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大面积淤泥质土层地基基础工程施工

文章编辑:【河南彬豫强夯地基基础工程有限公司】发布日期:2018-11-22 16:13:51

    本文结合工程案例介绍了建筑工程中含大面积淤泥质土层地基基础工程施工,并针对关键技术环节进行了探讨。
  一、工程概况
  广东省某房屋建筑工程总建筑面积283606m2,地下建筑面积68107m2,地上建筑面积213921m2;地下一层,地上结构为17栋小高层住宅楼(15F、18F、22F)。该工程基坑周长约1320m,基底面积约为73960m2,基坑开挖深度约5.73m,土方工程开挖量约42万m3,回填工程量约8万m3。该工程桩基础采用预应力高强混凝土管桩HPC-AB桩,基坑支护主要采用格构式水泥土搅拌桩重力式挡墙的支护形式,部分区域坑内基底被动土体采用水泥土搅拌桩加固。
  该工程地质概况:按成因类型自上而下发育地层有1、人工填土层;2、第四系海陆交互相沉积层;3、第四系冲洪积相沉积层;4、第四系残积层;5、基岩风化层。场地范围内未揭示有明显的断层、构造破碎带、岩溶、土洞等不良地质现象,开挖范围内主要为人工填土层和海陆交互相沉积层中的淤泥层。人工填土层主要为素填土和耕土,平均层厚1.54m,层底埋深0.60m~2.40m;海陆交互相沉积层厚度较大,主要有淤泥层、软塑~可塑状粉质粘土层、硬塑状粉质粘土层、粉土层、淤泥质土层,其中淤泥层平均厚度为5.18m,层顶埋深0.50m~13.00m,层底埋深2.80m~15.60m。淤泥层呈流塑状、淤泥质土层呈软塑状,二者均为中~高灵敏土层,施工中易产生流泥、触变、蠕变及振陷,且其压缩性高、承载力低,工程性质不良。按土工试验指标,根据广东省标准《建筑地基基础设计规范》(DBJ 15-31-2003)中的表查得其地基承载力特征值fak为44kPa。
  二、基坑整体施工方案的比较与选择
  大面积地基基础工程的施工顺序有两个方案,方案一:先进行支护搅拌桩和工程桩的施工,再进行土方开挖;方案二:先施工支护搅拌桩,再进行土方开挖,最后进行工程桩的施工。
  方案一属于常规做法,优点在于可以在原状土平面上施工工程桩,柴油打桩机的移动、预制管桩的运输以及施工完成后的工程桩各项检测都可以在原状土上进行。另外,基坑支护搅拌桩可以与工程桩同时施工,在理论上更有利于缩短施工工期,既可节约施工成本,又便于施工。但对于本工程而言,最后进行土方开挖时,对于工程桩的成品质量保护可能无法实施。
  方案二着重考虑到本工程基坑面积有约70000m2,平均开挖深度为5.8m,其中淤泥层平均厚度为5.18m,为含深厚淤泥层的大面积基坑工程。由于淤泥层为流塑状,局部软塑状,为中~高灵敏土层,施工中易产生流泥、触变、蠕变及振陷,且其压缩性高、承载力底,工程性质不良。若采取常规方案,首先土方开挖时,土方开挖机械的施工、土方运输车辆的行走以及管桩材料的堆载等皆会对已施打的桩基产生侧向扰动,管桩极易偏移和移位,桩基础的施工质量难以保证;其次,本工程含有17栋高层建筑,该部分桩基础相对密集,为减少对桩基础的扰动,特别是在开挖桩与桩之间土方时,土方机械需改成小功率机械或人工开挖,土方开挖机械的功效将受很大影响,存在工期上的风险;再者,先施打桩基,若要做到将管桩施打到设计深度,管桩的送桩深度将达到6m上,送桩深度过大,桩基础质量很难保证,若按照施工规范的规定,送桩深度控制在2m以内则造成管桩的大量浪费,对工程造价控制十分不利,所以先进行基坑支护及土方开挖,消除淤泥层对工程桩的影响后再进行工程桩的施工。经过对比和分析,通过专家论证讨论,本工程采用方案二,确保桩基础的施工质量。
  三、基坑支护和基础采用的型式
  本工程场地内为一整体地下室,基坑开挖深度约5.8m,需对基坑壁进行防护和防渗处理。基坑支护主要采用格构式水泥土搅拌桩重力式挡墙的支护形式,部分区域基坑内基底被动土体区域采用水泥土搅拌桩加固,水泥土搅拌桩既作基坑的临时支护又起到止水的作用。水泥搅拌桩的桩径为550mm,桩间的搭接长度为150mm,桩间距和排距均为400mm。搅拌桩采用42.5R级普通硅酸盐水泥做固化剂,水泥掺量为18%,水灰比0.5~0.6,采用四搅四喷的施工工艺。水泥搅拌桩的长度根据地质条件的差异,长度有8.3m~15.0m不等,格构形式也略有变化,格构的宽度有4.95m~6.55m。
  本工程住宅楼均为高层建筑,对变形的要求较高,而建筑场地浅部地基土均为低-中等强度土,承载力较低,不能满足建筑荷载的要求,因此需采用桩基础。桩基础采用预应力高强混凝土管桩(HPC-AB桩),桩径为φ500,壁厚为125mm,单桩竖向承载力特征值为1800KN,抗拔桩单桩竖向抗拔力特征值为300KN,采用锤击法进行施工,柴油锤型号为D62,桩靴采用B型,有效桩长为18m~40m。桩型为端承桩,桩端嵌入强风化岩内1米。
  四、地基处理方法-碎石换填技术
  采用先进行开挖土方再施打工程桩的方案,桩基础的施工在已开挖完成的基坑底上,基底土体为淤泥和淤泥质土,承载力低,需进行地基处理方可满足管桩施打和管桩运输的需要。
  针对该工程的不良地质,采用碎石换填的处理方法。碎石换填技术的工艺原理就是将基础底部下一定范围内的软弱土层挖除,将一定级配的碎石垫层材料按一定的要求分层回填碾压,使回填碎石承载力达到设计要求,同时可使下部土层加速固结提高承载力。为了检验换填做法、换填材料的选择、换填厚度能否满足锤击桩机施工操作的地基承载力要求,在现场做出一个试验段,对试验段的换填进行了平板荷载试验,在现场选取两点,分别在铺土工布处和不铺土工布处进行检测。经理论上计算和现场压板试验,确定碎石换填的厚度,换填材料选用粒径40mm~70mm混合碎石,基坑底换填松铺86cm碎石(松铺系数为1.326),经压路机碾压密实后达65cm,碎石上表面松铺16cm石屑(虚方),实际换填经压路机碾压后实测换填断面厚度为75cm(实方),因为碎石粒径空隙比大,碾压后石屑挤密空隙造成回填厚度减少。
  五、土方开挖和桩基施工
  本工程基坑面积较大,为了缩短施工工期,土方开挖与搅拌桩支护同时施工,土方开挖采用中心岛盆式开挖,从基坑中心向基坑四周开挖,为保证支护结构的质量和施工的安全性,先预留基坑周边20米宽的土体,预留土体开挖必须等支护结构达到设计要求后进行。
  在大面积土方开挖之前,在现场进行了试挖,原来考虑基坑土体绝大部分为淤泥,施工机械难以操作,拟采用长臂挖掘机一次挖到基底标高;在试挖过程中,一次挖到基底标高,基底标高控制难度较大,所以改为二级开挖,挖掘机在二级平台操作时下铺钢板,在实际操作过程中,挖掘机在淤泥层中无较大下沉,挖机可在淤泥层上作业。
  桩基础施工过程中,单体楼部分的桩较为密集,施打过程中,挤土效应较明显,已施打完成的桩有可能在相近的工程桩施打过程中被挤出上浮。针对这种情况,在合理安排施打顺序,科学组织桩机行走路线,尽量减少挤土效应的基础上,对已经施打完成的每根桩进行了上浮监测。记录每根桩施打完成后的原始标高,以后定期对其进行测量,监测其标高变化情况。根据监测所得上浮记录,按照设计单位给出的复打意见和要求进行了复打。
  六、结论
  综上所述,含深厚淤泥层大面积的地基基础工程与一般地质条件下的地基基础工程有所不同,结合工程实例,本文得出以下结论,供类似工程参考:
  1、含深厚淤泥层大面积地基基础工程由于其地质条件的特殊性,其施工顺序应充分考虑淤泥层的特性对桩基础施工质量的影响,不宜按照常规的施工方法来做,宜采取先开挖后打桩的施工方法,以更好的保证桩基础的施工质量。
  2、采取先开挖后打桩的施工做法时,基坑底有淤泥层,应考虑在其上行走锤击桩机械,运输管桩等的需要,对基坑底进行地基处理,提高基底的承载力,例如本工程中采取的换填碎石方法。
  3、大面积基坑工程的开挖,可在保证基坑安全的前提下,合理安排施工区段,采取灵活措施,以缩短工期。
  4、基底含有淤泥层的地质条件下施打锤击桩时,对于密集的群桩,需充分考虑施工过程中产生的挤土效应,对桩进行标高监测,对于上浮较大的桩要进行复打。

 

 

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