現(xiàn)澆大直徑薄壁筒樁在灘涂軟基處理中的應(yīng)用

王積普， 王垚峰

(舟山市農(nóng)村水利管理站，浙江舟山 316000)

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現(xiàn)澆大直徑薄壁筒樁在灘涂軟基處理中的應(yīng)用

王積普， 王垚峰

(舟山市農(nóng)村水利管理站，浙江舟山 316000)

摘要以某沿海灘涂淤泥軟土地基處理項(xiàng)目為例，介紹了現(xiàn)澆大直徑薄壁筒樁復(fù)合地基的設(shè)計方案、施工工藝及質(zhì)量檢測結(jié)果。研究表明，現(xiàn)澆大直徑薄壁筒樁復(fù)合地基具有施工方便、可靠性高、承載性狀好等優(yōu)點(diǎn)，是處理灘涂軟基的有效手段。

關(guān)鍵詞灘涂淤泥；地基處理；薄壁筒樁；復(fù)合地基

近年來，我國海洋經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，沿海地區(qū)的建設(shè)用地需求不斷擴(kuò)大，造成了許多地區(qū)土地資源緊張，制約了海洋產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)的進(jìn)一步發(fā)展，灘涂開發(fā)利用成為緩解這一問題的有效手段。目前，在我國的天津、江蘇、浙江、廣東等省市，正進(jìn)行著大規(guī)模的灘涂開發(fā)利用工程。然而，灘涂淤泥的地基處理是當(dāng)前工程建設(shè)中的一個棘手問題，與一般的軟土地基相比，灘涂淤泥通常厚度較深，含水率更高、孔隙比更大、壓縮性更高、滲透性更低，處理效果難以令人滿意。

大直徑現(xiàn)澆混凝土薄壁筒樁是在沉管灌注樁技術(shù)的基礎(chǔ)上改進(jìn)而成的一種樁型，具有樁徑大(外徑1 000～2 000 mm)、壁薄(120～250 mm)、擠土效應(yīng)小、施工速度快、工程造價低等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛地應(yīng)用于多項(xiàng)工程建設(shè)中，尤其是作為剛性樁在復(fù)合地基中得到了廣泛的應(yīng)用，取得了良好的經(jīng)濟(jì)和社會效益。如杭寧高速公路長興三標(biāo)段采用素混凝土筒樁復(fù)合地基，降低造價50%，同時提高施工效率1/3以上[1]；甬臺溫鐵路某標(biāo)段在原設(shè)計預(yù)應(yīng)力管樁、攪拌樁和CFG樁

施工遇到多種問題時改用筒樁復(fù)合地基，取得了良好的效果[2]；廣州繞城公路某標(biāo)段筒樁復(fù)合地基和CFG樁復(fù)合地基的對比試驗(yàn)表明，筒樁復(fù)合地基的處理效果明顯優(yōu)于CFG樁[3]。鑒于現(xiàn)澆大直徑薄壁筒樁良好的承載特性和較低的工程造價，許多學(xué)者對其應(yīng)用進(jìn)行了研究[4-8]，然而總結(jié)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)前對筒樁的應(yīng)用研究多集中在一般軟黏土方面，對于其處理沿海灘涂的研究較少，制約了大直徑現(xiàn)澆薄壁筒樁在灘涂軟基中的應(yīng)用。因此，筆者總結(jié)了某工程大直徑薄壁筒樁復(fù)合地基在灘涂軟基處理中的成功經(jīng)驗(yàn)，為類似的工程提供參考。

1工程概況

某擬建項(xiàng)目位于華東沿海灘涂，共包括6座倉庫，根據(jù)設(shè)計要求，1#～5#倉庫處理后的地基承載力特征值不小于100 kPa，6#倉庫處理后的地基承載力特征值不小于140 kPa。

根據(jù)巖土工程勘察結(jié)果，場地內(nèi)主要土層及其力學(xué)參數(shù)如表1所示。

表1　各土層物理力學(xué)性質(zhì)參數(shù)

2地基處理方案

由于該工程對地基處理后承載能力要求高、場區(qū)軟土層厚度大，并且施工工期緊、對周圍環(huán)境保護(hù)要求高，設(shè)計單位經(jīng)反復(fù)比較多種地基處理方案，發(fā)現(xiàn)采用常規(guī)的地基處理方案難以滿足要求，最終決定采用現(xiàn)澆大直徑薄壁筒樁復(fù)合地基。

筒樁外徑1 100 mm，壁厚120 mm，樁長18.5 ～20.0 m，樁身混凝土強(qiáng)度為C25，樁頂設(shè)1 500 mm×1 500 mm的C25混凝土蓋板。筒樁設(shè)計單樁承載力特征值為1 000 kN，正方形布置，1#～5#倉庫間距為3.6 m，6#倉庫間距為3.1 m，共布樁544根。

為提高地基沉降均勻性、改善復(fù)合地基工作性狀，筒樁頂鋪設(shè)500 mm厚中粗砂褥墊層和一層雙向土工格柵，褥墊層壓實(shí)系數(shù)大于0.93。

3施工工藝

3.1場地平整樁機(jī)進(jìn)場前，先結(jié)合設(shè)計要求，根據(jù)筒樁設(shè)計樁頂標(biāo)高進(jìn)行清表，為防止樁機(jī)沉陷、便于樁機(jī)移動就位，可在清表后鋪設(shè)300 mm厚宕渣并整平。

3.2樁尖制作筒樁的樁尖應(yīng)專門預(yù)制，樁尖混凝土強(qiáng)度須高于樁身混凝土一個等級(該工程預(yù)制樁尖混凝土為C30)，待養(yǎng)護(hù)達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度后運(yùn)至施工現(xiàn)場。

3.3定位樁位定位采用十字線法檢查，偏差不得大于20 mm，將樁尖安放至樁位。

3.4筒樁施工樁機(jī)就位對中后，下放成孔器接近樁尖頂面，再調(diào)整縱橫相對位置，使樁尖頂面凸臺嵌入成孔器內(nèi)外管間的空腔內(nèi)，實(shí)現(xiàn)完全對中，并校正垂直度，垂直偏差不得超過0.5%。為防止地下水和淤泥從樁尖與內(nèi)外管下端擠入內(nèi)外管之間的空腔中，須在樁尖的內(nèi)外臺階上墊上纖維性布料，作為密封材料。

將內(nèi)外護(hù)壁套管上端與振動錘連接器相接后，開啟振動錘。在振動錘的激振力作用下，作用力經(jīng)內(nèi)外鋼套管傳至樁尖從而進(jìn)入土層，被樁尖排擠出的泥土進(jìn)入內(nèi)護(hù)壁套管。隨著樁尖不斷進(jìn)入土層，內(nèi)護(hù)壁管內(nèi)的土逐漸向上頂移而從內(nèi)管頂端排出，排出的軟土需及時運(yùn)出路基范圍，不得污染碎石層。

樁尖下沉至設(shè)計深度后，從設(shè)在外護(hù)壁套管的灌注口向筒孔中灌注混凝土，并同時將內(nèi)外護(hù)壁套管上提邊振邊拔，樁尖自動離開內(nèi)外管底端，同灌注的混凝土筒體連成一體埋設(shè)于軟基中。澆注混凝土應(yīng)保持連續(xù)，在接近樁頂部位應(yīng)慢拔密振，樁頂超灌不小于30 cm。

筒樁施工應(yīng)按施工流水順序，依次間隔跳打，中間空出的樁應(yīng)待鄰樁混凝土達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度70%以后，方可施打。

3.5筒樁質(zhì)量檢測 包括開挖法觀察成樁質(zhì)量和低應(yīng)變法檢測樁身完整性。

3.6蓋板施工筒樁經(jīng)質(zhì)量檢驗(yàn)合格后，開挖樁周土并鑿樁清理樁頭至設(shè)計樁頂高程，挖除內(nèi)孔中500 mm渣土，回填200 mm 碎石并夯實(shí)，然后支模澆注樁身實(shí)心段和混凝土蓋板，混凝土設(shè)計強(qiáng)度為C25。蓋板配上、下雙層鋼筋網(wǎng)，分別為12φ12和8φ8。

3.7褥墊層施工待蓋板施工完畢、強(qiáng)度達(dá)到80%后，可施工褥墊層。先鋪設(shè)300 mm厚中粗砂，再鋪設(shè)一層雙向抗拉極限強(qiáng)度不小于120 kN的土工格柵，最后再鋪設(shè)200 mm后中粗砂，整平、壓實(shí)。

4質(zhì)量檢驗(yàn)

4.1筒樁質(zhì)量檢測單樁質(zhì)量性檢測包括以下2個方面：①成樁質(zhì)量檢測。在成樁14 d后開挖樁芯土1.5 m以上，觀察樁體成形質(zhì)量、量測壁厚，數(shù)量不少于總樁數(shù)的15%。②樁身完整性檢測。樁身混凝土達(dá)到28 d齡期后，采用低應(yīng)變法檢測樁身完整性，檢測總量不少于總樁數(shù)的15%。該工程中，使用由浙江大學(xué)巖土工程研究所研制的EPPDS樁基檢測儀和低應(yīng)變數(shù)據(jù)采集、分析程序，采用安裝在樁底的加速度傳感器接收由尼龍錘激振而在樁底及樁間反射的應(yīng)力波信息，運(yùn)用多通道數(shù)字濾波、指數(shù)放大、數(shù)字頻譜分析等高新技術(shù)，提高了測試信噪比，保證了測試結(jié)果的可靠性。依據(jù)規(guī)范和圖紙設(shè)計要求，該工程共檢測105根大直徑現(xiàn)澆薄壁筒樁。其中 Ⅰ 類樁為90根，占比85.7%；Ⅱ 類樁為15根，占比14.3%，成樁效果良好，符合規(guī)范和設(shè)計要求。

4.2單樁承載力檢測根據(jù)設(shè)計要求，在筒樁成樁28 d后，采用靜載試驗(yàn)檢測單樁承載力，檢測數(shù)量為筒樁總數(shù)量的0.2%～0.5%，且每個單體不少于3根。單樁承載力檢測按《建筑樁基檢測技術(shù)規(guī)范》(JGJl06—2014)的要求執(zhí)行。

該工程共進(jìn)行9根筒樁單樁承載力檢測，全部試樁在加載到極限荷載時Q—s曲線均未出現(xiàn)明顯陡降段，s—Lgt曲線尾部均無明顯下彎。根據(jù)規(guī)范，3根筒樁的承載力特征值均不低于1 000 kN，滿足設(shè)計要求。以位于1#倉庫的35#樁、39#樁和66#樁為例，靜載試驗(yàn)Q—s曲線如圖1所示。

圖1　單樁靜載試驗(yàn)Q—s曲線Fig.1　Q—s curve of single pile static load test

4.3復(fù)合地基承載力檢測根據(jù)設(shè)計要求，褥墊層鋪設(shè)完成以后，應(yīng)采用載荷板試驗(yàn)進(jìn)行復(fù)合地基承載力檢測，檢測試驗(yàn)按《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》(JGJ 79—2012)的要求執(zhí)行。

該工程共進(jìn)行7處復(fù)合地基承載力檢測，全部各個試點(diǎn)在加載至極限荷載時，P—s沉降曲線均未出現(xiàn)明顯陡降段，s—Lgt曲線尾部均無明顯下彎。依據(jù)規(guī)范，復(fù)合地基承載力特征值均滿足設(shè)設(shè)計要求。以位于1#倉庫1#檢測點(diǎn)為例，復(fù)合地基載荷試驗(yàn)P—s曲線如圖2所示。

圖2　復(fù)合地基載荷試驗(yàn)曲線圖(1#檢測點(diǎn))Fig.2　Curve of composite foundation load test(1#detection point)

5結(jié)語

復(fù)合地基由于其良好的經(jīng)濟(jì)效應(yīng)被逐漸應(yīng)用于工程實(shí)踐。該研究在考慮工程實(shí)際情況的基礎(chǔ)上，通過比較和論證，采用現(xiàn)澆大直徑薄壁筒樁地基處理方案解決工程問題；經(jīng)過計算分析，提出了完整的設(shè)計和施工方案，既滿足工程設(shè)計要求又兼顧經(jīng)濟(jì)性。在打設(shè)樁基的不同階段采用不同的技術(shù)手段進(jìn)行質(zhì)量檢測，保證基礎(chǔ)的安全可靠，為以后類似工程積累了工程經(jīng)驗(yàn)。

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作者簡介王積普(1984- )，男，河南信陽人，工程師，從事水利工程方面的研究。

收稿日期2016-03-28

中圖分類號S 277.7

文獻(xiàn)標(biāo)識碼A

文章編號0517-6611(2016)14-266-03

Application of Cast in situ Large Diameter and Thin Wall Cylinder Pile in Treatment of Costal Beach Soft Soil Foundation

WANG Ji-pu, WANG Yao-feng

(Zhoushan Rural Water Conservancy Management Station, Zhoushan, Zhejiang 316000)

AbstractBased on a foundation treatment project of costal beach soft soil, this paper introduced the design scheme, construction technology and quality test results of the composite foundation with large diameter and thin wall cylinder pile. The research shows that the composite foundation with large diameter and thin wall cylinder pile has the advantages of convenient construction, high reliability and good bearing capacity, which is an effective method to deal with the soft soil foundation of costal beach.

Key wordsBeach soft soil; Foundation treatment; Thin wall cylinder pile; Composite foundation