设置排水沟和集水井，通过明排的方式将坑内集水抽排至基坑顶截水沟后，经三级沉淀池排入市政排水系统或现有明渠。

3　场地地质概况

3.1工程地质条件

线路原始地貌为海冲积平原及滨海滩涂，原始标高约-2.32～-0.10，后经填、挖、整平等人工改造，形成现在低缓起伏的地形地貌，地面标高为5.16～12.14m。基坑深度范围内主要为填土（石）层及淤泥层等软弱土层，其组成成分不均匀，分布无规律，处于松散～稍密状态，物理力学性质一般。填土层下方存在较厚淤泥或淤泥质土，具有含水量高、高触变性、高压缩性和低强度、自稳能力差的特征。

根据现场勘察报告揭露，场地内主要土层结构自上而下为人工填土、淤泥或淤泥质土、黏土、混合花岗岩，各土层厚度及物理力学参数见表1所示。

表1　土层结构及物理力学参数

3.2水文条件

勘察期间，大部分钻孔见地下水，地下水类型主要有第四系松散层中的上层滞水、孔隙潜水和基岩裂隙潜水三种。

⑴上层滞水：不连续赋存于表层土层中，大部分区域水量较小，主要靠大气降水补给，水位因季节、降雨情况而异。

⑵孔隙潜水：主要赋存于人工填土（石）、第四系海积粗砂（含淤泥），第四系全新统冲洪积粗砂层，第四系上更新统冲洪积粗砂、砾砂层中，其含水量丰富，残积砂质黏性土及黏性土层中含少量孔隙潜水。主要靠大气降水补给，略具承压性，与周边河流、溪流水、海水有一定的水力联系，水位因季节、降雨情况而异。

⑶裂隙承压水：线路基岩为混合花岗岩，该类型地下水主要赋存于基岩强～中等风化带中，富水性因基岩裂隙发育程度、贯通程度及胶结程度、与地表水源的连通性而变化，由于基岩表层分布有全风化层及残积黏性土层，故其与上覆上层滞水和地表水的水力联系相对较弱，地下水具承压性，线路基岩裂隙水为较丰富。

由于受季节变化、降雨及海水水位变化的影响，地下水水位会有所变化，故需对全线地下水水位进行长期观测。

4　地基处理施工方案比选

本工程基坑底所在土层主要为淤泥土层，局部开挖较深处为黏土层，淤泥土层承载力基本容许值为80kPa，黏土层为160kPa，而根据设计要求，地下隧道地基承载力要求不小于200kPa，因此需对基坑底以下土体进行加固处理。深圳前海滨海不良地质区此前均为未开发荒地，可借鉴的软基处理工程案例较缺乏，故对本工程基坑底地基处理欲采用注浆钢管桩复合地基、高压旋喷桩复合地基及预应力高强混凝土管桩复合地基三种施工方案进行试桩，比选得出最优方案再进行大面积施工。

4.1注浆钢管桩复合地基

注浆钢管桩由外侧包裹的级配碎石、水泥浆、钢筋笼、中间的注浆钢管及桩帽五部分组成。设计桩径200mm，桩长12m，桩间距0.8m，正方形布置，每根桩中心位置放入一根φ80mm厚5mm的钢管做注浆管，管口切割成V型，注浆钢管外下放2.2m长钢筋笼，注浆钢管与钢筋笼外侧填充粒径5～15mm级配碎石，并从孔底注入水泥浆，水泥采用P.O.42.5R普通硅酸盐水泥，水灰比0.4～0.5，每米水泥用量不小于55kg，水泥浆内掺入粉末阻锈剂（替代水泥质量的2%～3%）和早强减水剂（替代水泥质量的1.5%），浆液由孔底逐渐上升直至溢出孔口后再停止注浆，最后在桩顶制作边长300mm、厚200mm的方形水泥混凝土桩帽。

对注浆钢管桩复合地基的质量检测标准为：配合比试验水泥碎石试块抗压强度不低于C20混凝土，单桩承载力特征值不小于140KN。注浆钢管桩大样图如图1所示。

图1　注浆钢管桩大样图

此种桩型施工后成桩效果不理想。首先，由于桩孔小且孔口有钢筋笼导致碎石填充后难以振捣密实，且施工过程中泥浆护壁效果差，孔内出现坍孔或缩颈现象，致使碎石无法填充至孔底。其次，注浆钢管管口所处地层为砂质黏性土层，局部为粗砂层，在碎石填充过程中，不断振捣密实，造成水泥浆液上升压力增大，从桩底孔隙流走而无法返浆至孔口，无法满足设计要求。此外，注浆钢管桩施工过程繁琐，下放钢筋笼、碎石填充、振捣等工序均需人工操作，施工机械化程度低，进度慢。由于工后成桩效果不理想，故未进行桩基质量检测。注浆钢管桩施工现场情况见图2。

图2　注浆钢管桩试桩现场照片

4.2高压旋喷桩复合地基

高压旋喷桩采用双管旋喷工艺，设计桩径600mm，平均桩长10m，桩间距0.7m，正方形布置。旋喷桩水泥浆水灰比为1：1，水泥采用P.O.42.5R普通硅酸盐水泥，水泥用量不小于300kg/m，水泥浆掺入水泥用量1%的三乙醇胺。施工中旋喷桩气压力0.7～0.8MPa，提速为8～10cm/min，转速为4～6r/min。

对高压旋喷桩复合地基的质量检测标准为：在成桩28d后，用双管单动取样器钻取桩芯，直观地检验桩体整体性和均匀性，将所取岩芯做成标准试件进行抗压强度试验，抗压强度不小于1.5MPa。取芯检验合格后采用平板载荷试验进行复合地基检测，地基承载力不小于200kPa。

高压旋喷桩施工有机械体积小、施工占地少、振动小、噪音较低等优点，不会对周围既有建筑物产生振动和噪声危害，对土层的适用范围较广，亦可用于空间较小处，其施工工艺简单，机械化程度较高，施工进度快，可进行大面积施工。但其缺点在于施工中有大量泥浆排出，现场泥浆横流，安全文明施工管理难度大，大范围施工易造成环境污染。此外，由于本地区地表土层为新近人工填海造陆形成，地表以下局部含有大粒径的孤石或植物根茎，对桩基施工带来不利影响。施工后对成桩质量进行检验，通过开挖揭露，高压旋喷桩桩身水泥浆填充较均匀，桩径满足设计要求；钻孔抽芯检测结果显示，桩长、桩身完整性及无侧限抗压强度均满足设计要求；复合地基载荷试验结果显示，地基承载力特征值可达到200kPa，满足设计要求。高压旋喷桩施工现场情况如图3所示。

图3　高压旋喷桩试桩现场照片

4.3预应力高强混凝土管桩（PHC管桩）复合地基

PHC管桩采用桩径400mm、壁厚95mm的A型高强混凝土管桩，平均桩长12m，桩间距1.8m，正方形布置，桩身混凝土强度等级C80，抗渗等级不低于S10，并掺入钢筋阻锈剂，桩尖采用闭口型平底十字形桩尖，接桩采用CO2气体保护焊进行焊接，接头外侧涂满防腐涂料，桩头处焊接10mm厚方形钢板封堵孔口，桩顶标高找平后先满铺一层土工格栅后再施工碎石垫层。

PHC管桩复合地基的质量检验标准为：首先采用低应变动力测试检测桩身完整性，检测合格后进行单桩竖向抗压载荷试验，要求单桩承载力不小于800kN，并且满足复合地基承载力不小于200kPa的设计标准。

本工程PHC管桩施工机械选用改装的履带式液压锤击打桩机，机型较大，移动灵活，施工速度快、功效高，避免了老式柴油锤击打桩机产生的废气对环境的污染，同时预应力混凝土管桩单桩承载强度高，适应各种软弱地层情况。缺点在于，对于深圳前海地区地表含有较厚淤泥层，土体承载力低，为确保桩机施工安全，需先用素土置换1.0m作为施工面。管桩施工中打桩锤冲桩会对周围土体及建筑物产生一定影响，所以桩基与重要构筑物之间需保持不小于2m的安全距离。且施工机械较大，不适合在空间高度受限的条件下施工。试桩完成后对抗压强度及承载力进行检测，检测结果均满足设计要求。PHC管桩施工现场情况如图4所示。