王池波

（晉江市路橋建設開發(fā)有限公司，福建晉江362200）

1 引言

隨著社會經(jīng)濟的持續(xù)發(fā)展，人們對工程建設質(zhì)量提出了更高的要求。傳統(tǒng)的素混凝土樁在樁基應用中的適用性逐步降低，采取全新的施工工藝勢在必行。隨著行業(yè)技術的進步，素混凝土樁復合地基相繼被應用在工程建設領域中，其在深厚軟土地基加固方面具有良好的應用效果[1～3]。

2 工程概況

2.1 工程地理情況

本文以晉江市沈海高速機場連接線工程第二標段為研究對象。該工程位于泉州市晉江市池店鎮(zhèn)和陳埭鎮(zhèn)，路線全長約3.2km，項目起始樁號為K2550，終點樁號為K5720，主要施工內(nèi)容分為包括路基、路面和橋梁在內(nèi)的主體工程以及包括管線在內(nèi)的附屬工程。

2.2 工程地質(zhì)條件

本工程的地理環(huán)境為亞熱帶海洋性環(huán)境，受區(qū)域河流影響，該區(qū)域淤泥厚度較大，地基表層為素填土，包含花崗巖塊石夾砂粒、黏性土等，分布不均勻，鉆孔揭露信息表明素填土最大厚度可達8m。下有厚度較大且含水量高的淤泥軟土層情況，存在壓縮性強、強度小、流變性大以及靈敏度高等諸多工程難題。場地地基土物理力學性質(zhì)指標如表1所示。

表1場地地基土物理力學性質(zhì)指標

2.3 地基處理方案的選擇

考慮地基表層為素填土，含有花崗巖塊石，道路等級高，工后沉降要求高，從施工工藝的適用性和經(jīng)濟性角度考慮，本項目采用素混凝土樁。

3 素混凝土樁復合地基工作機理

素混凝土樁應用比較廣泛，通過碎石、粉煤灰、水泥、石屑等加水攪拌形成黏結(jié)性較強的素混凝土[4]。和碎石樁相比，素混凝土樁最終承受外荷載的能力有顯著提高，通?？蛇_1倍以上，其影響因素主要為樁體本身的幾何尺寸與上部墊層厚度值。素混凝土樁體的強度可以調(diào)節(jié)，幅度為C5～C20。素混凝土樁的工程特性與散體碎石有所不同，工作時不必依靠周圍土體的約束力就能傳遞豎向荷載。受豎向荷載時，素混凝土樁本身的承載能力較強。因此，整體的壓縮變形相對較小，而減小壓縮層變形，能夠有效防止周圍土體變形過大[5]。采用素混凝土樁能夠提升上部軟弱土層的承載能力，同時減少地基處理的工作量。素混凝土組合樁復合地基工作機理如圖1所示。

圖1復合地基條件下素混凝土組合樁受力機理示意圖

4 素混凝土樁施工工藝及特點

4.1 成孔工藝的選擇

現(xiàn)階段，主要有2種不同的素混凝土樁施工方法：（1）進行振動沉管，而后澆筑混凝土?？紤]施工期間擾動性較強的特點，宜采取隔行跳打的方式，或是合理控制好樁間距。（2）長螺旋鉆機成孔，清理孔內(nèi)雜物后向其中填入混凝土。此方式在孔深較深且土質(zhì)較好的條件下具有可行性，具備穿過堅硬土層的能力，但泥漿需求量較大，泥漿外運所需成本有所增加。振動沉管灌注成樁適用于普通黏性土、粉土以及素填土地基，但對于地下水位以上的土層，則需采用長螺旋鉆孔灌注成樁，且長螺旋鉆機成孔工藝能減少對相鄰樁或相鄰房子的側(cè)向擠壓效應。本工程地層為含較厚花崗巖石料的素填土層+厚度較深的淤泥土層，因此，本工程設計時，選用長螺旋鉆管內(nèi)泵壓施工工藝，以避免產(chǎn)生擠土效應，造成對橋臺的不利影響。

通過在樁頂設置級配碎石砂加筋褥墊層50cm，夾雙層（橋頭處理段落）或單層聚丙烯單向土工格柵（180kN/m），進而調(diào)整樁土應力比，能夠充分發(fā)揮樁的作用?？紤]應力集中和調(diào)整樁土應力比的需求，在樁頂設置鋼筋混凝土樁帽。

4.2 主要施工工藝

4.2.1 施工組織設計原則

回旋切土工藝在深厚軟弱土層中更具有適用性，施工成型的素混凝土樁整體質(zhì)量良好[6]。工程實踐中，應按照如下要求有序組織施工：（1）合理選擇樁機型號，主要考慮樁徑、樁長和施工現(xiàn)場地基土的情況；（2）樁位的確定應嚴格遵循圖紙，鉆孔施工遵循先慢后快的原則；（3）按碎石→水泥→砂的順序投料制備混凝土，要求碎石含泥量＜5%，每盤攪拌總時間至少應達到60s，以保證各材料可充分混合；（4）達到鉆進深度后，應及時清理樁底沉渣，然后澆筑混凝土；（5）在完成混凝土澆筑后，應通過量測，保證樁頂?shù)膶嶋H標高超過設計標高值0.5m，再進行后續(xù)樁施工。

4.2.2 主要施工工藝

主要施工工藝包括以下2項：

1）試樁。在施工開始之前，應進行成樁工藝試驗，試驗目的為確定施工工法與工藝、整體施工速度以及所需投料具體數(shù)量，確保施工質(zhì)量，同時研究在復合地基的條件下，素混凝土樁的作用機理，驗證設計文件是否滿足工程承載力要求，及時調(diào)整設計。在試驗過程中，通常取樣的試樁不應小于4根，試驗量測內(nèi)容包括樁、土以及墊層的應力與應變值變化過程。當試驗所得數(shù)據(jù)均符合設計規(guī)范要求后，方可展開工作面以進行后續(xù)施工。

2）施工流程。施工流程如圖2所示。

圖2施工流程圖

4.3 材料要求

水泥：宜采用P·O42.5普通硅酸鹽水泥。骨料：宜用反破碎施工碎石，粒徑6～20mm，雜質(zhì)含量小于5%。粉煤灰：采用Ⅱ級、Ⅲ級。水電：符合施工用水用電要求。外摻劑:泵送劑。混凝土坍落度：混合料坍落度控制在16～20cm。褥墊層材料:碎石砂，其中碎石占70%，直徑2～4cm，砂占30%，含泥量不大于5%；土工格柵材料采用聚丙烯單向土工格柵，180kN/m，伸長率為5%時，拉力應大于130kN/m。

5 總體方案設計

5.1 素混凝土樁復合地基參數(shù)設計

素混凝土樁復合地基參數(shù)設計包括以下幾項：

1）樁長：復合地基設計流程中，樁長是首要考慮參數(shù)，具體應根據(jù)路基穩(wěn)定性和工后沉降的要求以及現(xiàn)場地質(zhì)條件等因素而確定。本工程通過鉆孔取樣的方式分析地質(zhì)情況，在淤泥深度較大的區(qū)域鉆孔，樁基長度規(guī)定為21.0m，樁端進入持力層規(guī)定為0.5m。

2）樁徑：由于在工程設計時采用長螺旋鉆管內(nèi)泵壓方法，且考慮施工現(xiàn)場需要采用的鉆孔設備會對樁徑產(chǎn)生較大的制約，因此，根據(jù)長螺旋鉆管的幾何尺寸，將樁徑長度規(guī)定為50.0cm。

3）樁距：基于本工程中的巖土工程勘察報告數(shù)據(jù)，確定布樁形式為正方形，其中樁距規(guī)定為2.0m，樁帽邊長取為1.5m，據(jù)此計算得到樁面積置換率為5.0%。

4）褥墊層：在樁頂設置級配碎石砂加筋褥墊層，層高為50.0cm，夾雙層（橋頭處理段落）或單層聚丙烯單向土工格柵（180kN/m），從而達到調(diào)整樁與土之間的應力比值的目的，實現(xiàn)對樁基作用的最大化利用。通過樁帽對樁頂進行連接，并在樁帽頂部依次設置30cm碎石和20cm鋼塑格柵增大墊層剛度，以避免產(chǎn)生較大的應力集中而導致樁頂進入的結(jié)果。

5.2 單樁承載力特征值與復合地基承載力特征值計算方法

本次計算參照JTG/T D31-02—2013《公路軟土地基路堤設計與施工技術細則》[7]相關公式進行求解計算，具體詳述如下。

5.2.1 單樁承載力特征值計算

單樁承載力特征值PPF計算公式如下：

式中，Sa為樁身周長，m；fi為按土層劃分的各土層樁周土的極限摩阻力，kPa；la為按土層劃分的各段樁長，m；fak為樁端土極限承載力，kPa；Ap為樁身截面面積，m2；α為樁端天然地基土的承載力折減系數(shù)，取值區(qū)間0.4～0.6。

5.2.2 復合地基承載力特征值計算

復合地基承載力特征值Pcf計算公式如下：

式中，Psf為天然地基極限承載力，kPa；β為樁間土承載力折減系數(shù)；m為復合地基置換率。

綜上，通過對鉆孔資料的分析可知，填筑土層的樁長取2.5m；淤泥層施工條件特殊，樁長取18m，根據(jù)上述公式（1）和公式（2）及具體施工量測參數(shù)值，計算可得單樁豎向承載力特征值PPF為604.0kN，復合地基承載力特征值Pcf為156.4kPa。因此，根據(jù)受力情況，單樁的抗壓承載力與荷載設計值之比為2.2，復合地基承載力與應力設計值之比為2.2，由相關規(guī)范可知，均滿足要求。

5.3 沉降量計算

壓縮變形的計算方法為單向壓縮分層總和方法。而根據(jù)GB 50007—2016《建筑地基基礎設計規(guī)范》，樁間土所存在的壓縮變形對沉降的進一步加重效應可忽略不計。施加豎向荷載的情況下，復合地基最終所發(fā)生的沉降是由加固位置的沉降量S1與下臥層部分的沉降量S2兩個數(shù)值的總和[8]。

S1的沉降計算可選方法較多，包含應力修正法、樁身壓縮法等，根據(jù)前述規(guī)范，應采用復合模量法，其計算更為便捷，能夠?qū)扼w和原地基土視為整體，簡化了計算流程，通過計算后求得復合壓縮模量，利用該指標來表征復合土體所具備的壓縮性。

1）復合地基加固區(qū)將發(fā)生的最終變形S1為：

式中，m為樁端下壓縮土層分層數(shù)；Esj，i為樁端下第j層土的第i個分層的復合土體壓縮模量，MPa；Δhj，i為第j層的第i分層厚度，m；σj，i為樁端下第j層的第i分層的豎向附加應力，kPa；ψp為樁基沉降計算經(jīng)驗系數(shù)。

按上述方法展開計算，可求得S1=45.2mm。

2）下臥層的沉降S2，以前述規(guī)范中的相關規(guī)定為準，經(jīng)計算后得知該值為171.3mm。

3）地基總沉降。經(jīng)上述計算后，可知S1=45.2mm，S2=171.3mm，由此可求得總沉降量S=216.5mm＜500mm，可滿足要求。

5.4 荷載試驗結(jié)果分析

在素混凝土樁正式施工28d后，為了驗證素混凝土樁在本工程中的應用效果，本次試驗樁選取雙龍路立交SW匝道上（臨近PHC樁）10根素混凝土樁進行荷載能力試驗，最大荷載下的沉降為0.67～22.8mm，設計荷載對相應的相對平均值為0.0021，小于規(guī)范標準。根據(jù)試驗相關數(shù)據(jù)可以得出載荷-沉降曲線（見圖3），復合地基承載力特征值為125kPa，單樁豎向抗壓極限承載力為810kN。從以上特征可以看出，該工程地基處理滿足荷載要求。

圖3載荷-沉降試驗曲線

6 結(jié)語

素混凝土樁復合地基在軟土地基等特殊地質(zhì)條件中具有可行性，地基變形幅度相對較小，施工較為便捷，綜合應用效果良好。本文圍繞素混凝土樁復合地基的施工工藝展開探討，經(jīng)計算與分析后認為素混凝土樁復合地基的應用效果可滿足工程要求，所提內(nèi)容具有參考價值。