摘要：本文以一樁基工程為實例，分析了沿海軟土地區淺層沼氣對樁基工程存在的不利影響及施工中應注意的問題，為同類工程施工提供參考。
　　關鍵字：淺層沼氣，氣體釋放，土體變形，沉降，靜壓管樁，復壓
　　
　　我國東南沿海和長江、韓江、珠江等水系附近近30萬km2區域均有淺層沼氣分布，近年來，隨著許多地區工程建設的快速發展，由于事先估計不足或采取的防治措施不當，淺層沼氣引起的工程問題也相應增加，對工程建設造成了不利影響。下面以一樁基工程為實例，淺析沿海軟土地區淺層沼氣對靜壓管樁基礎工程的影響。
　　1. 工程及地質概況
　　某四層廠房位于汕頭市某工業區內，基礎采用靜壓預應力管樁基礎，單、雙樁承臺，采用A型預制高強混凝土管樁，樁徑分別為400mm和500mm，單樁豎向承載力特征值分別為1100kN和1700kN。
　　該場區屬韓江三角洲沖積平原，地基土上部主要由第四紀淺海灣相沉積土和第四紀晚更新世內河灣相～河流三角洲相沖積、沉積土構成，下部（基底）由巖漿巖及其風化殘積土構成，典型地質剖面詳見圖1。
　　根據工程特點和地質情況，設計單位選取礫砂層做為建筑物的樁基持力層，要求進入持力層長度不小于1m，設計終壓值分別為400樁徑2200kN、500樁徑3400kN。
　　2. 施工及檢測情況
　　施工采用的是600噸液壓靜力壓樁機，由于上部地質土層力學強度較低，持力層礫砂層則層位較穩定，分布連續，施工過程較為順利，部分樁在壓樁穿透22～25m淤泥質粉質粘土層時，發生沼氣噴出現象，最終74根樁均能達到設計要求的入持力層長度和終壓值的終壓雙控條件。
　　基樁完成后進行了單樁豎向抗壓靜載菏試驗，加載采用快速維持荷載法，單樁豎向極限承載力400樁徑為2200kN、500樁徑為3400kN。其中一根500樁徑的樁加載至九級時沉降突然加大，最大沉降量達83.95mm,殘余68.95mm，Q-s曲線見圖2。
　　         
　　                                    圖1典型地質剖面                                                    圖2Q-s曲線
　　3. 對檢測結果的分析
　　根據地質報告反映，該場區上部存在厚度較大的淤泥層和松散狀砂土層，其樁側摩阻力均較低，樁頂豎向荷載主要由樁端阻力承受。從Q-s曲線形態看，曲線在前八級都比較完整，隨荷載的逐漸增加而出現平緩過渡段，這表明樁頂的荷載已逐漸傳至端部，但因樁端持力層強度不足造成端阻力不足，樁身沉降增大超過極限，所以Q-s曲線突然變陡，沉降不斷增大，達不到設計要求。
　　該問題樁自壓樁完成至進行靜載試驗其間隔時間為10天，符合《建筑地基基礎設計規范》（GB50007-2002）中"Q.0.4：預制樁在砂土中入土7天后才能進行豎向靜載試驗"的要求，根據該工程布樁情況和持力層特性分析，基本排除了擠土效應因素；另經測量，其垂直度偏差率為0.05%，未超規范允許值，低應變動測結果顯示樁身完整，未受破壞。
　　查閱施工壓樁記錄，我們發現該樁在壓樁過程中在穿越上部粘土層時曾遇到沼氣噴出，瞬時壓力下降的情況，但穿過該層后壓樁情況正常，并未有明顯影響。通過仔細研究地質勘察報告和對周邊地區工程地質進行調研、并與勘察、設計、施工、監理等參建各方認真討論研究后，我們認為靜載荷試驗出現異常沉降的主要原因，是部分樁端持力礫砂層中含有淺層沼氣。
　　結合本地區實際，本工程位于粵東沿海韓江水系附近地區，屬淺層沼氣分布較廣區域，淺層沼氣主要賦存于第四系淺海相沉積層中，該層以海相的粘性土、砂質粘土、砂及礫砂層為主；地質報告中提及在該場區上部軟土層中富含腐殖質，腐殖質主要來源于植物及動物碎屑腐敗，是微生物降解過程的最終產物，而在其降解過程中釋放出的沼氣，小部分在粘土層中儲存，形成封閉氣泡，大部分在土層固結過程中溢出到砂性土層中儲存起來，這與施工中部分樁遇到沼氣情況相吻合；除此以外，地質報告描述持力礫砂層為“灰黃色，飽和，密實，粗礫砂為主，含10～20%卵石，但含少量泥質”，不排除該層還儲存著自身所含有機質分解所釋放的沼氣；由于土層的復雜性，特別是砂層中的淺層沼氣多以單個透鏡砂體存在，地質勘察中不一定能被發現，故持力層中含有淺層沼氣的可能性極大，從地質勘察及施工情況看，該處并未發現氣體連續的含氣層，基本可推斷該淺層沼氣分布較為分散。
　　由于本工程基樁以端承為主，故該場區上部粘土層中含有的淺層沼氣不會對樁基工程產生明顯影響，也不會因此引起基樁較大沉降，與壓樁施工對軟土層擾動引起的再固結沉降相比，其影響程度不大。但是持力砂層中的淺層沼氣卻會引起土體擾動、基樁不均勻沉降、在樁基中產生負摩擦力、降低樁基承載力等一系列不利影響，
　　根據有關研究文獻，通過室內外孔壓靜力觸探（CPTU）試驗，揭示了含淺層沼氣砂層的承載性能隨氣壓緩慢釋放的變化規律：砂層中的淺層沼氣多以單個封閉透鏡砂體存在，當其表層受外荷破壞后，有壓氣體釋放引起土體固-液-氣三相比例變化，導致含氣砂層壓縮，土體抗剪強度降低，承載力降低；而當氣壓緩慢釋放完后，砂土內空隙被水充填，因水的漲縮性比氣體小很多，故孔隙壓力降低，相應的有效應力增大，砂層有一定程度的壓密，而擠密作用還會使其承載力有一定程度的提高。
　　這與本工程問題樁的情況基本相符，壓樁時達到的終壓值屬瞬間值，壓入樁并未穿過含氣砂體，而靜載荷試驗可維持某個穩定的壓力持續較長時間加載，經過一定時間外荷作用破壞了表層砂體，出現了上述土體變化情況，而使基樁發生較明顯的沉降。
　　根據同濟大學實驗室對淺層沼氣釋放后含氣層土體變形規律模擬試驗的結果分析發現:與氣體釋放過程中土樣所產生的沉降量相比，氣體回聚和再次排氣過程所產生的回彈和再沉降量是很小的，就不再分析了。
　　4. 處理方案及結果
　　綜上所述，必須采取有效措施緩慢釋放樁端持力砂層中含有的淺層沼氣，消除基樁非正常沉降，確保承載力達到設計要求。經多方協調制定了復壓處理方案，由于總樁數不多且該場區淺層沼氣分布較為分散，決定對余下所有樁全面復壓，復壓完畢10天后再選取基樁進行靜載荷試驗。本工程單樁豎向承載力取值不高，而管樁公司提供的樁身容許承載有較大安全儲備，因此把樁復壓終止壓力值適當提高，400樁徑不高于3000kN、500樁徑為不高于4000kN。
　　考慮到復壓對管樁自身有一定影響，要求施工單位在復壓時做好各項措施。○1增加樁機配重。當配重到位，樁機具有足夠的沉樁能力，壓樁能更好地穿過含沼氣區并擠密砂層，且能較好地維持樁機穩定，保護樁頭質量不因復壓產生的樁頂反力受破壞。○2嚴格做好終壓控制。由于液壓靜壓樁機的構造特性，對樁頂施加壓力不能象靜載荷試驗一樣維持某個穩定的壓力持續加載，施壓時樁尖遇到受壓縮密實砂層時壓力會迅速上升，所以復壓時應逐級加載，特別當復壓壓力接近終壓值時需小心控制，否則可能破壞樁身完整性。○3對于送樁較深和進行過切樁處理的基樁，復壓前均應做好防護措施，避免壓壞。
　　共復壓71根樁，其中10根樁（8Φ400、2Φ500）出現了異常沉降，復壓沉降量均超過100mm，最大沉降量達730mm。復壓完畢9天后再選取2根樁進行豎向抗壓靜載試驗，最大沉降量分別為18.05mm、28.34mm，殘余沉降量為1.13mm、3.38mm,Q-s曲線無明顯陡降，s-lgt曲線尾部無明顯向下彎曲，均能達到設計要求。
　　后對復壓的71根樁全數進行低應變動測試驗，結果其中55根為Ⅰ類樁，16根為Ⅱ類樁，表明樁身質量符合要求。該工程已竣工驗收備案，建筑物最大沉降為11mm，最小沉降為6mm，其上部主體結構未發現可見裂縫，結構安全可靠。
　　在與該廠房相鄰的二期工程施工中，吸取了一期的經驗教訓，在施工過程中采取了一系列積極主動的措施，包括適當提高設計終壓值，增加樁機配重，壓樁時采取逐步加載多次復壓方法等等，較好地消除了淺層沼氣對含氣層樁基工程與其承載性能的不利影響，二期工程施工順利，檢測結果也達到設計要求，建筑物沉降均勻，目前也已竣工驗收備案。
　　5. 結語
　　通過本工程實例，我們認識到沿海軟土地區淺層沼氣對靜壓管樁基礎工程的影響不容忽視，在工程勘察、設計與施工中均應引起高度重視。
　　勘察中如發現土層中富含腐殖質，應考慮該片區可能存在淺層沼氣的情況,由于淺層沼氣的賦存狀態極為復雜,工程勘探要準確判斷其分布范圍有較大難度,因此還要加強對同地區土質情況的調研,結合實際勘探情況，提交準確報告供設計與施工決策之用。
　　設計部門應慎重選取持力層；充分考慮樁基中產生負摩擦力的安全設計對策，增加樁基承載力，確保工程的安全儲備；適當增加樁長使樁基穿過含氣層并延伸到持力層一定深度；同時要加強對樁基承載力與沉降的驗算，特別是樁基在遭受不同程度的淺層沼氣影響時，樁基承載力和沉降能否滿足要求。
　　除前文列舉的施工防治措施外，必要時還可借鑒石油天然氣部門的經驗和控制措施，在樁基工程施工前預先對淺層沼氣進行控制排放，這在許多地下工程施工中已成功實踐，對預防淺層沼氣的不利影響是有效的。
　　參考文獻
　　1. 軟土環境工程地質學.人民交通出版社
　　2. GB50007-2002建筑地基基礎設計規范.中國建筑工業出版社
　　3. JGJ106-2003J256-2003建筑基樁檢測技術規范.中國建筑工業出版社
　　4. 孔令偉等.淺層天然氣井噴對地質的損傷影響與樁基工程危害分析，防災減災工程學報2004,12
　　5. 郭愛國等.孔壓靜力觸探用于含淺層生物氣砂土工程特性的試驗研究，巖土力學2007,08