近海超厚淤泥区深基坑内预制桩锤击沉桩的施工

包希吉，罗述正，张志国，姜 坤，白晓宇（.中建八局第二建设有限公司，山东 青岛 66000; .青岛理工大学，山东 青岛 66000）

随着经济与社会的不断发展和城市现代化进程的不断加快，城市用地日趋紧张，对于近海地区城市更为如此。回填近海滩涂区，成为近海城市解决城市化发展过程中土地紧张的方法之一。近海滩涂回填区多为含水丰富的松散软弱砂砾层、淤泥土层等不良地质，在车库预制桩基础施工过程中，由于基坑开挖范围内均为流塑状淤泥质粉质黏土，提前施工预制桩再开挖土方时会将预制桩冲倒，造成大面积预制桩倾斜质量事故。本项目周边工程地下室基础预制桩施工出现大面积倾斜、偏位现象。

1 工程概况

青岛幼儿师范高等专科学校（一期）工程位于胶州湾西岸、上合合作示范区，园区为近海滩涂、废弃虾池、盐场回填而来。一期规划用地 20.8 万 m2，建筑面积 100 370 m2，建设内容包括食堂、中水处理站、女生宿舍、看台、艺术演播中心、人防车库、教学楼、艺术实训楼、图书馆、行政楼、专业实训楼等 14 个单位工程。本工程地下水位高，地下水受潮汐影响并存在承压动水；淤泥质粉质粘土，饱和，成流塑状态，该层在场地范围内分布广泛，揭露厚度4.30～8.80 m；粉质粘土，湿、软塑～软可塑；揭露层厚3.60～7.20 m，平均厚度 5.96 m。本工程支护桩及锚杆、预制桩依次穿过超厚流塑状淤泥质粉质黏土、粉质黏土达到中粗砂锚固层，采用支护桩和旋喷桩共同构建止水帷幕进行止水。

2 工程研究的方法

创新自动化在线监测系统＋应力释放沟、应力释放孔技术，在预制桩施工过程中时时对基坑支护结构进行变形、强度、稳定性自动化监测，通过监测数据及时了解施工现场的基坑支护变形，对基坑整体稳定与变形进行安全评估，分析产生变形的原因，及时反馈施工，调整施工步骤及应力释放孔降水释放应力，从而进一步确保施工安全。该技术在基坑土方开挖后在基坑四周设置应力释放孔，将中粗砂层内的承压水卸压，预制桩施工的挤土效应被应力释放孔释放，从而解决了深基坑内的预制混凝土桩施工极易引起挤土效应，而造成基坑支护坍塌即所谓的“包饺子”现象，也保证了预制桩的施工质量。研制了一种预制桩桩顶水平位移及桩身应力联合测试方法应用于预制桩施工过程。同时依托安装测斜桩试验分析了开挖卸荷对土体位移的大小及变化速率的影响，通过理论计算验证淤泥质土预制桩开挖施工方法，选择最佳的淤泥质土开挖方案。

（1）依托安装测斜桩试验分析了开挖卸荷对土体位移的大小及变化速率的影响，根据桩周土体的位移变化规律量化分析了开挖卸荷对预制桩的影响，通过理论计算验证淤泥质土预制桩开挖施工方法。

（2）采用基坑围护结构自动化在线监测系统，不仅实现了连续、实时、在线监测，及时预报警提醒，及时掌握支护结构在深基坑预制桩施工过程及土方开挖过程的运行状况和安全状况。

（3）创新在坑底四周设置应力释放沟、应力释放孔，在预制桩施工的同时完成应力释放，解决了锤击沉桩造成的挤土效应、振动冲击对支护结构的影响难题。研制了一种预制桩桩顶水平位移及桩身应力联合测试方法，能更准确、更全面、更方便的得出预制桩的水平位移，并通过埋设FBG传感器同时得到桩身的应力分布。

3 施工工艺流程

3.1 清槽和局部土方开挖

通过支护桩上安装测斜仪试验设置的 6 个测点可以看出随着埋深的增加位移的变化曲线如下图，其中穿插每一标号分别在 4 m、6 m、7 m、7.5 m、8 m 时随着时间位移的变化曲线图，第一天测点数据是测斜仪初始偏移，以后每天测的位移都要减去第一天的位移，得到最终土的滑动位移。取一个特征点来代表。

开挖面下 4 m 内位移变化比较明显，受卸土及施工影响较大，开挖面下 4 m 外受外界的影响较小主要是受基坑开挖的影响，4 m 以下土体的位移较小，基本不变。其中在 4 m、6 m、7 m、7.5 m、8 m 时从第 4 d 标号到第 25 d 标号 2、4、6 偏移的大体规律是一样的，1、3、5 的规律也是一样的。从第4 d 标号到第 25 d 这些标号的数据显示都是 4 m，6 m 的时候变化明显，然后逐渐趋于稳定，到 8 m 的时候位移基本不变，大致为 0。

以上曲线表明，随着基坑的开挖，土体会发生位移，对土体的影响深度在 8 m 的范围内，0～6 m 时随着开挖深度，土体受开挖到影响较大，发生的位移较大，6 m 以后逐渐趋于稳定，到 8 m 时基本稳定，土体的开挖对其影响较小。

（1）理论计算：通过选用的机械设备，反推预制桩在清槽、集水坑、中水处理站等局部坑中坑开挖过程中，不因土方开挖而造成桩基倾倒。

综上可得 21 t 的挖掘机的最小回转半径为 3.5 m，挖掘机的等效荷载为 6.34 kPa，若土方车外侧轮距离基坑坡顶线3.5 m，则汽车的等效荷载为 8.4 kPa，由于汽车和挖掘机不能同时作用在一个则嵌岩深度为 Ld=1.5 b 即可满足要求。施工机械包括满载的大型挖掘机和土方车，配合淤泥质土中作业钢板，尺寸为 6 000 mm×2 000 mm×20 mm；花纹钢板尺寸为 4 000 mm×2 000 mm×5 mm 进行铺路。即可满足要求。

本项目施工挖掘机采用采用大型 300 型反铲挖掘机，260 型长臂挖掘机，小型 60 挖掘机。运土车采用前四后八土方渣土车，配备小型农用车进行应急配合。

（2）确定开挖顺序.开挖顺序为 1-1、2-1、1-2→2-2、1-3、2-3→1-4、2-4、1-5→2-5、1-6、2-6→1-7、2-7→1-8，两台挖机同时施工，开挖顺序如图 1。

图1 土方开挖顺序图

3.2 施工准备

在支护桩施工完成后，在冠梁上安装静力水准仪、倾角传感器。在支护桩施工时在桩身上安装测斜仪，土方开挖后在锚杆上安装锚力计。

3.3 应力释放沟、应力释放孔施工

（1）为了保证人防车库预制工程方桩施工过程中减弱挤土效应，满足应力释放要求，在车库冠梁内侧四周布置应力释放孔，应力释放孔直径 300 mm，间距 1 000，居中放置直径 50 的 PVC 塑料管，塑料管与孔壁间填充粗砂，塑料管外露 300，应力释放沟宽 1 m，深 1.5 m，如下图所示；应力释放孔设置深度同工程桩，应力释放孔深度为 13.5 m。如图 2 应力释放孔、应力释放沟示意图所示。

图2 应力释放孔、应力释放沟示意图

（2）施工步骤。平整基坑四周 3 m 范围内淤泥质土—应力释放沟开挖修正—排除积水—钻机就位—成孔同时安装 PVC（四周打孔）塑料管并在塑料管周围灌注粗砂—钻机移位—施工结束后清理现场。

施工时需注意：①应力释放孔施工时采用隔三打一的跳打方式，进行转圈施工，严谨顺序依次打孔，打出来的应力释放孔及时进行安装 PVC 管和灌砂处理。②由水文勘察报告得知，应力释放孔穿过承压水区域，会造成大量地下水喷出。沿基坑边先开挖到比车库垫层低 50 cm 的位置，先铺设一圈石子，放置排水管有泥土进入堵塞。在将管壁开好孔的PVC-U波纹管沿沟放置，中间留出 11 个砌集水井的位置，等集水井砌筑完成，再在波纹管上覆盖 850 mm 的石子滤水层。再回填砂砾土至 -2.61 m。在集水坑放置水泵抽水，确保打桩的挤压水及时排掉。图 3 为应力释放孔、应力释放沟详图。

图3 应力释放孔、应力释放沟详图

（3）说明。应力释放孔的施工应根据观测成果及时进行调整，如施工后在沉桩过程中土体位移仍然大于报警值，则应在原有布局的基础上增加孔数。原则为首先考虑在临近施工区域的内排孔间再增加倍数的孔位，从而保证本次防护效果最大限度的经济有效。

3.4 高强混凝土方桩施工与水平位移、桩身应力测试

车库预制桩施工从中间分别向南、向北两个方向进行施工，采用两台桩机同时从中间向两侧施打，施打过程中，先进行北区一台桩机在分界处北侧一排承台桩的跳打施工，施工完北区分界处最南侧一排承台的预制工程桩施工后，再进行南区分界处最北一排承台工程桩的施工，然后分别向北、南两侧依次施工，北区桩机完成后，因没有坡道出坑，采用汽车吊吊装出坑；南侧桩机施工完成后在出土坡道出坑。

研制了一种预制桩桩顶水平位移及桩身应力联合测试方法，能更准确、更全面、更方便的得出预制桩的水平位移，并通过埋设 FBG 传感器同时得到桩身的应力分布，为预制桩的施工及桩基检测提供依据。

3.5 基坑变形观测

采用自动化基坑变形监测系统自开挖开始到预制桩施工完毕，实时进行变形观测，监测系统通过智能节点将传感器采集到的数据利用 4/5G 网络实时发送到云平台，实现即时预警、报警，监测数据经过统计和处理后自动生成相应的曲线和报表。通过检测数据及时调整施工顺序和应力释放孔内排水保证支护结构稳定。

4 结 语

采用本方法有效解决了近海超厚淤泥区深基坑内预制桩在开挖过程中大面积倾倒、移位等施工难题，也解决了基坑内施工预制桩挤土效应对基坑支护的不利影响，间接起到了排水降水的作用，保证了预制桩施工质量。同时采用本工法可以实现锤击送预制工程桩，保证垂直度，不必采取其他措施保证桩身及承台的承载力问题。则可以加快施工进度及质量的完美结合，同时，节省了成本，节约矿产资源；节约辅助钢材等。施工快捷、减少施工工序、缩短施工工期、减少单位成本,具有良好的社会经济效益。