石粉回填土质基础施工方法探讨

余永铮

（厦门联发（集团）房地产有限公司）

0 引言

近几年基础施工安全事故频出，在造成人身伤亡和财产损失的同时，也对社会造成巨大负面影响。2016年，厦门联发房地产总投资6.2 亿元在南安市水头镇海联创业园内开发高层住宅项目——联发君悦湾，总建筑面积约188285m2，总用地面积60642m2，一期6 栋高层建筑面积95695m2，二期5 栋高层建筑面积90572m2，三期建筑面积1923m2。在项目勘探阶段，发现回填土中存在大量石粉。由于行业中存在同样施工条件的可参考案例少，如何选择合理的施工工艺成为项目建设过程中的一大挑战。主要难点在于，如：项目设计初稿上虽然提供了两种压桩方式的控制标准，但具体选用得结合实际情况，可行性有待验证；桩基施工后，出现设备行走更为困难的情况；支护上原先出于对成本的考虑仅考虑自然放坡结合木桩，实际试挖后发现流动性太大无法采用原方案开挖；该类型土质降排水措施的选择等。本文结合现场试验分析石粉作用机理，提出合理设计、施工方案，以供参考。

1 场地概况

1.1 地质情况

场地原始地貌单元属海滩潮间地带，目前场地地势较开阔、平坦。地面高程为5.0m～6.5m，根据地勘报告，桩基持力层以上土层从上而下划分为四个工程地质层。具体分层情况为：

⑴素填土层：成分主要由石材加工中产生的石粉回填（图1），时间3～5 年，未经专门压实处理，结构松散，力学性质受含水量及人为扰动影响较大，当含水扰动时易形成流塑～软塑状，整个场地均有揭露，该层压缩性高。层厚约1.7m～6.4m，层顶面标高1.07m～5.89m，层底面标高-2.74m～2.63m。

图1 石粉回填

⑵淤泥质土：主要有粘粉粒组成，局部含有朽木及中粗砂颗粒或粉细砂薄层，有臭味，切面粗糙无光泽，整个场地均有揭露，该层属高压缩性地基土，力学强度低，工程性能差。层厚约2.2m～7.9m，层顶面标高-2.74m～1.63m，层底面标高-8.74m～1.98m。

⑶中粗砂：成份主要由中粗石英颗粒组成，砂质不纯，含泥约10%～15%，局部层底含有少量卵砾石，卵砾石粒径为1m～5㎝，卵砾石磨圆度较差，颗粒级配较差，整个场地均有揭露，该层属中压缩性地基土，力学强度中等，工程性能一般。层厚约1.1m～6.4m，层顶面标高-8.74m～1.98mm，层底面标高-14.32m～-6.57m。

⑷残积砂质粘性土：系中粗粒花岗岩原地风化残留产物，矿物成分长石、云母已全风化为次生粘土矿物，土中大于2mm 的石英颗粒含量一般小于20%，手捏土样稍有滑腻感，土样刀切面较光滑、无摇振反应，韧性中等、干强度中等，整个场地均有揭露，该层力学强度中等，工程性能一般。层厚约2.3m～17.1m，层顶面标高-14.32mm～-6.57mm，层底面标高-26.31m～-9.98m。

1.2 地下水情况

根据钻探揭露，本场地地下水类型按其埋藏条件主要为上层滞水、孔隙和网状裂隙承压水、基岩裂隙承压水三种类型。

上层滞水主要赋存于填土层（素填土）土体孔隙中，主要接受大气降水的垂直渗透补给及相邻水层的侧向渗流补给，水量变化较大，本场地素填土结构较为松散，大气降水时，较易聚集地下水并向低洼处排泄，素填土透水性一般～较差，属弱透水层。

孔隙承压水主要赋存和运移于中粗砂的土体孔隙中，补给条件主要接受外侧含水层侧向运移补给，并向低洼处渗流、排泄。中粗砂为主要含水层，其透水性、富水性好，总体属强透水层。

孔隙和网状裂隙承压水主要赋存和运移于残积土、全风化、强风化（散体状）岩的孔隙和网状裂隙中。主要接受上部含水层的垂直渗透补给和地下水相邻含水层的侧向运移补给为主，其透水性、富水性差～较好，属弱透水层。

基岩裂隙承压水主要赋存和运移于强风化（碎裂状）岩、中风化岩的基岩裂隙中，补给条件以地下水的侧向迳流补给为主，以该类地下水的赋存及补给条件，其水量大小及渗透性高低均与基岩各部位裂隙发育程度及裂隙性质有关。该场地基岩裂隙发育不均匀、岩体裂隙各向异性，使其透水性和涌水量也表现出随机不均匀性，根据场地所处构造部位结合现场钻探情况分析，本场地基岩张性裂隙发育、水量较为丰富，基岩裂隙承压水富水性总体上较好，属弱～中透水层。

2 基础设计要求

⑴工程桩的桩端持力层为中风化花岗岩层或砂砾状强风化花岗岩层。

⑵支护结构体系：分期交接处基坑采用自然放坡+木桩支护方式、电梯基坑采用双排管桩、临近市政路采用拉森钢板桩支护形式。

⑶本工程在设计环境类别及结构设计使用年限为基坑开挖结束六个月内应确保地下室底板施工完成，一年内地下室主体施工完成。

3 施工方法控制要点

3.1 桩基施工

静力压桩机：型号ZYJ-1000F，尺寸16m×9m，整机含配重总重量580t，机身重量240t。

锤击压桩机：型号YC-14，机身重量约60t。

本项目石粉回填层已经过3 年以上静置未受扰动，在大面施工前，场地未铺设砖渣，静力压桩机和锤击压桩机行走均未发生陷机。但在3#、10#楼开始完成10 根左右，设备均发生严重陷机，即使回填砖渣约1m，仍无法继续施工。通过分析判断，主要问题如下：锤击桩机施工时冲击力大，对土壤造成较大扰动，原石粉层土层具有明显的受扰动后强度降低的特性。根据其灵敏度分析，该土层原始状态下属于中等灵敏度土层为主。扰动破坏稳定后，根据土质液化作用机理[1]，判断其属于高灵敏度土层[2]。

部分主楼采用静压桩机施工，静力压桩机配重总重量远大于锤击桩机，但对石粉层扰动较小，在天气良好的情况下，基础施工较为顺利。如遭遇大雨，由于该土质不易透水，遇水后该土层强度降低严重，需通过大面积换填后方可施工，增加较大成本。

根据以上分析，由于该土层的特殊性，应尽可能保护原状土，防止被破坏。项目上可采用两种设备同时配合使用，非雨季时优先采用静压施工，如遇雨季可在局部采用锤击桩机配合静压施工。

3.2 降排水措施

该类型石粉层经长时间太阳暴晒后呈现出较硬状态，但在雨水浸泡后松软无强度，设备行走极为困难。为尽可能保证土质良好性能，再基础施工前应采取以下三种降排水方式：

⑴加密降水井数量：二期开工前要求将降水井间距由30m 缩小至15m，优先将水位降到承台标高以下。

⑵该石粉层还有一个显著特点是不易透水，施工前可在主楼周边大量开挖排水沟形成高低差，便于表层水能及时排除。

⑶在基坑周边应严格按要求设置排水明沟，一方面防止基坑外侧水进入基坑，另一方面防止坑外水冲刷边坡降低边坡稳定性。

3.3 临近市政道路处采用钢板桩支护

本项目采用大中庭的平面布置方案，主楼及地下室基本上紧挨着红线，红线外市政道路。针对无足够放坡空间的地下室，拉森钢板桩[3]（U 400×170×15.5，L=12m）具有施工工艺简单、工期快，支护完成即可开始大面土方开挖。钢板桩施工为震动压入，石粉层在扰动后稳定性差，且存在液化现象（图2），为避免影响边坡稳定性，建议在施工后应静置7 天左右再开挖。

图2 土层液化

项目中的化粪池一般埋深较深，为优化成本，在地下室施工阶段化粪池位置可结合拉森钢板桩支护范围进行适当调整，避免后期再进行二次支护。

在雨季施工时，一定严格按要求做好基坑变形监测，特别注意水平位移监测，并做好应急预案，在临近变形极限时，可在根部采用反压法紧急处理。

3.4 静载试验

静载试验穿插在桩基础施工过程中，原石粉层受桩机施工扰动后强度极低，极易变形，如在短期内堆载易造成设备倾斜，存在较大安全隐患。如工期紧张，可加大砖渣换填范围，建议超出堆载工作区范围以外3m。

3.5 土方开挖

土层较为特殊，除了做好支护之外，应重点控制开挖方式方法，严格按照分层、分段、从上而下开挖[4]，开挖长度控制在5m，深度控制0.5m 以内，严禁超挖（图3）。

⑴塔吊基础应随着大区退土到位后再施工：为提高项目材料周转效率，常规较好土质项目塔吊基础一般先于大面土方开挖，因本项目石粉层受扰动后极易于液化成流塑状态，如一开始先行开挖塔吊基础容易造成塌方，且易造成断桩。

⑵严禁在无支护情况直接开挖，考虑到该土层流动性较大，根据实际开挖情况建议自然放坡的坡度系数1:2。

⑶分层开挖时，第二层土层开挖应采用臂长大于15m 的挖掘机缓慢开挖（图4），避免大吨位挖掘机反复挤压导致陷机、断桩。

图3 分层开挖

图4 长臂开挖

4 结论

本项目石粉层确实极为罕见、极具地域性，基础中又存在较厚的淤泥层（约8m）、中砂层给项目的基础施工造成较大的施工难度，但在经过各方的反复试验，项目已顺利完成，以下是一些经验结论可供类似项目作为施工参考：

⑴石粉层受桩基施工扰动引起的液化在国内还是一个全新的课题，液化后强度破坏严重，需要一定的时间恢复期，且具体恢复期国内无相关案例数据。参照本项目一、二期施工间隔，在做好降排水措施的前提下，再经过半年时间的静置，该性状土层可恢复到锤击设备顺利行走。

⑵降水井、排水沟对于土层的力学性能恢复起到关键作用。

⑶两种施工工艺选择上，如天气较好，建议采用静力压桩法，该方法对土体扰动小，施工效率高。如选用吨位较小的锤击桩机，在主楼周边适当开挖一些防震沟，并分散缓慢施工，减少土体扰动。

⑷土方分层开挖应采用吨位较小的长臂（臂长大于15m）挖机开挖，避免设备挤压土体造成桩位大面倾斜断桩。