填海造地超高填方地基桩基施工技术

'665第5期俞建霖，等.基于上下部共同作用的柔性基础下复合地基性状研究劈山填海造地超高填方地基桩基施工技术马宝顺1吴晓玮1孔清华1孔超2（1、浙江华展工程研究设计院浙江宁波315000；2、宁波开地建筑科技有限公司浙江宁波315000﹚摘要：舟山蚂蚁岛劈山填海造地建船厂，海边大跨度大吨位吊车门式刚架钢结构厂房，最大填方石块达1ｍ多，淤泥被挤向大海，在软淤泥土上填方厚度达22ｍ，填方地基短暂的极限平衡，极不稳定，短工期施工，桩基为高强度预应力管桩，填土部分桩摩阻力计算，采用劈石挤扩引孔杆，高强度预应力管桩的钢肋形锥形桩靴，采用引孔植入预应力管桩，锤击沉桩均顺利穿透超高填方，进入持力层。引孔植桩的桩承载力，在现场监察数据指导下的桩基信息化施工方案，沉桩挤土对极限平衡的高填方地基影响工程，海堤堤坝移位处理，高填方地基桩微小位移处理，高填方地基的变形分析及对应处理。关键词：引孔植桩超高填方劈山填海造地挤淤引孔杆中图分类号：XX文献标识码：X文章编号：XXX作者介绍：马宝顺（1971-），男，河南鹤壁人，高级工程师，长期从事工业和民用建筑设计及地基基础研究。E-mail:nbjdy007@163.com。ExtrahighfillPilefoundationconstructiontechnologyofmarinereclamationlandMaBao-shun1,WuXiao-wei1,KongQin-hua1,KongChao2(1.ZhejiangHuaZhanEngineeringDesignInstitute,,Ningbo315000,China;2.NingboKaiDiArchitectureTechnologyLtdNingbo315000,China)Abstract:Marinereclamationlandfortheconstructionofashipyardwhichusedlarge-spanandlarge-tonnagegabledframeinMayiislandZhoushan.Thebiggestrockismorethan1meter,thefillthicknessismorethan22m.Becauseofextremelyunstablefillfoundationandshortconstructiontime,PHCpileisused.Splitrockfortheholeandpilethehigh-strengthprestressedconcretepilethroughtheextrahighfilltothebearinglayer.Thispaperpresentsthebearingcapacityofplantingpileandtheinformationconstructionplanundersitemonitoringdataalongwithinfluenceofcompactioneffect.Then,displacementofdamandmicro-displacementofhighfillpileareresolved.Finally,thispaperanalyzedandsettleddeformationofhighfillfoundation.Keywords:makeholeforplantingpile;extrahighfill;splithillformarinereclamationland;extrusivemud;guidingholepole1.工程概况：1.1.厂区概况：蚂蚁岛是舟山市普陀区的一个独立小岛，岛上有我国历史上最早成立的人民公社，为此成为游览观光小岛。由浙江东海岸船业有限公司投资建造的蚂蚁岛造船基地厂区位于蚂蚁岛的东北部，地貌为陆域低矮山丘，山间冲积地带与浅海海域，其中浅海海域须爆破劈山填海使其成为厂区陆地。1.2.厂区地质与填方施工：1.2.1.地质：厂区岩土工程勘察报告由中国海军东海工程设计院勘测队通过海上勘察与陆域勘察后提供，其中浅海海域水深为1.1ｍ～4.8ｍ，采用钻探船。选择zk118钻孔柱状图来说明原始地面与填方后地基的变化。原始地面钻孔柱状图见图1，填方后地基柱状图见图2。 图1图21.2.2.填方施工：厂房地面标高±0.00相当于绝对标高3.65ｍ，填方后场地地面高度要求达3.00ｍ。原海域自然土层标高为-3.68ｍ，按填方计算填方厚度仅6.68ｍ，实际填方厚度超过20ｍ，最厚达22ｍ。2007年1月，抛石施工开始，至2007年6月施工基本结束。施工现场淤泥与淤泥质粉质粘土厚度厚处达25ｍ左右，施工时将爆破劈山的石方倾倒在淤泥土上，倾倒顺序为坡向海洋，在填方自重作用下，淤泥与淤泥质粉质粘土一部分被挤向海里、一部分受到填方自重作用体积收缩。随着填方加厚、自重压力增大、淤泥与淤泥质粉质粘土挤出量也随之增大、直至填方厚度达20～22ｍ平衡，填方后淤泥质粉土的厚度大大减少，其中zk118处淤泥质粉土的厚度由25m减少为10m左右。填方施工时起初是大石料、最大可达1ｍ，填方时考虑到今后沉桩的困难、上面10ｍ左右均填小石料为主。填方后的zk118钻孔柱状图见图2，填方地基仅仅是短暂的极限平衡、极不稳定。2008年1月施工单位进场施工桩基。1.3.厂房设计简况：主厂房为40ｍ跨度，12ｍ柱距，厂房桥式吊车的起重量为150吨，为多跨门式刚架钢结构，厂房高度为30ｍ。设计条件为：地震设防烈度为7度，风荷载为1KN/m2,地面粗糙度为A类，根据以上计算，厂房单柱轴力为8000KN,弯矩为10000KN.m，故厂房采用桩基础，在桩型选择上充分考虑超高填方地基因素，排除了选择钻孔灌注桩、冲抓桩的可能性，也排除了普通预制桩的可能性，因为能够满足重锤夯击穿越填方的只有高强度预应力管桩，因而选择了Φ800高强PHC预应力管桩，采用锤击沉桩，因持力层层面高差达近50ｍ，坡向海洋，采用变化桩长，最长桩为60ｍ，设计单桩承载力特征值Ra＝2350KN。在桩承载力计算中，填土部分的正向摩阻力不予计算，同时还考虑负向摩阻力对桩承载力的影响。1.桩基施工：1.1.桩基施工的工艺装备：根据填方地基的情况，在不稳定的填方地基进行桩基施工，采用重锤夯击强行穿越填方，不仅桩的破损率高，而且桩穿越概率极低，为此选择引孔植入工艺。图3所示的引孔杆由厚壁钢管（1＃）、底部焊接实心钢锥形体（2＃）、尖部（6＃）为合金钢组成，有强破碎大块石料的能力。钢管与实心钢锥体连接处沿圆周焊有三角形钢肋板（3＃），钢肋板圆径比管桩直径小100㎜。由图4的Φ800高强PHC预应力管桩（4＃）的底部由钢肋形锥形桩靴（5＃）焊接封底，完成引孔植桩施工前的工艺装备。图3图42.2.引孔植桩施工：引孔植桩施工步骤：第1步：起吊图3引孔杆在设计桩位校正垂直，将引孔杆锥击沉入并穿越填方厚度而终止，沉入引孔杆过程，因填方底仍有10余米厚淤泥质土， 容易将填方块石挤向圆周。第2步：将图3引孔杆结合振动上拔，当拔力过大时由液压顶升配合将引孔杆拔出，引成桩孔。第3步：由图4焊接锥形钢桩靴封管底的管桩吊入引桩孔，校正垂直，锥击沉入并穿越填方直至桩端持力层，完成沉桩施工。2.3.引孔植桩的桩承载力值分析：引孔杆形成桩孔的直径比工程桩的桩径小100㎜、不会影向侧摩阻力值，因而不会降低桩承载力值，经工程桩承载力值检测均满足设计要求。3.超高填方地基桩基施工出现的问题及工程处理：3.1.桩基施工：引孔植桩的施工工艺复杂，施工成本高，工效低，桩基施工时多次取消引孔杆引孔工序。直接锤击沉桩施工，当桩穿入高填方地层约10ｍ左右，无论如何不断锤击，但未见桩的刺入，甚至将桩锤碎。因10ｍ以下大都是大块填方石料，厚度还有10ｍ左右，形成强的阻力，而桩刺入功能差，目前的锤击能量不能把10ｍ左右厚度下的大石料挤入淤泥质土内、而且管桩体本身的抗疲劳性能与砼强度也远不能满足此要求。引孔杆为长尖锥形、刺入填方空隙、将填方石料向圆周排挤而刺入形成植桩孔，所以引孔植桩施工方能将桩穿透高填方而进入桩端持力层。3.2.沉桩挤土对极限平衡的高填方地基的影响：在极限平衡的高填方地基完成后，海堤工程开始紧张的建造。因工程进度要求、桩基工程也于2008年1月进行施工，沉桩挤土对极限平衡的高填方地基影响是不可避免的，保海堤还是保工程桩均与沉桩程序有关，保海堤：沉桩程序由海边向山丘方向施工程序进行。保工程桩：沉桩程序由山丘向海边方向施工程序进行。很难作出选择？确实二者均须确保。最后选择以保工程桩为主，沉桩程序由山丘向海边方向施工程序进行为主，在现场监察数据指导下及时调整桩基施工程序的信息化施工方案。分析高填方场地土处在极限平衡状态、填方厚度达20ｍ左右、无论从深层圆弧活动面分析还是高填方地基整体失稳分析，滑向海里不是没有可能的、所以信息化施工是有技术支撑和保障的。施工过程出现下述二种情况：①.海堤堤坝出现位移报警：锤击沉桩施工过程多次出现海堤堤坝位移报警，甚至将堤坝挤裂，在信息化施工指导下立刻停止沉桩施工，让高填方下面的淤泥质软土因沉桩挤土引起的超静孔隙水压让它缓慢泄压，遂渐使土体稳定，待土体稳定后再往下进行施工，并采取消除超静孔隙水压累积的施工程序施工。②.工程桩位移处理：当桩基施工完成后进行开挖基槽及承台施工时首先测量工程桩的桩顶位移，当停放几天后发现工程桩的桩顶位移偏差在增大，增大规律性较差，虽然工程桩的桩顶位移值还未超出规范的偏差，说明沉桩挤土受到超静孔隙水压的影响，高填方的地基并没有稳定，还存在缓慢向海洋方向移动，造成工程桩的桩顶位移在增大，为控制桩顶位移采取基槽开挖完成，当即进行承台施工，并在最短时间完成承台与承台连接地梁等措施确保桩的安全。单桩抗水平位移能力最弱、承台桩抗水平位移能力就比较大、采用承台与承台的连接地梁后基本消除桩顶位移了。3.3.高填方地基的变形分析：主体施工完成后，由于海堤已先于工程完成，限制了地基缓慢向海洋方向移动的可能性，地基移动趋于稳定。高填方地基因存在10ｍ余的软弱下卧层，填方地基施工时虽经分层碾压，但空隙率还是很大，在外荷载作用下仍有固结密实的空间，所以使用阶段地基的持续变形是不可避免的。厂区的建构筑物及不允许沉降过大的区域均采用穿越高填方的桩基，室外堆场与道路即使地基变形，并不影响正常生产和使用，待变形大了再进行修复也是容许的。目前普陀蚂蚁岛造船基地厂区己建成投产、未发现因高填方地基造成建构筑物沉降、海堤位移等问题。本文着重解决穿越20ｍ～22ｍ厚以石料填方为主地基的桩基施工技术、为填海造地建造建构筑物提供参考。参考文献：[1]建筑地基基础设计规范ＧＢ50007-2002北京：中国建筑工业出版社(Codefordesignofbuildingfoundation.GB50007-2002.Beijing：ChinaArchitectureandBuildingPress,2002.)[2]建筑地基基础设计规范ＤＢ33/1001-2003Ｊ10252-2003杭州：浙江大学出版(Codefordesignofbuildingfoundation.DB33/1001-2003Hangzhou：ZhejiangUniversityPress,2003.)[3]孔超：实用新型专利劈山填海高填方地基的成桩技术与装置(Kongchao:UtilitypatentMountainstothereclamationofthehighembankmentofthepiletechnologyanddevices) [4]孔超:发明专利劈山填海高填方地基的成桩技术(Kongchao:PatentMountainstothereclamationofthehighembankmentintopiles)'