周星宇 夏永豪 牟雨龍 閆紫燁 楊 旭

（中電建路橋集團(tuán)有限公司，北京 100048）

0 前言

當(dāng)前，軟基處理施工技術(shù)日益成熟，其中PHC預(yù)制管樁與水泥攪拌樁是較為常見(jiàn)且應(yīng)用廣泛的施工工藝，其施工水平對(duì)工程實(shí)體質(zhì)量至關(guān)重要。由PHC管樁與水泥攪拌樁聯(lián)合施工應(yīng)用于軟基處理，不僅具有其單獨(dú)施工的各項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)，還將聯(lián)合樁間土共同作用形成復(fù)合地基，使地基承載力大幅度提高。因此通過(guò)對(duì)地基沉降及樁基礎(chǔ)承載力的計(jì)算分析，完善地基處理方案、明確PHC管樁和水泥攪拌樁施工技術(shù)要點(diǎn)尤為重要。

1 工程概況

1.1 工程簡(jiǎn)介

廣東江門(mén)某道路工程位于江門(mén)市蓬江區(qū)，沿河擋墻為重力式擋土墻和懸臂式擋土墻，擋墻基礎(chǔ)采用Φ600 mmPHC預(yù)制管樁+Φ600 mm水泥攪拌樁復(fù)合基礎(chǔ)。樁長(zhǎng)約9m～15m，重力式擋土墻布置2排，間距2.5m，懸臂式擋土墻布置3排，間距2.1m，樁尖采用鋼制十字形樁尖，貫入類(lèi)型采用錘擊樁方式。

1.2 工程地質(zhì)、地形、氣候條件

場(chǎng)地沿線周邊為未開(kāi)發(fā)的空地，擋土墻右側(cè)有多處魚(yú)塘。根據(jù)鉆探揭露，巖土層自上而下分別為素填土（Q4ml）；碎石填土；淤泥質(zhì)土（Q4al）；黏土（Q4al+pl）；中砂（Q4al）；強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖（En）。

工程所在地江門(mén)市屬南亞熱帶海洋性季風(fēng)氣候區(qū)，常年溫和濕潤(rùn)。地區(qū)降雨量充沛，年平均降雨量為1785 mm，每年4—9月為雨季，占全年降雨量的83%。

2 地基處理方案計(jì)算

2.1 天然地基承載力核算

作用在擋墻基底的荷載主要為擋墻自重、施工荷載及自然荷載等，基底應(yīng)力按材料力學(xué)偏心受壓公式進(jìn)行計(jì)算，如公式（1）所示。

式中：Σ—作用在擋墻基底的全部豎向荷載；—擋墻基底計(jì)算面積；ΣW、ΣW—作用在擋墻基底的全部豎向荷載和水平荷載對(duì)基底底面形心軸、的力矩；W、W—擋墻基底底面對(duì)該底面形心軸、的面積矩。

根據(jù)公式（1）及其釋義，不同工況下?lián)鯄讘?yīng)力計(jì)算成果見(jiàn)表1。

表1 擋墻基底應(yīng)力計(jì)算成果表

根據(jù)表1計(jì)算結(jié)果可知，最不利工況為特殊組合下的地震工況，其最大基底應(yīng)力為221.45 kPa，而根據(jù)地勘報(bào)告顯示結(jié)果，該地層的基底應(yīng)力允許值為100 kPa，考慮1.2的安全系數(shù)，基底應(yīng)力允許值為120 kPa，顯然該部位的天然地基承載力不能滿足要求，須進(jìn)行地基處理。

2.2 地基處理方案概述

首先將部分施工區(qū)域劃分為試驗(yàn)區(qū)域進(jìn)行沉降計(jì)算，計(jì)算結(jié)果作為地基處理后的沉降標(biāo)準(zhǔn)，再根據(jù)計(jì)算結(jié)果，對(duì)施工區(qū)域按A～I(xiàn)劃分9個(gè)控制區(qū)域進(jìn)行沉降及承載力計(jì)算，從而進(jìn)行沉降理論計(jì)算與管樁數(shù)量分配，最后以成樁檢測(cè)結(jié)果為事實(shí)依據(jù)驗(yàn)證理論計(jì)算結(jié)果。

2.3 沉降、承載力計(jì)算

沉降量計(jì)算采用各土層分層總和法進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算如公式（2）所示。

選取的試驗(yàn)區(qū)面積為20m×40m，根據(jù)第三方勘察報(bào)告以及參考其他類(lèi)似工程項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)，淤泥、黏土、砂質(zhì)黏土、礫質(zhì)黏土壓縮模量（單位：MPa）依次為1.81、15、25、25，經(jīng)過(guò)計(jì)算（計(jì)算過(guò)程不做敘述，后同），試驗(yàn)區(qū)復(fù)合地基沉降量為28.76mm，考慮到試驗(yàn)區(qū)范圍內(nèi)實(shí)際地質(zhì)情況并不一定與勘察報(bào)告完全吻合，其計(jì)算沉降量按30mm進(jìn)行控制。

在9個(gè)控制區(qū)域（表述為A、B、C、D、E、F、G、H、I區(qū)域），按照公式（2）的計(jì)算方法，在地基沉降量達(dá)到30mm時(shí)，上述各區(qū)域所承擔(dān)的荷載見(jiàn)表2。

表2 沉降達(dá)到30mm時(shí)各區(qū)域所能承擔(dān)荷載

管樁所承擔(dān)的荷載可由沉降計(jì)算公式反推而得，如公式（3）～公式（5）所示。

根據(jù)勘察報(bào)告，各巖土層的樁周摩阻力系數(shù)如下。淤泥層（8kPa）；淤泥質(zhì)土（14kPa）；黏性土（33kPa）；持力土層（45kPa）；持力層的樁端阻力系數(shù)為2800 kPa。按上述公式（4）及公式（5），計(jì)算出A～I(xiàn)區(qū)域所承擔(dān)的荷載；按公式（6）計(jì)算出A～I(xiàn)區(qū)域的承載力，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 各區(qū)域管樁承載力及沉降量為30mm時(shí)管樁承擔(dān)荷載值

根據(jù)前述表2及表3計(jì)算結(jié)果，結(jié)合A～I(xiàn)各區(qū)域管樁數(shù)量，按公式（2）計(jì)算出加固后各區(qū)域的沉降量，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表4。

根據(jù)表3計(jì)算結(jié)果可以看出，管樁承擔(dān)的荷載滿足其承載力要求；根據(jù)表4計(jì)算結(jié)果可以看出，施工區(qū)實(shí)際沉降量與試驗(yàn)區(qū)沉降量基本吻合。

表4 各區(qū)域管樁增設(shè)數(shù)量及加固后各區(qū)域沉降量

2.4 成樁靜載試驗(yàn)檢測(cè)

現(xiàn)場(chǎng)隨機(jī)選取A區(qū)、C區(qū)、G區(qū)各一根（編號(hào)依次為1#、2#、3#）進(jìn)行單樁靜載試驗(yàn)，最大加載情況下各部位實(shí)際沉降情況如表5。

表5 單樁靜載試驗(yàn)最大加載情況下各部位實(shí)際沉降值

從以上檢測(cè)結(jié)果可知：1）當(dāng)壓力達(dá)到最大值時(shí)，樁身沉降最大值為17.5mm，與試驗(yàn)區(qū)及施工控制區(qū)計(jì)算結(jié)果略微不同，原因是因?yàn)楝F(xiàn)場(chǎng)各區(qū)域地質(zhì)條件與勘察報(bào)告并不完全吻合，地下各土層的計(jì)算長(zhǎng)度與實(shí)際長(zhǎng)度有所不同，導(dǎo)致計(jì)算結(jié)果不同。2）當(dāng)樁身承擔(dān)荷載在900 kN時(shí)，實(shí)際沉降量為4.5 mm～10 mm，平均為6.5 mm，加固效果完全滿足規(guī)范及預(yù)期理想。

3 PHC預(yù)制管樁及水泥攪拌樁施工控制

3.1 PHC預(yù)制管樁施工

施工參數(shù)確定如下。1）正常貫入度：2cm～3cm/10擊。2）落錘高度：1.8m。3）錘墊厚度：150mm～200mm。

技術(shù)要點(diǎn)如下。1）由測(cè)量人員根據(jù)圖紙規(guī)定的PHC預(yù)制管樁間距、尺寸等用網(wǎng)格法精準(zhǔn)放樣每根樁的中心點(diǎn)位，并加以標(biāo)識(shí)，樁位誤差應(yīng)控制在2cm以內(nèi)。2）根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙中的樁位布置確定施工順序，可按由內(nèi)往外或按長(zhǎng)度方向通長(zhǎng)施工的方式進(jìn)行管樁施工，并宜遵守先深后淺、先長(zhǎng)后短的原則。3）管樁施工過(guò)程中應(yīng)保證連續(xù)性，盡量避免停歇。4）工程樁在施工前，應(yīng)根據(jù)當(dāng)前管樁施工樁長(zhǎng)，在匹配的工程樁身上以“m”為單位劃出長(zhǎng)度標(biāo)記，并按從下至上的順序標(biāo)明樁的長(zhǎng)度，以便觀察樁的入土深度及記錄每米沉樁錘擊數(shù)作為原始記錄。5）當(dāng)進(jìn)行接樁時(shí)，下部節(jié)段樁頭宜高出地面50cm～100cm。接樁時(shí)，上下節(jié)段應(yīng)保證順直，接口處應(yīng)保證接觸緊密，錯(cuò)位誤差應(yīng)在5mm以內(nèi)。6）送樁深度宜控制在2m～6m，根據(jù)設(shè)計(jì)要求使用鋼制送樁器。同時(shí)以硬質(zhì)材料制作錘墊設(shè)置于樁帽之上。7）單樁總錘擊數(shù)宜控制在2500擊之內(nèi)，同時(shí)，管樁最后1m的錘擊數(shù)應(yīng)不超過(guò)300擊。收錘貫入度控制標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)通過(guò)試驗(yàn)樁確定（一般情況下為20 mm～50 mm/10擊）。8）收錘后，可采用燈光探查或下放管道攝像頭進(jìn)行管樁內(nèi)部檢查，檢查完好后需及時(shí)向管樁孔底灌注1.5m高的C30封底混凝土（具體要求以各項(xiàng)目設(shè)計(jì)圖紙為準(zhǔn)）。9）管樁施工完成后，須采取適當(dāng)措施保護(hù)樁頭，回填送樁空洞，并做好覆蓋，設(shè)置保護(hù)標(biāo)識(shí)并加以提醒過(guò)往行人與車(chē)輛。

PHC預(yù)制管樁進(jìn)場(chǎng)時(shí)須額進(jìn)行驗(yàn)收，驗(yàn)收檢測(cè)管樁尺寸允許偏差表見(jiàn)表6。

表6 PHC預(yù)制管樁尺寸允許偏差表

3.2 水泥攪拌樁施工

施工參數(shù)確定如下：1）鉆進(jìn)、提升速度，=0.5m/min～0.6m/min。2）攪拌速度，=40r/min。3）噴漿時(shí)管道壓力為0.25MPa<<0.4MPa。

施工技術(shù)要點(diǎn)如下：1）攪拌樁機(jī)移動(dòng)至樁位標(biāo)記處，進(jìn)行樁位對(duì)中及垂直度調(diào)整，樁位誤差不超過(guò)2cm，垂直度誤差不超過(guò)0.5%。2）在啟動(dòng)攪拌樁機(jī)前，須確保冷卻水已進(jìn)入正常的工作循環(huán)。啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)，使鋼絲繩的受力放松，鉆桿沿著導(dǎo)向架進(jìn)行鉆孔。3）鉆機(jī)鉆進(jìn)過(guò)程中，進(jìn)行水泥漿配制，配比按照試驗(yàn)確定的數(shù)據(jù)進(jìn)行控制，過(guò)篩后投入集料斗。4）漿液拌制時(shí)應(yīng)按照先水后灰的順序進(jìn)行投放攪拌，單盤(pán)攪拌時(shí)間至少4 min，保證水泥漿攪拌均勻。5）鉆進(jìn)到設(shè)計(jì)深度后，應(yīng)使鉆頭在孔底停留30s后方可開(kāi)始注漿，并根據(jù)設(shè)計(jì)要求或試樁確定的提升速度及注漿速度進(jìn)行邊提升邊注漿；提升至設(shè)計(jì)標(biāo)高時(shí)，應(yīng)保證為本次攪拌樁施工配置的水泥漿剛好用完，不得有剩余。6）水泥漿在泵送前首先進(jìn)行潤(rùn)管處理，即通過(guò)對(duì)管道提前通水以達(dá)到濕潤(rùn)管道的目的，便于順利泵送水泥漿。7）在鉆孔過(guò)程中，如遇地下阻礙等原因?qū)е聼o(wú)法完成后續(xù)鉆孔任務(wù)時(shí)，應(yīng)當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)記錄當(dāng)前鉆進(jìn)情況及各項(xiàng)指標(biāo)數(shù)據(jù)，并立即通知監(jiān)理、設(shè)計(jì)等單位，共同確定補(bǔ)救措施，并按指令進(jìn)行后續(xù)施工。8）待上述步驟完成后，須重復(fù)進(jìn)行一次下沉及提升操作，以達(dá)到復(fù)攪目的。9）單根攪拌樁施工完成后，須在移動(dòng)前對(duì)樁機(jī)各個(gè)構(gòu)配件進(jìn)行清洗，將料斗及管道中剩余的漿液清洗干凈，同時(shí)將外表附著的泥土或雜物一并清洗，然后才可以移動(dòng)樁機(jī)至后續(xù)樁位進(jìn)行施工。

水泥攪拌樁施工過(guò)程中應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)質(zhì)量控制，施工驗(yàn)收允許偏差見(jiàn)表7。

表7 水泥攪拌樁施工驗(yàn)收允許偏差表

4 結(jié)論

當(dāng)前，PHC預(yù)制管樁和水泥攪拌樁施工工藝已應(yīng)用到很多工程領(lǐng)域，這對(duì)當(dāng)下地基處理工程的建設(shè)具有重要意義。該文所述的聯(lián)合施工法，不僅結(jié)合了PHC預(yù)制管樁和水泥攪拌樁各自施工工藝的優(yōu)點(diǎn)，還提高了復(fù)合地基整體穩(wěn)定性，使其承載能力大大提高，有效解決了沿河地段地基承載力不足、地基輕微液化等問(wèn)題，進(jìn)而起到加固地基的作用?；诖耍瑢?duì)PHC預(yù)制管樁與水泥攪拌樁聯(lián)合作用技術(shù)進(jìn)行研究，更具有現(xiàn)實(shí)意義，并為軟基處理工程提供參考。