深厚软土地区锤击管桩施工对周边环境影响分析及处理措施

李亮辉

(深圳市勘察测绘院(集团)有限公司，广东 深圳 518028)

锤击预应力管桩施工对周围土体的影响已引起广泛的重视，特别是在饱和软土地层打桩，由于土在瞬时挤压力作用下的不可压缩，导致桩周土体产生相当大的挤压力，引起很高的超静孔隙水压力，同时沿桩周的土体受剪切破坏，桩周一定范围内的土体受到扰动产生变形，表现比较明显的，一是地面隆起，二是土体水平位移[1～5]。导致锤击桩斜桩、偏桩、断裂等施工质量事故时有发生，也常引起周边地面隆起、变形加大、道路开裂等不良影响，这一问题越来越为从业人员所重视[6～10]。本文主要是通过深厚软土地区某工程实例，分析锤击管桩施工对周边环境影响的原因，提出相应的处理建议，为类似工程实践提供有益的参考。

1 工程概况

拟建场地位于珠海市金湾区航空城迎河西路西侧、金山大道南侧，拟建多栋塔楼住宅及商业，设一层地下室。基坑周长约883 m，挖深3.45～4.95 m，基坑设计侧壁安全等级为三级。

图1 总平面/m

2 周边环境情况

东侧：地下室边线距离用地红线最近约5 m，红线外为在建迎河西路，坡顶为绿化带，距离迎河西路主路约20 m；

南侧：该侧地下室边线距离用地红线最近仅10 m，由于退红线5 m为道路辅道及管廊带，实际基坑坡顶即紧贴在建金帆大道辅道；

西侧：地下室边线距离用地红线最近约16 m，紧贴用地红线为在建创新路，坡顶为绿化带，距离迎河西路主路约9 m；

北侧：西北角部分地下室边线距离用地红线最近约20 m，紧贴用地红线为在建金山大道，坡顶为绿化带，距离迎河西路主路约9～13 m。

3 场地岩土工程地质条件

本场地第四系覆盖层主要为人工填土层Q4ml、海陆交互沉积土层Q4mc、残积土层Qel，场地下伏基岩风化层为燕山晚期晚侏罗世花岗岩。不良地层主要为人工填土层Q4ml和海陆交互相沉积层淤泥Q4mc：

(1)人工填土层Q4ml

杂填土：要为近期人工堆填的碎块石、黏性土和砂土，大部分呈松散状，局部稍密状，均匀性差，部分含大块石。厚度为1.60～17.30 m，平均厚度4.77 m。

(2)海陆交互沉积层Q4mc

淤泥层：呈灰～深灰色，主要由黏粒、粉粒及有机质组成，下部含少量粉细砂，饱和，流塑状。具有含水量高、孔隙比大、压缩性高、渗透性低、承载力低、抗剪强度低、灵敏度高及流变性等特点，淤泥厚度为23.40～56.50 m，平均厚度37.05 m，渗透系数0.005 m/d 。

深厚淤泥层对基础工程十分不利，主要土层物理力学性质详见表1。

表1 主要土层力学参数

4 基坑支护及桩基工程简介

4.1 基坑支护简介

基坑支护采用“放坡+格栅搅拌桩挡墙”支护型式，具体支护方案如图2所示。

图2 基坑支护典型剖面/mm

4.2 桩基工程简介

(2)整个场地从中间划分为南北两个标段，南半部分为Ⅰ标，北半部分为Ⅱ标。Ⅰ标基坑开挖到底后，管桩基础进场施工；

(3)由于整个项目工期紧，南侧(Ⅰ标)开挖到底后，立即进行桩基施工，4栋塔楼同时作业，整个场地有15台锤击预应力管桩同时施工作业，如图3所示。

图3 裂缝开展示意

5 施工过程分析

(1)2015年10月桩基单位进场，10月10日以后开始大面积施工南侧桩基，锤击桩机数量较多，15台设备同时施工作业，随即裂缝陆续开展；

(2)至11月中旬，南侧桩基全部施工完毕，总共发现横向裂缝24道，纵向裂缝2道，横向裂缝之间贯通纵缝3道，详见表2裂缝统计一览表，图3为裂缝开展示意图，图4为现场裂缝照片(部分)，从图中可以看出塔楼桩基密集区域，对应的道路裂缝开展较严重。

表1 裂缝统计一览

图4 现场裂缝照片

(3)其后对东侧、北侧及西侧施工进行适当调整，并采取相关措施，至12月上旬，现场桩基全部施工完毕，从东侧、西侧及北侧变形及现场巡查情况看，总体效果良好，道路未产生新的明显裂缝。

6 变形监测

为了实时了解桩基施工对周边环境的影响，整个施工期间进行了第三方监测，监测平面布置图详见图5所示。以南侧为例，桩基施工期间(10月10日～12月13日)变形监测数据分析如下：

(1)基坑边坡水平位移：10月底开始逐渐变大，11月上旬开始加剧，中下旬变形最大，11月底开始慢慢变小。基坑南侧水平位移情况(WY24～WY30监测点)详见图6，水平变形最大值为-36.2 mm(向坑外)和28.1 mm(向坑内)。

图5 监测平面布置

图6 基坑边坡水平变形

(2)坡顶竖向变形：竖向变形以隆起为主，11月初开始，隆起量逐渐增加，中旬隆起量最大，下旬开始慢慢下沉。11月中旬隆起量达到最大，CJ24，CJ25，CJ29，CJ30点的隆起量分别达到77，78，118，119 mm，至12月初坡顶沉降进一步加大，CJ27最终沉降量达52 mm，详见图7所示。

图7 基坑坡顶竖向变形

(3)现场巡视、巡查：基坑南侧监测点WY25～WY27之间出现凸起，坡面破裂，出现1 cm宽的裂缝；西南角出现2 cm宽的裂缝及若干小裂缝，裂缝方向基本垂直于基坑边。

7 原因分析

(1)场地地质条件差，淤泥厚度为23.40～56.50 m，饱和，流塑状。具有含水量高、孔隙比大、压缩性高、渗透性低、承载力低、抗剪强度低、灵敏度高及流变性等特点，渗透系数0.005 m/d。

(2)基坑南侧靠近金帆大道区域顶部边线离道路边仅5 m，坡顶边线即为道路管廊带。

(3)管桩施工速度快，超静孔隙水压力无法快速消散，引起挤土效应明显，坡顶隆起量高达119 mm。从图6，7变形情况可以看出，大面积锤击桩施工，引起超静孔隙水压力上升，导致水平及竖向变形均明显加大，而后随着时间的推移，超静孔隙水压力慢慢消散，变形又慢慢变小，随着土体的进一步固结，沉降进一步加大。特别是竖向变形明显，以隆起为主，先隆起量快速增加，而后慢慢下沉，这是导致道路开裂的主要原因。

(4)基础工程施工无针对道路保护的专项防护措施。

8 处理措施

南侧桩基施工对南侧道路产生破坏后，为了减少其他侧桩基施工对周边道路的影响，采取了以下措施：

(1)北侧及东侧塔楼区域

1)设置钢板桩隔离

综合考虑核心筒开挖需要，沉桩施工前，在坡脚设置钢板桩。

2)设置塑料排水板

沉桩施工前，在整个北侧和东侧塔楼桩基施工区域及靠基坑边坡侧设置塑料排水板，采用SPB-C型塑料排水板，长度20 m，间距1.2 m正方形布置。

3)调整沉桩顺序

总体施工顺序调整为从基坑边往基坑内施工，先施工塔楼桩，再施工裙楼桩。

(2)裙楼区域

东侧及西侧裙楼区域桩数量较少，间距较大，工期稍缓，主要采取了以下措施：

1)基坑边40 m范围内，减少每天的沉桩数量，为之前的一半。

2)沉桩顺序调整为从基坑边往基坑内施工。

从现场实际效果看，通过采取以上措施后，桩基施工对周边环境的影响明显减小，直至桩基施工完毕，东侧、北侧及西侧坡面有少许裂缝，但市政道路未见新的明显裂缝。

9 总 结

深厚软土地区基础工程施工是一项综合性很强、不确定性很高、风险性很大的系统工程，其产生的不良后果应引起各方的关注。通过本工程的实践分析，在深厚软土地区锤击管桩施工时，应从设计、施工等方面综合采取相应的防护措施，减少上述现象的发生。

(1)软基处理

有条件时，应对场地进行预压处理(真空预压或堆载预压)，改善软土的物理力学参数，提高土体强度，这将大大减少桩基施工对周边环境的影响，同时更有利于保证桩基的施工质量。

(2)设置砂井或塑料排水板

在打桩区的四周或者群桩内部，设置砂井或打入塑料排水板，在锤击桩施工过程中，超静孔隙水可以消散在砂井中或者经排水板快速排出地面，及时消散管桩施工过程中产生的超静孔隙水压力。

(3)设置钢板桩隔离

在基坑坡脚设置钢板桩，相当于在挤土方向设置了一个隔离屏障，能有效减少挤土效应引起的变形。

(4)控制打桩速率

控制打桩速率的目的，主要是控制超静孔隙水压力急剧增加，打一定数量的桩后，再适当停一下，这样孔隙水有一个消散的时间过程，可以减少超静空隙水压力。

(5)调整沉桩作业顺序

沉桩顺序对减少桩基施工对周边建(构)筑物的影响十分重要，大量实践证明，背着建(构)筑物打桩比对着建(构)筑物打桩其桩土影响要小的多。