先开挖后施工预制工程桩工法在舟山软土基坑中的应用

朱国权 周 韬 王乾浩

1. 中化地质矿山总局浙江地质勘查院 浙江 杭州 310002；2. 宁波宁大地基处理技术有限公司 浙江 宁波 315211；3. 浙江鸿晨建设有限公司 浙江 宁波 315032

舟山软土地区工程桩常规采用钻孔灌注桩，但其施工速度较慢、养护时间长且造价较高。预制桩无需养护、施工速度快且经济性明显好于钻孔灌注桩，但受制于当地土性及地基基础工程施工顺序的影响，预制桩易出现偏位、断桩，因而未得到广泛应用。

软土地区大面积地基基础工程的施工顺序常规为先进行工程桩和支护桩的施工，再进行土方开挖。该工艺利用塘渣层及原状土硬壳层进行桩基施工，节省了为其铺设沉桩设备作业道路的费用。但在后续的土方开挖过程中，因地质为淤泥质土层，含水量高、强度低、灵敏度高，难以自稳，且易触变，易振陷，工程桩为预制管桩时，其抗水平位移能力较弱，易出现偏位甚至断裂，后期工程桩补桩或加固处理费用难以估算[1-4]。

基于如上原因，舟山软土地区工程桩的施工技术需要针对其特殊性进行相应的改进。本文结合舟山某安置房项目，介绍了先开挖基坑后施工预制工程桩工艺在舟山地区软土基坑的首次应用情况。

1 工程概况

1.1 项目概况

项目位于舟山市朱家尖岛，项目主体为7幢高层住宅，地下室开挖面积约17 800 m2，基坑深度5.85～6.85 m，工程桩均采用预应力混凝土管桩（锤击工艺）。

场地东北两侧现均为空地，西南两侧为现状道路，基坑围护采用钻孔桩+1道锚索的方案，止水挡土帷幕及坑底被动区加固采用密排水泥搅拌桩。

1.2 工程地质概况

拟建工程场地属于滨海海积平原地貌，基坑开挖范围内以②层流塑状淤泥质黏土为主，平均层厚超过13 m，对基坑开挖及变形控制较为不利。场地地层分布及其物理力学性质指标如表1所示。工程地质剖面及沉桩如图1所示。

图1 工程地质剖面及沉桩示意

表1 土层物理力学性质

2 工法难点分析及关键技术措施

2.1 工法难点分析

1）管桩桩架较大，需要较大的施工净高，基坑围护不宜采用大面积的支撑体系。

2）基坑开挖后，浅部杂填土及硬壳层均被挖除，施工场地为地质较差的淤泥质土层，需采取回填或换填土措施以确保机械行走稳定。

3）开挖到坑底后，工程桩施工时间较长，基坑无法直接筑底，坑底暴露时间较长；管桩施工存在挤土效应，对围护体系变形控制产生不利影响。

2.2 工法施工流程

先行施工工程桩边桩（坑底被动区加固范围）→施工支护桩及坑底被动区加固桩→施工支护体系→基坑分区土方开挖、有打桩操作面后基底换填铺垫碎石砖渣→施工坑内工程桩→挖至基础垫层底→施工垫层及基础

2.3 关键技术措施

2.3.1 围护结构选型

综合场地条件、基坑挖深及管桩施工要求，采用无支撑体系围护结构，确保坑内工程桩施工作业。

2.3.2 换填层

针对桩架无法直接在淤泥质层上行走的问题，采取了坑底换填土的措施，换填料选用细颗粒少的石渣或砖渣，换填厚度约1.2 m，同时利用载重汽车反复碾压，并做好有组织排水工作。换填层具有如下优点：

1）换填层作为淤泥质土的隔离层，有效解决桩架行走问题，为地下室大面积底板混凝土垫层、底板防水及钢筋绑扎等施工提供了有利条件。

2）换填层作为基底整体稳定层，管桩在淤泥质土中的上端稳固，起到嵌固作用（图2）。

图2 边挖边换填

2.3.3 坑边被动区加固及边桩处理措施

1）坑边被动区加固避免了超挖换填对基坑安全的影响：坑边加固范围不存在超挖现象，加固范围外虽然存在超挖换填的问题，但与坑边有一定的距离且超挖不深，坑底加固本身改善了被动区土性，提高了基坑的安全度，对坑边围护体系基本无影响。

2）坑边被动区加固范围内的工程桩边桩在土方开挖前提前施工，管桩桩顶周边土体均已加固，管桩上端有了稳固的嵌固端，土方开挖对其基本没有影响。

3）坑内管桩施工与坑边有一定距离，对坑边的围护桩的挤土效应减小。

4）坑边被动区加固标高设在承台垫层底标高，承台与底板之间采用碎石砖渣回填，起到一定的反压作用，有利于控制基坑变形（图3）。

2.3.4 施工组织设计

1）按后浇带组织分区流水施工，合理安排土方开挖、换填及桩基施工顺序，加快施工速度、减小基坑暴露范围。采取“跳打”、控制日沉桩根数等措施减少挤土效应。若发生管桩上浮，采用复打方法处理。

2）基坑内设置施工道路及2个临时施工坡道，最后收土坡道区域需先挖至坑底，待工程桩施工完成后采用砖渣回填，桩基施工结束后全部挖除（图4、图5）。

图4 施工平面布置

图5 坑内垫层施工及静载试验

3 监测分析

本项目进行了土体深层水平位移、桩身水平位移、锚索轴力等多个项目监测。

3.1 土体深层水平位移

图6显示各工况条件下CX7、CX10孔位的土体深层水平位移曲线，CX10孔位变形相对较小，最大水平位移40 mm，CX7孔位变形略大，最大水平位移70 mm，主要是由于受场地条件限制，开挖到坑底后，紧邻坑边运载碎石砖渣的车辆通行频繁，CX7孔位坑边回填碎石砖渣及垫层浇筑偏慢所致。监测数据显示工程桩施工期间未发生较大的变形速率，对基坑围护未产生较大的不利影响。

图6 典型土体深层位移

3.2 桩身水平位移

由图7可知，坑内工程桩施工期间，围护桩桩身发生往基坑外侧（往坑内为“+”，坑外为“－”）的水平位移，可见在采取一定技术措施后，坑内预制工程桩施工仍对围护桩桩身水平位移有一定的影响。

图7 桩身水平位移

3.3 锚索轴力

由图8可知，锚索实时轴向拉力为200～300 kN，各工况条件下数值变化幅度不大。在坑内管桩施工过程中，未出现锚索轴力明显增大或衰减的现象。

图8 锚索实时轴向拉力曲线

4 实施效果

坑内工程桩施工对围护结构变形影响较小，根据工程桩检测结果，管桩未出现明显的偏位和断裂现象，无Ⅲ、Ⅳ类桩，取得了预期的效果，证明该工法技术措施合理可行。

5 结语

先开挖后施工预制工程桩工法在舟山地区乃至浙江省都是一种新型工艺，充满了挑战。通过前期的摸索论证、充分准备，以及实施过程中各方的紧密配合，克服了该项工法在软土地区实施的诸多难点，解决了工程管桩在基坑开挖过程中的偏位、断桩问题，取得了显著的经济效益，丰富了当地的工程桩选型，为后续项目的实施提供了技术储备。

本项目的成功实施，证明了该项工法在软土地区的可行性，坑内工程桩施工对围护结构变形影响较小，对于未采用大面积支撑体系的软土基坑，具有一定的适用性和推广价值。