葉紹棠

（廣州市市政工程設(shè)計(jì)研究總院有限公司，廣東 廣州 510060）

0 引言

近年來(lái)，華南地區(qū)市政道路建設(shè)進(jìn)展迅猛，而在沿海地區(qū)市政項(xiàng)目中，由于沿海區(qū)域普遍存在較深軟土的特殊性，在項(xiàng)目總投資中軟基處理投資造價(jià)所占比例較大。經(jīng)濟(jì)合理的處理方案會(huì)在很大程度上促進(jìn)項(xiàng)目的推進(jìn)。

關(guān)于加芯攪拌樁設(shè)計(jì)、施工及機(jī)械設(shè)備的研究成果很多，國(guó)家與地方也發(fā)布了相關(guān)技術(shù)規(guī)范[1-6]，詳細(xì)說(shuō)明加芯攪拌樁復(fù)合地基處理的適用范圍、承載力計(jì)算和檢測(cè)等相關(guān)內(nèi)容。但研究多集中于施工、檢測(cè)經(jīng)驗(yàn)積累，關(guān)于加芯攪拌樁設(shè)計(jì)要點(diǎn)的總結(jié)較少。陳佐林[7]根據(jù)沿海地區(qū)鐵路站場(chǎng)施工特點(diǎn)，結(jié)合寧德站使用多向加芯攪拌樁進(jìn)行地基處理施工的實(shí)際情況，對(duì)加芯攪拌樁施工工藝及施工質(zhì)量控制進(jìn)行了詳細(xì)的闡述。劉鵬程[8]通過(guò)物理檢測(cè)，利用ANSYS 有限元進(jìn)行數(shù)值模擬，評(píng)價(jià)了加芯攪拌樁其關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)選取的合理性。

本文結(jié)合項(xiàng)目自身特點(diǎn)，從技術(shù)可行性、造價(jià)成本、施工難度等方面對(duì)引道軟基采用加芯攪拌樁的施工方式進(jìn)行綜合分析，保證了施工方案的合理性，有效推進(jìn)項(xiàng)目建設(shè)。從實(shí)施情況看，項(xiàng)目在控制經(jīng)濟(jì)成本的情況下引道軟基處理檢測(cè)成果符合要求。本文總結(jié)了相關(guān)設(shè)計(jì)及施工技術(shù)，為后期項(xiàng)目建設(shè)選擇更經(jīng)濟(jì)、更合理的處理方案積累經(jīng)驗(yàn)。

1 工程概況

某項(xiàng)目位于南沙區(qū)黃閣鎮(zhèn)，道路規(guī)劃為城市主干路，道路紅線寬度為60 m，雙向8 車道，設(shè)計(jì)速度為60 km/h。場(chǎng)地蕉門水道環(huán)繞南北，絕大部分為沙田平原，土壤肥沃，地勢(shì)平坦。

項(xiàng)目跨涌橋兩端引道填土高度大于4 m，引道擋墻最大擋高約6 m，采用鋼筋混凝土材質(zhì)。根據(jù)地勘資料，橋頭引道范圍存在較深軟土地質(zhì)，需要進(jìn)行軟基處理。

2 工程地質(zhì)概況

根據(jù)前期初勘報(bào)告及區(qū)域地質(zhì)資料，場(chǎng)區(qū)內(nèi)土層為人工填土、第四系三角洲海陸交互相沉積、沖洪積、殘積土層，人工填土主要為素填土。橋頭引道段部分地質(zhì)鉆孔如圖1 所示。

圖1 橋頭引道段部分地質(zhì)鉆孔

3 加芯攪拌樁設(shè)計(jì)

本項(xiàng)目引道最大填土為4 m，擋墻最大高度為6 m，引道復(fù)合地基承載力為140 kPa，擋墻基底要求復(fù)合地基承載力為200 kPa。根據(jù)以上要求以及地層相應(yīng)參數(shù)，結(jié)合南沙地區(qū)以往軟基處理經(jīng)驗(yàn)，水泥攪拌樁復(fù)合地基承載力難以達(dá)到要求，預(yù)應(yīng)力管樁綜合單價(jià)過(guò)高。加芯攪拌樁具有造價(jià)成本低、適用性強(qiáng)、施工簡(jiǎn)易等優(yōu)勢(shì)，故本項(xiàng)目引道及引道擋土墻軟基處理采用加芯攪拌樁復(fù)合地基方案。

3.1 加芯攪拌樁簡(jiǎn)介

加芯攪拌樁是在多向攪拌樁基礎(chǔ)上的一種技術(shù)延伸。利用水泥攪拌樁成樁后攪拌體處于松軟狀態(tài)且尚未固結(jié)時(shí)，及時(shí)采用靜壓或現(xiàn)場(chǎng)灌注的方式插入鋼筋混凝土、素混凝土、型鋼等各種芯樁而成樁，是混凝土樁和水泥攪拌樁的技術(shù)綜合應(yīng)用。

加芯攪拌樁的優(yōu)勢(shì)如下。

（1）充分發(fā)揮攪拌樁與預(yù)制樁的優(yōu)點(diǎn)，成樁質(zhì)量可控、可靠，易于監(jiān)督、檢查；樁體承載力高，工后沉降小。

（2）加芯水泥攪拌樁改善了荷載傳遞途徑及深度，使復(fù)合樁全長(zhǎng)范圍內(nèi)的側(cè)阻力和樁端阻力得到充分發(fā)揮。

（3）芯樁截面尺寸及長(zhǎng)度可根據(jù)荷載情況進(jìn)行設(shè)計(jì)變更，芯樁接觸的是已加固的水泥攪拌土，承載力高，抗震性好，能更有效地控制沉降。

（4）成樁速度快，后續(xù)工作少，樁身強(qiáng)度和承載力高。

（5）芯樁的插入還會(huì)擠擴(kuò)周圍水泥土體和樁周土體，使樁周土體的界面粗糙緊密，使側(cè)摩阻力大幅提高。

3.2 加芯攪拌樁設(shè)計(jì)

3.2.1 承載力計(jì)算

選取本項(xiàng)目軟弱土層最深的鉆孔土層進(jìn)行加芯攪拌樁單樁承載力計(jì)算驗(yàn)證。

加芯攪拌樁取外樁直徑為500 mm，芯樁平均直徑為175 mm，計(jì)算參數(shù)指標(biāo)如表1 所示。

表1 計(jì)算參數(shù)指標(biāo)

上述計(jì)算采用短芯樁，外樁樁徑按￠500 mm，引道段按樁間距1.1 m，擋墻基底按間距0.9 m 等正方形布置，加芯攪拌樁樁長(zhǎng)8.1m，樁底應(yīng)進(jìn)入下臥硬土層0.5 m 以上，采用濕法施工。芯樁首節(jié)采用頂截面為 200 mm×200 mm、底截面為 150 mm×150 mm 的倒四方棱臺(tái)形，其他節(jié)芯樁采用截面為150 mm×150 mm的四方柱形，各節(jié)芯樁通過(guò)鋼套筒連接。通過(guò)上述計(jì)算可知，單樁豎向承載力特征值為550 kN，滿足設(shè)計(jì)要求值300 kN 的要求。

3.2.2 主要技術(shù)及構(gòu)造要求

加芯攪拌樁屬于勁性復(fù)合樁類型，原則上必須穿透軟弱層至硬底。加芯攪拌樁施工具體要求與一般水泥攪拌樁一致，樁體所用水泥為42.5 級(jí)及以上的普通硅酸鹽水泥，水灰比宜為0.55~0.65，水泥摻和量為12%~15%，其中設(shè)計(jì)水泥量不低于55 kg/m。

芯樁設(shè)計(jì)及構(gòu)造要求應(yīng)符合以下要求，加芯攪拌樁加固引道軟基如圖2 所示，擋墻底加芯攪拌樁布置如圖3 所示。

圖2 加芯攪拌樁加固引道軟基

圖3 擋墻底加芯攪拌樁布置

（1）當(dāng)加芯攪拌樁設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)不超過(guò)9 m 時(shí)，采用單節(jié)預(yù)制芯樁。芯樁為倒四方棱臺(tái)形，芯樁上端截面為200 mm×200 mm，下端截面為150 mm×150 mm，芯樁長(zhǎng)度按設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)減去1 m 進(jìn)行預(yù)制?；炷翉?qiáng)度等級(jí)不宜低于C20。配筋按吊裝運(yùn)輸條件確定，主筋不小于4 根S00，箍筋采用冷拔鋼絲φ5@250 mm，最小配筋率不宜小于0.4 %。

（2）對(duì)設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)大于9 m 以上的加芯攪拌樁，采用二節(jié)方法預(yù)制混凝土芯樁。上節(jié)芯樁為倒四方棱臺(tái)形，其上端的截面尺寸為200 mm×200 mm，下端的截面尺寸為150 mm×150 mm，上節(jié)芯樁的長(zhǎng)度h1是不等長(zhǎng)的，可依據(jù)總設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)/2 的原則進(jìn)行預(yù)制；下節(jié)為等截面的正方形，截面尺寸為150 mm×150 mm，下節(jié)長(zhǎng)度h2可調(diào)節(jié)，h2=樁長(zhǎng)H-上節(jié)長(zhǎng)h1-1 m。混凝土強(qiáng)度等級(jí)不宜低于C20。配筋按吊裝運(yùn)輸條件確定，主筋不小于4 根S00，箍筋采用冷拔鋼絲φ5@250 mm，最小配筋率不宜小于0.4%。在混凝土芯樁的預(yù)制過(guò)程中，按圖形要求，在上節(jié)的下端以及下節(jié)的上端需留插入鍍鋅鋼管的預(yù)留孔，孔直徑為φ63 mm，孔深155 mm，預(yù)制時(shí)注意孔應(yīng)居中，以及芯樁端面與孔的垂直度。

（3）鋼筋保護(hù)層厚度不得小于20 mm。

（4）混凝土芯樁節(jié)與節(jié)之間采用鍍鋅鋼管對(duì)穿插入的方式連接。定長(zhǎng)的鍍鋅連接鋼管內(nèi)須預(yù)先用M10 水泥砂漿灌滿備用。

（5）混凝土芯樁接樁時(shí)，在節(jié)與節(jié)之間以及鍍鋅鋼管與孔之間采用硫黃膠泥黏結(jié)劑固結(jié)。

3.3 加芯攪拌樁設(shè)計(jì)要點(diǎn)總結(jié)

本項(xiàng)目設(shè)計(jì)、施工工藝中的要點(diǎn)可總結(jié)如下。

（1）加芯攪拌樁屬于勁性復(fù)合樁類型，原則上須穿透軟弱層至硬底，采用正方形布置，樁徑φ0.5 m，樁頂需鋪0.6 m 厚墊層，墊層內(nèi)鋪設(shè)土工格柵。

（2）當(dāng)加芯樁設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)不超過(guò)9 m 時(shí)，采用單節(jié)預(yù)制芯樁。設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)超過(guò)9 m 的加芯攪拌樁，采用二節(jié)方法預(yù)制混凝土芯樁，混凝土芯樁節(jié)與節(jié)之間采用鍍鋅鋼管對(duì)穿插入的方式連接。定長(zhǎng)的鍍鋅連接鋼管內(nèi)必須預(yù)先用M10 水泥砂漿灌滿備用。

（3）施工中應(yīng)保持多向加芯攪拌樁機(jī)底盤的水平和導(dǎo)向架的豎直，垂直度偏差不得超過(guò)1%。

（4）加芯攪拌樁屬于非擠土樁，一般情況下對(duì)施工順序無(wú)特殊要求。

（5）加芯攪拌樁下鉆（提升）速度、供漿與停漿時(shí)間、下鉆深度、噴漿高程及停漿面、單樁噴漿量應(yīng)符合施工工藝的要求，樁端應(yīng)原位噴漿攪拌10~30 s。

4 結(jié)語(yǔ)

（1）本文根據(jù)項(xiàng)目建設(shè)因素差異，從技術(shù)可行性、造價(jià)成本、施工難度等方面對(duì)加芯水泥攪拌樁施工方法進(jìn)行綜合分析，結(jié)果表明加芯攪拌樁具有承載力高、經(jīng)濟(jì)合理、抗震性好等優(yōu)勢(shì)。

（2）本文介紹加芯攪拌樁設(shè)計(jì)時(shí)承載力計(jì)算、主要技術(shù)及構(gòu)造要求，主要包括設(shè)計(jì)加芯攪拌樁水泥型號(hào)、芯樁節(jié)段要求、芯樁接樁參數(shù)等經(jīng)驗(yàn)，可為相關(guān)設(shè)計(jì)、施工案例提供借鑒與參考。

（3）本文總結(jié)加芯攪拌樁設(shè)計(jì)要點(diǎn)，分別在設(shè)計(jì)、施工、檢測(cè)方面對(duì)加芯攪拌樁要點(diǎn)、關(guān)鍵問(wèn)題進(jìn)行總結(jié)，提出注意事項(xiàng)，促進(jìn)后續(xù)加芯攪拌樁技術(shù)的發(fā)展和完善。