高海拔地区体育场馆建设工程中的综合地基处理技术

商志辉 骆发江 李 鹏 周 林 王 震 曾 进 张岩涛

中建三局集团有限公司西北分公司 陕西 西安 710065

1 工程概况

青海省海东体育中心建设项目体育场±0 m相当于绝对高程2 005.45 m，体育馆±0 m相当于绝对高程2 002.95 m。由于场坪地势高低起伏，场地内高差达12 m，土方工程量大、工期紧迫、费用高，场区内回填土范围大。经建设单位、设计单位、监理单位组织相关专家论证分析后，确定体育场地基处理采用素土加强夯处理技术。

在施工体育馆桩基时，孔隙塌陷现象较严重，原设计采用干作业成孔方式，因卵石层夹层分布较多，且地下5 m位置水位涌现，地下水带动夹层内流砂导致连续性坍孔，致使钻机成孔至5 m位置时无法完整成孔。根据探孔揭露，现场地层岩性自上而下分别为①2层杂填土、②层黄土状土、③层饱和黄土、④层卵石层、⑤层泥岩。其中③层饱和黄土层中含有夹层，实际施工时发现有不均匀的卵石层分布于该层，且级配不良，为10～40 cm的粉土薄夹层及砾石薄夹层，经专家研究讨论后，试桩采用全护筒钻孔灌注桩施工工艺，原施工方案增加φ1 000 mm×12 mm×7 000 mm护筒，先成孔（钻进至②层黄土状土层），后下护筒，然后持续钻进至设计地层标高，因地下水携带大量泥砂（捞渣时取不出来）涌入钢筋笼与护筒内，灌注混凝土后，在拔出护筒时，钢筋笼同时拔出，此方案不可行。再次经专家论证后，采用全钢护筒配合旋挖钻机成孔，采用先灌注混凝土、后插钢筋笼工艺进行施工。

实际施工时地下水静止水位埋深为－2.0 m，稳定水位埋深为－9.4 m，稳定水位埋深平均值为5.62 m，地下水储藏较为丰富。体育馆基础采用干作业钻孔扩底桩，桩径为800 mm，扩底1 400 mm。选用④层卵石作为桩端持力层，桩端进入④层卵石≥1.2 m，且应同时满足桩长＞6 m。

2 施工重、难点分析

2.1 强夯法地基处理施工重难点

1）对场地方位内的地下障碍物、管线埋设及场地周边建筑物情况进行详细调查，当有碍施工或可能引起不利影响时，须采取相应保护。

2）施工区域应布控水准高程点，并加以保护，测出施工面的实际高程后，方能进行强夯施工。

3）坑底倾斜而造成夯锤歪斜时，应及时将坑底整平，确保夯击效果。

4）强夯法地基施工时，极易出现地面隆起及翻浆。在出现翻浆的饱和黏性土上，宜在夯点下铺填碎石垫层，以保证孔隙水压的消散，可分层铺填，及时调整夯点间距、落距、夯击数等，使之不出现地面隆起和翻浆。必须雨期施工时，现场应挖排水沟，设集水井，地面不得有积水，减少夯击数，增加孔隙水的消散时间。

2.2 桩基后插钢筋笼施工重难点

1）钢筋笼插入时应控制其垂直度，并使钢筋笼到达设计标高。

2）下笼过程中应首先利用钢筋笼自重压入，压至无法压入时再启动振动锤，减少由振动锤振冲导致的钢筋笼移位。

3）钢筋笼下插至设计位置后关闭振动锤，用吊车把各振动锤提出孔外，提出过程中为保证混凝土密实性，每提3 m开启振动锤一次。

3 主要施工技术

3.1 高海拔地区体育场强夯地基处理技术

经建设单位和设计院确认后，设计单位出具了海东市体育中心项目地基强夯处理措施。其中，建筑基础部分强夯后的地基承载力不小于120 kPa；道路及广场、球场等建（构）筑物处的回填土采用厚15 cm灰土垫层（压实系数0.95）；绿化处的回填土采用素土夯实（强夯后，压实系数不小于0.8）；其余部位素土夯实（强夯后，压实系数不小于0.9）。

强夯地基处理时，首先将场区内清表，清除①1层耕土。然后对原场地进行第1遍强夯，使①2层杂填土加固及消除②层黄土状土的湿陷性，第1遍强夯后回填素土至设计高程上1 m，第2遍强夯至设计高程。

第1遍强夯先按4 m×4 m×4 m梅花点布置进行点夯，夯击6～8遍，达到规定下沉量，点夯完成后，再进行低锤满拍；第2遍夯击重复第1遍夯击工序。

强夯施工采用带有自动脱钩装置的50 t履带式强夯机，为防止落锤时机架倾覆，在臂杆端部设置缓冲架，脱钩装置应开启灵活，起吊时夯锤不歪斜，设备组装后应检查落距控制系统。本工程单击夯击能3 000 kN·m，2种拟采用的夯锤质量为15～20 t，夯锤直径为2.50 m，高1.07 m，为利于夯锤着地时坑底空气排出和起锤时减小坑底的吸力，提高夯击效果，在锤上对称设计4个排气孔，夯击遍数为2遍夯完。夯击次数以最后两击平均夯沉量不大于5 cm进行控制[1-4]。

因体育中心项目场地内有未拆迁的民房、配电室及其他建（构）筑物，为保护该部分建（构）筑物，避免引起民事纠纷，强夯范围内距民房、配电室及其他建（构）筑物周围5 m内挖2道强夯减振沟，减振沟深4 m、宽1.5 m，同时在周边设置振动监测点，观测振动效果，开挖底部四周设置集水坑，防止基坑积水。

3.2 体育馆桩基后插钢筋笼施工技术

首先，将钻机钻进至②层黄土状土层，之后采用φ1 000 mm×12 mm×7 000 mm的钢护筒进行配合作业。护筒跟进深度与桩身一致，放置混凝土导管，灌注混凝土，待混凝土浇筑后拔出；其次，把制作好的钢筋笼套入振捣器，用吊车同时吊起振捣器和钢筋笼，利用自重使钢筋笼插入混凝土，当不能下落时，开启振捣器，用振捣器把钢筋笼送到设计的深度后立即停止振捣，以此来保证桩基施工的正常进行。

3.2.1 造孔技术要点

1）预钻进。预钻进是在保证不坍孔情况下的开孔钻进过程。依据体育场场地地质条件，预钻进深度以7 m为宜，从而达到减小下设护筒时桩周土对护筒的阻力，增加护筒下设深度的目的。

2）下护筒。下护筒的目的是挡土并保证孔壁周围土层的稳定、防止地下水渗入桩孔。本工程中每台钻机搭配2套φ1 000 mm×12 mm×7 000 mm的钢护筒。

3）钻进①2层回填土、②层黄状土及③1层卵石。选用旋挖斗在卵砾石层中钻进，保证钻进取土效率，同时还要保证及时跟进护筒埋设。

4）钻进③层饱和黄土、④层卵石。钻具在普通岩层钻进时应选用锥型短螺旋＋旋挖斗（合金斗齿＋锥型导向斗齿），对于超过70 MPa硬度岩石的，应选用筒钻＋旋挖斗（合金斗齿＋锥型导向斗齿）。

5）涌水。本工程地质条件中卵砾层以下地下水丰富，故在钻孔过程中应及时跟进护筒，保证地下水被封堵于孔外，达到入岩后作业环境要求。

6）取渣。提取钻杆，将扩孔器更换为钻孔器进行捞渣，直至卵石捞尽。

7）验孔。在监理工程师的见证下检验孔深、孔径、坍孔及清渣情况，验收合格后方可进行下一道工序施工。

8）灌注混凝土。预拌混凝土强度等级为C35S8，坍落度为180～220 mm，导管底部距孔底300～500 mm，导管首次埋入混凝土灌注面以下不得少于1 m，在灌注过程中，导管埋入混凝土深度宜为3 m。灌注混凝土应连续施工，并应控制提、拔管速度，严禁将导管提出混凝土灌注面，桩顶混凝土必须振插密实。

3.2.2 后插笼施工

1）清理桩孔，如果桩口部位有落入的泥土、杂物须先清理干净。把制作好的钢筋笼套入振捣器，用钻机自带的吊钩同时吊起振捣器和钢筋笼。振动器压住振动导管顶部并固定牢固，振动导管压住后插钢筋笼底部，顶部与钢筋笼顶平齐，边压边振动，使导管与钢筋笼一起沉入混凝土至设计笼顶标高，然后将振动导管拔出。此工序要间歇振捣，需用水准仪观测振捣器钢管上预先做好的标记，防止钢筋笼插放过深或不到位。

2）边振动边插入钢筋笼，利用附带导管振冲钢筋笼底，不得直接振压钢筋笼顶部，防止钢筋笼发生移位变形。边振动边沉入钢筋笼时，钢筋笼配筋的方向应提前预排布，保证钢筋笼在沉入过程中不旋扭。

3）钢筋笼底部缩径形成锥形，锥形底部直径应小于振动导管，保证底部钢筋笼有足够的振动力，底部钢筋焊接应牢固（图1）。

图1 吊运钢筋笼

4）钢筋笼起吊时，应保证3个吊点，在空中逐步竖立，保证钢筋笼不弯曲扭转。为防止钢筋笼自由下沉，对沉入到位的钢筋笼应做好定位固定措施。

4 施工效果

1）运用强夯地基处理关键技术，成功解决了海东体育中心地形高差大的问题，使原土层①2层杂填土得到加固，原土层经过处理后消除了②层黄土状土的湿陷性，提高了地基的承载力、压缩模量。同时，节约了体育场基础处理施工工期，降低施工费用。

2）传统地基处理的经验做法为灰土换填，根据海东地区的土质特性，通过总结优化强夯地基处理技术，不仅解决了湿陷性原黄土层承载力不足的问题，而且避免了素土回填沉陷风险，从而保证了地基承载力的要求，取得了良好的实施效果。

3）创新运用体育馆桩基后插钢筋笼施工技术，即先将混凝土灌注到设计标高后，再借助专用的振动设备将钢筋笼插入混凝土至设计标高，形成钢筋混凝土灌注桩，有效解决了高海拔地区复杂土层钻孔灌注桩坍孔、颈缩等技术难题，保障了施工质量，赢得了建设单位的好评。

4）桩基混凝土到达龄期后，委托第三方试验室进行了桩身完整性检测和静载试验，检验结果符合设计图纸要求，由泥浆护壁变更为钢护筒成桩，减少污染，取得了较好的环境效益和经济效益。

5 结语

高海拔地区体育场建设综合地基处理技术在海东体育中心项目的成功应用，有效地解决了海东体育中心项目地基处理时间长、费用高的问题，建设单位委托第三方检测单位进行了桩身完整性检测和静载试验，结果均符合设计要求，经济效益显著，工期、质量亦满足要求，获得建设、监理单位的一致好评。