关于厚淤泥地质下桩基设计、基坑支护设计及淤泥固化处理

陈景云

0 引言

福建省沿海城市地处滩涂地貌，存在深厚淤泥层。深厚淤泥地质下如何安全、经济的设计桩基和基坑支护，是很多结构设计人员要解决的问题。本文结合在深厚淤泥地质下设计预应力管桩的成功工程案例，为类似工程提供参考。

1 工程概况

拟建项目位于福建省宁德市滨海城市新区。拟建项目共有9 栋高层建筑，32 层，总高度98m，地下室1 座，总建筑面积170 000m。场地原地貌为滩泥。在后期，政府开垦了土地。泥层厚度15～17m。泥浆含水率高，流动塑性大。东侧工地靠近海堤，距离海堤约20m。场地现状为新回填土，厚度约3～4m，以碎石为主，欠固结。

2 桩基设计采用管桩

2.1 管桩在造价和工期上的优势

本工程如采用灌注桩则桩长约45m，如采用预应力管则桩长约35m。按桩基提供每吨承载特征值成本为：灌注桩成本约100 元/吨，管桩40 元/t。折算成单位建筑面积的桩基成本灌注桩成本200 元/m，管桩 80 元/m。项目总建筑面积170 000m。根据以上单位面积的桩基估算，灌注桩的造价比管桩170 000×（200-80）＝2 040 万元，灌注桩施工工期翻一倍以上。管桩在造价和工期上具有很大的优势。从施工方面考虑，采用管桩是当务之急。

2.2 采用管桩的可行性研究

（1）管桩施工可行性：根据《福建省建筑结构设计暂行规定》，深厚淤泥层下卧土层为密实碎石层时，碎石层不能作为管桩持力层。因此，管桩的持力层应选择在砂质强风化层中，使管桩在淤泥层以下的良好土层中有足够的“锚固深度”。由于卵石层厚15～17m，必须用锤击设备打入卵石层。经现场锤击桩试验，管桩可通过15～17m 卵石层锤击至预期的砂质强风化层。因此，管桩在打桩施工中是可行的。

（2）管桩保护：基础底淤泥开挖。为防止管桩在开挖过程中因泥浆挤出和流动而折断或倾斜，承台和底板内的泥浆应用水泥土固化，以保护管桩。采取上述措施后，本工程可以采用管桩施工。

（3）专家论证：根据《福建省建筑结构设计暂行规定》，承台底下存在较厚的淤泥层、桩顶处没有硬壳层时，不宜采用管桩。因此根据福建省规定要求，本项目桩基采用管桩，需组织专家进行专项评审和论证。在组织专家评审和论证后，根据评审意见，管桩采用锤击桩击穿卵石，主楼范围需对淤泥进行水泥土固化处理；采用以上措施，专家评审通过，本项目可以使用管桩，并且通过施工图审查。

3 基坑支护设计

3.1 基坑周围的现状分析、基坑支护方案的采用及最终效果

（1）地块北侧地面现状分析：北侧为拟建道路，现状为空地，无硬化路面，地下无管线，有足够的放坡空间，坑内外高差约2m。

基坑支护设计分析：基坑的北侧变形可放宽，基坑支护主要解决基坑底部泥浆流动和拱起变形对管桩造成的破坏。

基坑支护设计的具体形式为：卸荷缓坡+12m 拉森桩支护。

基坑支护效果良好，开挖后未发现断桩或斜桩。

基坑支护效果：淤泥在主楼承台内固化。

结合该支护方案，管桩防护效果良好，基坑内管桩未发现断桩、斜桩。市政人行道不存在安全问题，但变形过大，部分人行道瓷砖变形开裂。结果表明，预应力锚索控制变形对淤泥质地质的影响有限，建议对具有更严格变形要求的基坑采用内支撑形式。

3.2 基坑工程中的淤泥加固方案

（1）高层主楼承台淤泥固结：采用高压旋喷桩加固高层主楼承台内的淤泥。平面布置为1m×1m，高压旋喷桩深度距承台面6m。

（2）电梯井深基坑支护：结合淤泥高含水量和强流塑性的特点，采用“重力水泥土”的支护形式，在基坑周围主要固化，以防止深基坑底部隆起。基坑采用两排密打高压旋喷桩支护，桩长6m，间距为0.4m×0.5m。

（3）淤泥中施工道路的加固处理：在地下室开挖施工中，无论是土方开挖车辆，还是混凝土、钢筋运输车辆，都不可避免地需要在泥泞的土地上行走。由于施工车辆重量较大，在淤泥地面上行驶会挤压淤泥，造成倾斜桩甚至断桩。因此，有必要对淤泥中的施工道路进行加固。这也是深部粉土地质中需要解决的关键问题。施工道路加固方案仍采用“重力式水泥土”支护形式。施工到路两侧时，密集打入2 根高压旋喷桩，铺1m厚碎石换填。

（4）塔式起重机桩基预开挖基坑支护：由于施工材料吊装的需要，塔吊应先于地下室开挖。为了保证深厚淤泥中塔吊桩开挖的安全，有必要对塔吊桩进行单独支护。结合实际情况，塔吊桩的基坑支护也采用重力式水泥土支护形式。

（5）化粪池基坑支护：为节约成本，避免化粪池单独支护，化粪池应与地下室同时施工。因此，化粪池支护采用地下室基坑支护，扩大地下室基坑支护，以覆盖化粪池。此外，化粪池的基础已经开挖到污泥层，因此必须在化粪池的基础上固化污泥，以减少化粪池的后期沉降。

4 淤泥地质下管桩实施过程中发现的风险和设计解决方案

在淤泥地质中，管桩在打桩施工和开挖过程中存在一些风险。下文将结合经验，并提出设计解决方案，给类似工程提供参考。

（1）受管桩挤土效应影响，部分管桩难以进入淤泥下卧硬土层足够深度。在试桩时，桩数少，管桩没有挤土效应不明显，管桩可以较容易穿透卵石层。但是在大批量打桩施工中，尤其高层建筑管桩较密，卵石挤土效应尤为明显，管桩在穿卵石层时爆桩率较高，打桩施工困难。解决办法：首先采用重锤低击，增加锤击锤的锤重；其次对主楼管桩采用间隔跳打方式打桩。对于总锤击数已经达到1 500锤仍无法穿透卵石层的管桩，要求至少进去卵石层10m 以上，且该类型桩不得超过主楼桩数的10%。该方案效果良好，桩基开挖安全，开挖后动测和高应变检测均符合要求。

（2）淤泥地质中的桩基检测，必须增加高应变检测和桩身垂直度检测。在桩基检测中，发现部分动测为一类桩，但在高应变检测下变成四类桩。原因分析：做高应变的桩基多数选预留“冒头”的管桩，这些管桩在淤泥地质下极易挤压成斜桩。这些斜桩虽然均通过低应变动测，但是桩基承载力并不合格。高应变检测说明倾斜桩基承载力不能达到设计要求，也反映了淤泥中管桩检测垂直度的必要性。因此淤泥中的管桩，桩基检测不能仅做低应变动测，还需要对开挖后管桩进行高用变检测，并增加桩身垂直度检测。分析找到原因后，检测单位选择垂直度正常的桩基，重新进行高应变检测，最终全部通过。

（3）淤泥地质中斜桩与三类桩处理。淤泥中的桩基，在桩基检测后会发现存在斜桩、三类桩。设计人员必须合理判断和处理好这类异常桩。

①桩身垂直度在规范允许范围内的（桩偏位小于100mm，垂直度偏差在1%以内），按正常桩处理；桩身垂直度在2%以内，采用型钢补强后按正常桩处理。桩身垂直度在3%以内，采用型钢补强后，但是桩承载力按70%～ 80%打折处理。型钢补强后斜桩承载力，建议做高应变检测进行检验。

②三类桩处理，要结合桩身垂直度，如果垂直度在规范允许范围内，可以用型钢补强处理后按正常桩考虑；如果三类桩伴随桩身倾斜，结合桩身垂直度情况进行承载力打折处理。

5 结束语

通过本工程的设计施工与实践，以及从施工监测资料的分析，有如下几点结论和建议：

（1）在深厚淤泥地质中，对高层建筑承台下淤泥进行水泥土固化，并确保管桩进入淤泥下硬土层足够深度，设计上是可以在淤泥地质使用管桩。

（2）淤泥地质中，基坑支护设计可以采用工法桩+锚索方案，基坑基本安全，但是变形较大；如果对坑外变形要求高，或者要求锚索不能超出红线，建议采用工法桩+支撑支护形式。

（3）淤泥地质下，管桩可能斜桩，斜桩会造成桩基承载力降低或废桩。因此淤泥地质下管桩检测，一定要增加垂直度检测和高应变检测。

（4）为减少淤泥地质下桩基开挖断桩斜桩施工，除了淤泥固化外，比较经济的方案就是打桩施工前，将底板下一定深度的淤泥换填成稳定的回填土。

（5）设计人员对淤泥地质下异常桩的处理，一定要结合管桩桩身垂直度；对采用型钢补强处理的倾斜管桩，建议抽取做高应变检测验证承载力。