鄭思光 馮士廣 紀(jì)燕祥 何若梅

(河北省地礦局第二地質(zhì)大隊(duì) 唐山 063000)

本次勁性復(fù)合樁施工場地位于曹妃甸地區(qū)，以軟弱的粉質(zhì)粘土為主，地表以沖填土為主。以往地基處理方法以長螺旋鉆孔壓灌注樁(CFG樁)、預(yù)應(yīng)力管樁、鉆孔灌注樁為主。

CFG樁由于當(dāng)前設(shè)備所限(最大樁長25 m左右，樁徑500～600 mm)，單樁承載力有限；預(yù)應(yīng)力管樁軟土地基施工常出現(xiàn)擠土效應(yīng)，遇密實(shí)砂土層沉樁困難；鉆孔灌注樁施工程序復(fù)雜、施工質(zhì)量難控且產(chǎn)生大量泥漿造成環(huán)境污染。

勁性復(fù)合樁通過散體、柔性、剛性樁與場地工程地質(zhì)、水文地質(zhì)條件的巧妙結(jié)合，較好的解決了以上問題。勁性復(fù)合樁單樁承載力提高2～3倍，比傳統(tǒng)樁型可節(jié)省費(fèi)用20%～30%，無泥漿排放，節(jié)能環(huán)保。

1 概述

在巖土工程的實(shí)際應(yīng)用中，單一樁型有一定的局限性。砂石樁等散體材料樁對軟弱地基處理后承載力提高幅度不大；水泥土類樁的樁身強(qiáng)度受土質(zhì)、施工工藝影響較大；在軟土中采用振動(dòng)沉管灌注樁施工時(shí)，由于振動(dòng)和擠土效應(yīng)易造成縮徑和斷樁現(xiàn)象；預(yù)應(yīng)力管樁在軟土中單樁承載力較低，且需進(jìn)入密實(shí)土層，樁身材料得不到充分發(fā)揮。20世紀(jì)90年代初至今，全國各地逐步發(fā)展了剛性樁、柔性樁、散體樁相互復(fù)合的樁型，并應(yīng)用于實(shí)際工程。

勁性復(fù)合樁是將常用的散體材料樁、柔性水泥土類樁、剛性混凝土類樁三種單一樁型相互組合，后一種樁型在前一種樁體上進(jìn)行再次施工，形成互補(bǔ)增強(qiáng)的進(jìn)行勁性復(fù)合樁型?？煞譃樯Ⅲw樁與柔性樁組合成的散柔勁性復(fù)合樁、散體樁與剛性樁組合成的散剛勁性復(fù)合樁、柔性樁與剛性樁組合成的柔剛勁性復(fù)合樁、散柔勁性復(fù)合樁和剛性樁組合成的三元?jiǎng)判詮?fù)合樁。其中，在散體樁、柔性樁或散柔勁性復(fù)合樁樁體上再進(jìn)行剛性樁施工后形成的樁又稱為勁芯勁性復(fù)合樁。勁芯勁性復(fù)合樁由內(nèi)芯和外芯兩部分組成，根據(jù)內(nèi)芯的長度可又分為長芯、等芯和短芯等。

勁性復(fù)合樁適用于淤泥、淤泥質(zhì)土、黏性土、粉土、粉砂以及人工填土等地基。因此，勁性復(fù)合樁對于土體松散，以粘性土與砂類土為主的沿海地區(qū)，是一個(gè)更好地選擇。以下案例是勁性復(fù)合樁中短芯樁在沿海軟土地區(qū)的應(yīng)用實(shí)例。

2 勁性復(fù)合樁項(xiàng)目—愛芭家具生產(chǎn)基地

2.1 工程概況

工程場地位于唐山市曹妃甸區(qū)中日合作園區(qū)，工程場地所屬地貌單元為濱海平原，表層土為淺海吹填造地形成。

2.2 工程地質(zhì)條件

工程場地各工程地質(zhì)層特征見表1。

表1 地基土工程地質(zhì)分層及特征

工程場地各土層樁基參數(shù)見表2。

2.3 勁性復(fù)合樁設(shè)計(jì)

勁性復(fù)合樁技術(shù)(粉噴樁樁長15.0 m，內(nèi)插預(yù)應(yīng)力管樁PHC400AB-95-13)，樁頂相對標(biāo)高-2.00 m。

(1)勁性復(fù)合樁樁側(cè)破壞面位于內(nèi)、外芯界面時(shí)，按公式單樁承載力計(jì)算如下：(預(yù)應(yīng)力管樁PHC400AB95-13)

=0.4×3.14×1500×0.05×13+2500×(0.22-0.1052) ×3.14

=1452 kN﹥1200 kN

式中：Ra—?jiǎng)判詮?fù)合樁單樁豎向抗壓承載力特征值(kN)；

uc—?jiǎng)判詮?fù)合樁內(nèi)芯樁身周長(m)；

lc—?jiǎng)判詮?fù)合樁復(fù)合段長度(m)；

(2)勁性復(fù)合樁樁側(cè)破壞面位于外芯和樁周土的界面時(shí)，按公式單樁承載力(Ra)計(jì)算如下(粉噴樁徑900 mm，有效樁長15 m)：

Ra=u∑ξsiqsiali+aξpqpaAp

=0.9×3.14×(2.74×13×1.5+0.95×20×1.7+5.76×15×2+3.55×20×1.7+0.84×20+1.03×25+0.13×20)+0.452×3.14×100×0.8

=1250 kN﹥1200 kN

式中：u —?jiǎng)判詮?fù)合樁樁身周長(m)；

li—?jiǎng)判詮?fù)合樁復(fù)合段第i土層厚度(m)；

Ap—?jiǎng)判詮?fù)合樁樁身截面積()，對散剛勁性復(fù)合樁應(yīng)取剛性樁樁身截面積；對柔剛勁性復(fù)合樁和三元復(fù)合樁，當(dāng)剛性樁樁長大于柔性樁或散柔復(fù)合樁樁長時(shí)，應(yīng)當(dāng)取剛性樁樁身截面積；

表2 各土層樁基參數(shù)

qsia—?jiǎng)判詮?fù)合樁復(fù)合段外芯第i土層側(cè)阻力特征值(kPa)，宜按地區(qū)經(jīng)驗(yàn)取值。無經(jīng)驗(yàn)時(shí)，可按表1取值；

qpa—?jiǎng)判詮?fù)合樁端阻力特征值(kPa)，宜按地區(qū)經(jīng)驗(yàn)取值。也可取樁端地基土未經(jīng)修正的承載力特征值；

a —?jiǎng)判詮?fù)合樁樁端天然地基土承載力折減系數(shù)，對柔剛復(fù)合樁可取0.70～0.90，對三元?jiǎng)判詮?fù)合樁可取0.80～1.00；

ξsi、ξp—分別為勁性復(fù)合樁復(fù)合段外芯第i土層側(cè)阻力調(diào)整系數(shù)、端阻力調(diào)整系數(shù)，宜按地區(qū)經(jīng)驗(yàn)取值。無經(jīng)驗(yàn)時(shí)，可按表1取值；非復(fù)合段側(cè)阻力調(diào)整系數(shù)、端阻力調(diào)整系數(shù)均取1.0。

本實(shí)例為將管樁壓入粉噴樁中大幅度提高了管樁的承載力，并使管樁的壓入更加容易和方便。

2.4 經(jīng)濟(jì)分析

原設(shè)計(jì)采用預(yù)應(yīng)力混凝管樁PHC-500A-125-16.5，共440根，單樁承載力特征值550 kN，工程造價(jià)130.7萬元，經(jīng)使用勁性復(fù)合樁技術(shù)(粉噴樁樁長15.0 m，內(nèi)插PHC400AB95-13)，220根，單樁承載力特征值1200 kN，工程造價(jià)108.5萬元，節(jié)省費(fèi)用20%以上。

2.5 試樁及載荷試驗(yàn)結(jié)果

在該場地進(jìn)行了兩顆大直徑勁性復(fù)合樁試驗(yàn)：試樁1外樁,采用直徑1200 mm，長24 m粉噴樁內(nèi)插22 m直徑500 mm預(yù)應(yīng)力管樁；試樁2采用直徑1200 mm，長24 m粉噴樁內(nèi)插22 m直徑500 mm預(yù)應(yīng)力管樁。試1、試2樁在最大荷載6000 kN時(shí)，樁累計(jì)沉降量分別為22.54 mm、37.50 mm。試1、試2樁的單樁豎向抗壓承載力特征值均達(dá)到3000 kN，滿足設(shè)計(jì)要求。

上述試驗(yàn)實(shí)現(xiàn)了沿海軟弱粘性土地區(qū)勁性復(fù)合樁單樁承載力特征值3000 kN,的突破，最大樁長不足25 m，而預(yù)制樁、灌注樁要想達(dá)到如此高承載力樁長要達(dá)50 m以上，施工難度和費(fèi)用會(huì)大大增加。

3 作用機(jī)理分析

管樁的壓入會(huì)擠密水泥土體和樁周土體及樁端水泥土體，實(shí)測800 mm的水泥土樁在400 mm 的勁芯壓入后直徑增大到860～870 mm，此樁周土體與水泥土體的界面粗糙緊密，黏結(jié)力較高，大幅度提高了樁身側(cè)摩阻力(高于一般水泥土樁的7倍以上，也高于樁身平滑的管樁和方樁3倍)。干法水泥土體在受到勁芯擠密時(shí)會(huì)擠擴(kuò)樁周土體，而濕噴漿體的擠擴(kuò)效果較差。

由于管樁與水泥土體黏結(jié)強(qiáng)度高，且當(dāng)水泥土的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度達(dá)到1.5 MPa以上時(shí)，其抗剪強(qiáng)度高達(dá)0.3 MPa，同時(shí)外芯水泥土也承擔(dān)一定比例的荷載，內(nèi)外芯之間不會(huì)發(fā)生相對移動(dòng)。在上部荷載作用下管樁會(huì)將荷載迅速傳遞到樁外芯和樁周土體，由于樁端下有較高強(qiáng)度的水泥土體，其端阻力也遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于天然土體，同時(shí)提高了樁側(cè)阻力，使管樁處于水泥土體的握裹側(cè)限之中，其壓屈條件較好，樁身抗壓強(qiáng)度、抗水平力、抗拔力以及抗彎抗剪性能均大幅度提高,可用于高層建筑及深基坑支護(hù)工程。

由于水泥土樁體積較大，造價(jià)低廉，其產(chǎn)生的較強(qiáng)黏結(jié)強(qiáng)度和側(cè)摩阻力以及對勁芯的握裹作用，管樁水泥土復(fù)合樁及其它鋼筋混凝土勁芯復(fù)合樁也具有較高的抗拔承載力。

4 結(jié)論

本項(xiàng)目是在現(xiàn)有軟基處理方法和樁基工程理論與實(shí)踐的基礎(chǔ)上進(jìn)行的一次創(chuàng)新，改變了現(xiàn)有樁型的概念，它綜合了單一樁型的優(yōu)點(diǎn)，能根據(jù)土質(zhì)情況、上部結(jié)構(gòu)要求、加固目的，有針對性、靈活地采取多種組合方式，調(diào)整各種樁的樁徑、樁長、摻灰量、強(qiáng)度、顆粒級(jí)別、攪拌和復(fù)打次數(shù)等，使組合充分發(fā)揮出樁周軟土摩阻力和樁底阻力又匹配材料強(qiáng)度而產(chǎn)生的足夠高的單樁承載力，且能顯著提高樁間土體強(qiáng)度和對承載的參與度，多種介質(zhì)協(xié)調(diào)匹配，剛?cè)嵯酀?jì)，相互補(bǔ)強(qiáng)，共同提高。還能有效地提高沿海地區(qū)軟基強(qiáng)度及穩(wěn)定性，快速降低地基壓縮性，并保證整個(gè)地基的均勻性，滿足設(shè)計(jì)要求。

勁性復(fù)合樁技術(shù)是在現(xiàn)有軟基處理方法和樁基工程理論與實(shí)踐的基礎(chǔ)上進(jìn)行的一次創(chuàng)新，改變了現(xiàn)有樁型的概念，它綜合了單一樁型的優(yōu)點(diǎn)，能根據(jù)土質(zhì)情況、上部結(jié)構(gòu)要求、加固目的有針對性的、靈活地采取多種組合方式。

勁性復(fù)合樁單樁承載力提高2～3倍，比傳統(tǒng)樁型可節(jié)省費(fèi)用20%～30%，無泥漿排放，節(jié)能環(huán)保。工期短，施工簡便。還可以節(jié)約資源、保護(hù)環(huán)境，應(yīng)用前景廣闊。

[1]建筑樁基技術(shù)規(guī)范(JGJ 94—2008)[S].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2008.

[2]建筑地基處理技術(shù)規(guī)范(JGJ 79—2012)[S].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2012.

[3]張雁,劉金波.主編.樁基手冊[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社，2009.

[3]混凝土芯水泥土勁性復(fù)合樁復(fù)合地基技術(shù)規(guī)程(DB13(J)50—2005).中國建材工業(yè)出版社,2005.

[4]勁性復(fù)合樁技術(shù)規(guī)程(JGJ/T 327—2014)[S].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2014.

[5]愛芭家具生產(chǎn)基地項(xiàng)目巖土工程勘察報(bào)告[R],2016.