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        預(yù)應(yīng)力混凝土管樁在閩江駁岸除險加固地基處理中的應(yīng)用

        2022-11-29 10:41:16張風(fēng)輝
        地下水 2022年6期
        關(guān)鍵詞:工程

        張風(fēng)輝

        (福州市水利水電開發(fā)公司,福建 福州 350001)

        1 工程概況

        近年來,由于人類活動干擾的加劇,閩江下游河道演變越來越強烈,總體上呈現(xiàn)下切趨勢,潮汐動力效應(yīng)增強,潮差增大。閩江北港公園段駁岸受洪、潮水長期沖刷,出現(xiàn)拋石護腳崩塌、擋墻面層開裂及基礎(chǔ)底部下陷等現(xiàn)象,為解決駁岸存在的問題,保證閩江公園安全運行,實施了福州市閩江北港駁岸除險加固(公園段)工程。工程起于洪山橋下游,止于金山大橋,全長2.592 km。

        擋墻建基面高程2.49 m,坐落于淤泥質(zhì)土土層,經(jīng)計算擋墻基底最大壓應(yīng)力為64.09 kPa,土層天然地基承載力不能滿足設(shè)計要求,必需進行地基處理。

        2 工程地質(zhì)

        本工程區(qū)域地貌主要為海陸交互堆積平原及侵剝蝕丘陵、臺地地貌,受徑流與潮流兩方面影響,一天兩次海潮經(jīng)常淹沒低灘地[1]。

        根據(jù)鉆孔和現(xiàn)場測繪結(jié)果揭露,地層自上而下分別為①雜填土:厚約3.4~8.6 m;②淤泥質(zhì)土:以淤泥為主,夾薄層中細砂,含少量腐殖質(zhì),厚約6.7~7.8 m;③中砂:灰色、稍密,飽和,以石英砂粒為主,含少量泥質(zhì),級配較差,厚約4.3~8.0 m;④粉質(zhì)粘土:厚約2.0~3.9 m。地基土層由超過以上兩類的土層組成,且存在互層或夾層等的復(fù)雜結(jié)構(gòu),屬多層結(jié)構(gòu)(Ⅲ)。地基主要存在抗滑穩(wěn)定差、滲漏及滲透變形、抗沖刷穩(wěn)定性差等工程地質(zhì)問題,地基工程地質(zhì)條件屬于差的D類。巖土層地質(zhì)參數(shù)建議值詳見表1。

        工程區(qū)地下水主要為孔隙潛水和裂隙潛水。③中砂和④粉質(zhì)粘土層為中等~強透水層,與閩受潮江水形成統(tǒng)一體,具有豐富的補給來源。場地地下水主要由大氣降水和閩江水直接補給,水位埋深0.4~2.5 m,地下水位高。

        表1 巖土層地質(zhì)參數(shù)建議值表

        3 原高壓旋噴樁地基處理

        3.1 地基處理方案

        地基處理采用單管高壓旋噴樁,樁長9 m,樁徑600 mm,正方形布置,共四排,孔距及排距均為1.2 m,經(jīng)計算復(fù)合地基設(shè)計承載力為97.64 kpa。

        3.2 試樁效果及分析

        3.2.1 試樁效果

        根據(jù)設(shè)計施工參數(shù)和檢驗規(guī)范要求,抽取3根(172#樁、180#樁、188#樁)為試驗樁,設(shè)計試樁頂高程5.40 m,樁底高程-9.60 m,樁長15 m。試樁施工完成后28 d取芯樣檢驗完好性。檢驗發(fā)現(xiàn),三根試樁長均未達到設(shè)計要求,樁身存在離析、夾砂、斷樁等質(zhì)量問題,具體試樁記錄表見表2。

        3.2.2 原因分析

        綜合分析工程場地地質(zhì)、水文及水流條件,高壓旋噴樁試樁效果差的主要原因有三點,分別是高壓水氣土體液化與滲流液化的耦合作用、潮汐動力的作用、回旋漩渦的淘刷作用。

        (1)高水力坡降滲流與高壓水氣土體液化的耦合作用

        根據(jù)地質(zhì)資料,透水土層深厚:③中砂層、④粉質(zhì)粘土均為中等~強透水層,厚度約12 m;滲透系數(shù)大:以上土層的滲透系數(shù)為k=1.5×10-1~1.5×10-2cm/s;地下水位高:埋深0.4~2.5 m,地下水水位受江水漲落潮的影響,砂層與閩江水形成一個統(tǒng)一體。從而導(dǎo)致砂層中存在高水力坡降,產(chǎn)生滲透壓力形成滲漏通道。旋噴機具施工過程中將產(chǎn)生25 Mpa水平方向的高壓氣流,周邊局部土體在高壓脈動水氣混合體中處于流滑液化[2],與砂層中高水力坡降滲流,兩者作用相互耦合,帶走了土及水泥中的細顆粒,影響到高壓旋噴樁試樁效果。

        表2 試樁記錄表

        (2)潮汐作用的影響

        工程位于閩江北港南岸,地處閩江下游趕潮河道,樁基基坑外江側(cè)直接連通閩江,受到閩江河道感潮的影響,每日兩次漲退潮過程的潮位變化直接作用于基坑的外江側(cè),基坑內(nèi)外水位差隨著閩江的潮位變化而變化。③中砂為本工程的主要滲透土層,滲透系數(shù)k=1.5×10-2cm/s,屬強透水地層,漲退潮水將旋噴成樁中的水泥灰漿帶走了,影響到高壓旋噴樁試樁效果。

        (3)河道回流漩渦的影響

        本工程對岸下游180~380 m有兩道閩江丁壩,一道丁壩頂寬約2.5 m,頂高程3.1~4.0 m,壩長145 m,另一道丁壩頂寬約2.3 m,頂高程1.4 m,壩長1 000 m,壩體常年位于水下,邊界條件復(fù)雜。兩道丁壩擋阻和閩江兩漲兩落潮水作用,使該河段產(chǎn)生回流漩渦,外江側(cè)形成回流區(qū),前沿流態(tài)激烈,水流形態(tài)復(fù)雜,歷來也是河道險工段,也對高壓旋噴樁施工質(zhì)量提出更高的要求。

        圖1 駁岸地基處理結(jié)構(gòu)斷面圖

        4 預(yù)應(yīng)力混凝土管樁地基處理

        4.1 地基處理方案

        考慮高壓旋噴樁試樁效果差且建設(shè)工期短,經(jīng)方案優(yōu)化,擬采用預(yù)應(yīng)力混凝土管樁,規(guī)格為PHC300A70管樁,混凝土強度等級不低于C80,外徑300 mmm,內(nèi)徑160 mm,壁厚70 mm。樁長8 m,正方形布置,共四排,孔距及排距均為1.5 m,共布置312根樁,總長2 496 m。樁頂設(shè)厚500 mm砂褥墊層,保證樁、土共同承擔荷載。

        由駁岸地基處理結(jié)構(gòu)斷面圖(圖1)可知,管樁從上到下依次貫入的土層為淤泥質(zhì)土7 m、中砂1 m。

        4.2 地基承載力計算

        根據(jù)《水工建筑物地基處理設(shè)計規(guī)范》(SL/T792-2020)[3],復(fù)合地基承載力特征值按下式計算:

        (1)

        經(jīng)計算,單樁復(fù)合地基承載力特征值fspk為106.92 kPa大于基底最大壓應(yīng)力64.09 kPa,經(jīng)管樁地基處理后,地基承載力滿足設(shè)計要求。

        4.3 試驗檢驗

        (1)單樁復(fù)合地基靜載荷試驗統(tǒng)計結(jié)果如表3所示,靜載荷試驗點荷載與沉降量關(guān)系曲線(Q-s)如圖2所示,單樁復(fù)合地基承載力特征值滿足設(shè)計要求。

        (2)抽檢31根樁進行低應(yīng)變檢驗,占總樁數(shù)的10%。檢驗結(jié)果表明,Ⅰ類樁31根,占抽檢樁總數(shù)的100%,樁身完整性滿足規(guī)范要求。

        表3 單樁復(fù)合地基靜載荷試驗統(tǒng)計表

        圖2 Q-s曲線圖

        5 結(jié)語

        福州市閩江北港駁岸除險加固(公園段)管樁地基處理于2021年5月底施工完成,工程運行至今,未發(fā)現(xiàn)異常,現(xiàn)場效果較好。高壓旋噴樁作為閩江駁岸地基處理的常用方法之一,在高水力坡降與高壓水氣土體液化、潮汐作用以及河道回流漩渦復(fù)雜的特殊條件下,存在試樁效果和成樁質(zhì)量差等問題。預(yù)應(yīng)力混凝土管樁具有易規(guī)?;a(chǎn)、質(zhì)量易保證、施工速度快、工期短、檢驗方便等優(yōu)點,可成為閩江駁岸地基處理的一種方法,為其他類似工程提供參考。

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