柔剛勁性復(fù)合樁在水利工程中的應(yīng)用研究

曹云

（江蘇省江都水利工程管理處 揚(yáng)州 225200）

柔剛勁性復(fù)合樁在水利工程中的應(yīng)用研究

曹云

（江蘇省江都水利工程管理處 揚(yáng)州 225200）

柔剛勁性復(fù)合樁即柔性樁與剛性樁復(fù)合而成的樁。從基本概念、作用機(jī)理入手，簡述了柔剛勁性復(fù)合樁特點(diǎn)，歸納了施工質(zhì)量控制要點(diǎn)，對在水利工程中引進(jìn)該技術(shù)，具有一定的指導(dǎo)作用。

柔剛 勁性復(fù)合樁 水利工程 應(yīng)用研究

1 引言

勁性復(fù)合樁技術(shù)是一種新型的地基處理技術(shù)，是由兩種或多種常用的、成熟的起互補(bǔ)增強(qiáng)作用的地基處理方法復(fù)合而成，具有較高的強(qiáng)度、剛度、密度和均勻性，且與樁周土體有良好的結(jié)合，提高側(cè)摩阻力。目前在水利工程中應(yīng)用不多，但在我國沿江、沿海軟土（如淤泥質(zhì)土、松散沙土等）地區(qū)的工業(yè)和民用建筑的地基加固、基坑支護(hù)、邊坡穩(wěn)定方面，勁性復(fù)合樁技術(shù)得到廣泛應(yīng)用。

2 基本概念及特點(diǎn)

柔剛勁性復(fù)合樁即柔性樁（如水泥土攪拌樁）與剛性樁（如混凝土樁）復(fù)合組成的樁。本文介紹的柔剛勁性復(fù)合樁，是在水利工程基礎(chǔ)處理中應(yīng)用的水泥土攪拌樁成樁后，在其中心通過振沖成孔，然后澆筑混凝土樁芯所形成的勁性復(fù)合樁。作用機(jī)理：振密擠擴(kuò)作用、協(xié)同承載作用、握裹側(cè)限作用。

3 工程應(yīng)用實(shí)例

奔牛水利樞紐工程為新孟河延伸拓浚工程干河樞紐工程之一，位于江蘇省常州市奔牛鎮(zhèn)新孟河與京杭運(yùn)河交匯處，工程的主要任務(wù)包括防洪、引排水和通航，樞紐由船閘、節(jié)制閘和穿京杭運(yùn)河立交地涵組成，船閘和節(jié)制閘并排布置于現(xiàn)狀新孟河河口，立交地涵位于現(xiàn)狀新孟河河口東側(cè)，地涵軸線與擬建船閘中心線間距為210m。

根據(jù)奔牛水利樞紐工程地質(zhì)勘察報(bào)告和翼墻結(jié)構(gòu)布置情況，立交地涵上下游第二節(jié)翼墻底板設(shè)計(jì)底面高程為-5.50m，第三節(jié)翼墻設(shè)計(jì)底面高程為-4.0m。地涵第二、三節(jié)翼墻均坐落于淤泥質(zhì)重粉質(zhì)壤土上，地基允許承載力[R] =70kPa，均不能滿足規(guī)范要求，且地基軟土層厚度約4～6m左右。按照建筑地基處理技術(shù)規(guī)范，由于軟土層較厚不宜采用開挖回填處理方案，且為減少翼墻不均勻沉降，地涵第二、三節(jié)翼墻地基處理可采用預(yù)制樁、水泥土攪拌樁或勁性復(fù)合樁進(jìn)行地基處理。

以第二節(jié)翼墻為例，選擇勁性復(fù)合樁方案作為翼墻地基處理方案。根據(jù)地涵翼墻運(yùn)行特征水位進(jìn)行地基應(yīng)力計(jì)算，第二節(jié)翼墻平均地基反力最大值為134kPa，最大地基反力180kPa。

該工程地基土體含水量41.9%，塑性指數(shù)17.2，且局部含大量腐蝕質(zhì)。勁性復(fù)合樁選用柔剛復(fù)合樁，其中外層樁為柔性樁，采用直徑70cm的水泥土攪拌樁，間距為1.5m，水泥摻入量為18%，設(shè)計(jì)攪拌樁樁身水泥土的抗壓強(qiáng)度不得小于1000kPa；剛性樁作為樁體內(nèi)芯，采用C30素混凝土樁芯，直徑為22cm。勁性復(fù)合樁結(jié)構(gòu)參見圖1。

在軟土地基上，先施工直徑70cm的水泥土攪拌樁，在水泥土未硬凝前，通過振沖在水泥土攪拌樁中間形成直徑22cm的孔，然后現(xiàn)澆C30混凝土樁芯，形成素混凝土勁芯水泥土復(fù)合樁。根據(jù)勁性復(fù)合樁技術(shù)規(guī)程，采用勁性復(fù)合樁后，復(fù)合地基承載力可按下式計(jì)算。

圖1 勁性復(fù)合樁結(jié)構(gòu)圖

式中：fspk—復(fù)合地基承載力（kPa）；λ—單樁承載力發(fā)揮系數(shù)，取0.95～1.0，該工程取0.95；m—水泥攪拌樁的面積置換率，0.28；Ra—單樁承載力特征值（kN）；Ap—樁的截面面積（m2）；β—樁間土承載力發(fā)揮系數(shù)，可取0.8～1.0，該工程取0.8；fsk—天然地基承載力（kPa），取第二層允許承載力70kN。

經(jīng)計(jì)算，勁性復(fù)合樁單樁承載力特征值為225kN，置換率為26.6%，處理后的復(fù)合地基復(fù)合地基承載力計(jì)算值分別為236kPa和189kPa，滿足翼墻地基承載力要求。為提高勁性復(fù)合樁復(fù)合地基的樁土聯(lián)合作用效應(yīng)，在勁性復(fù)合樁頂和建筑物基礎(chǔ)間設(shè)置水泥土褥墊層，厚度為20cm，水泥土中水泥摻入量為8%。

翼墻基礎(chǔ)坐落于重粉質(zhì)砂壤土、重粉質(zhì)壤土和淤泥質(zhì)重粉質(zhì)壤土層上，其固結(jié)快剪凝聚力分別為7kPa、17kPa和16.2kPa，內(nèi)摩擦角分別為25.4°、15.1°和12.6°。處理后的地基土體的強(qiáng)度指標(biāo)可根據(jù)以下公式進(jìn)行計(jì)算：

式中：Cc、Φc—復(fù)合地基凝聚力（kPa）、內(nèi)摩擦角（°）；Cs、Φs—樁間土凝聚力（kPa）、內(nèi)摩擦角（°）；Cp、Φp—樁體凝聚力（kPa）、內(nèi)摩擦角（°）。

經(jīng)計(jì)算，處理后第3層復(fù)合地基的強(qiáng)度指標(biāo)為：凝聚力Cc=15.1kPa，內(nèi)摩擦角Φc=25.3°；第4層復(fù)合地基：凝聚力Cc=22.4kPa，內(nèi)摩擦角Φc=17.9°；第2層復(fù)合地基：凝聚力Cc=21.8kPa，內(nèi)摩擦角Φc=16.1°。

勁性復(fù)合樁是介于水泥土攪拌樁和剛性樁之間的樁型,樁土聯(lián)合作用效應(yīng)更好。施工技術(shù)結(jié)合了水泥土攪拌樁和振沖樁的工藝特征，并形成了勁性復(fù)合樁自身的施工工法，施工對周邊建筑物影響較小。此外，工程投資相對較為節(jié)省，盡管施工工期略長，但不影響整個工程工期。因此，第二、三節(jié)翼墻地基處理采用勁性復(fù)合樁地基處理方案。

4 施工質(zhì)量控制要點(diǎn)

4.1 施工前應(yīng)具備下列資料

巖土工程勘察報(bào)告、建筑物平面布置圖、樁位布置圖及技術(shù)要求；水泥、砂、碎石原材料產(chǎn)品合格證及抽樣送檢報(bào)告；水泥土配比、混凝土配合比試驗(yàn)資料；試驗(yàn)性施工資料；平面及高程引測點(diǎn)交資料；鄰近建（構(gòu)）筑物和地下設(shè)施類型、分布及結(jié)構(gòu)質(zhì)量情況；專項(xiàng)施工方案。

4.2 施工流程

施工原則是：先施工柔性樁，再施工剛性樁。剛性樁施工宜在柔性樁施工后6h內(nèi)進(jìn)行。具體施工流程：平整場地→放線定位→樁位復(fù)核→攪拌樁機(jī)就位作業(yè)→攪拌樁施工攪拌樁機(jī)移至下一根樁→振沖機(jī)械就位→樁位復(fù)核→振沖機(jī)械作業(yè)→現(xiàn)澆混凝土樁芯→柔剛勁性復(fù)合樁成樁。

4.3 過程控制

（1）樁頂設(shè)計(jì)標(biāo)高以上宜預(yù)留300～500mm土層；平整場地后應(yīng)設(shè)置水準(zhǔn)點(diǎn)及軸線定位點(diǎn)，后施工的樁應(yīng)重新定位；應(yīng)檢查施工機(jī)械設(shè)備的工作性能及各種計(jì)量裝置的完好程度。

（2）水泥土攪拌樁應(yīng)符合水泥攪拌樁施工工藝及質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)；混凝土樁芯施工應(yīng)符合建筑樁基技術(shù)規(guī)范的規(guī)定。

（3）施工前，應(yīng)進(jìn)行成樁工藝試驗(yàn)。試驗(yàn)樁數(shù)量不得少于3根。當(dāng)成樁質(zhì)量不能滿足設(shè)計(jì)要求時(shí)，應(yīng)在調(diào)整設(shè)計(jì)與施工有關(guān)參數(shù)后，重新進(jìn)行試驗(yàn)。

（4）施工過程中，應(yīng)隨時(shí)檢查施工記錄，出現(xiàn)異常情況應(yīng)及時(shí)處理。

（5）基槽開挖后，應(yīng)檢查樁位、內(nèi)外芯中心偏差、樁徑、樁頂標(biāo)高、樁頂質(zhì)量、樁數(shù)、坑（槽）底土質(zhì)情況。

（6）檢查樁位允許偏差與垂直度允許偏差。單體樁位的允許偏差為±10mm；垂直度允許偏差為0.5%。

4.4 質(zhì)量檢測與驗(yàn)收

（1）承載力檢測。應(yīng)在成樁21d后進(jìn)行承載力檢測，試驗(yàn)應(yīng)在設(shè)計(jì)標(biāo)高處進(jìn)行，每個單體工程的檢測數(shù)量不應(yīng)少于工程樁總數(shù)的1%，且不應(yīng)少于3根（組）。

（2）單樁載荷試驗(yàn)的壓板尺寸，應(yīng)與復(fù)合樁截面尺寸一致；復(fù)合地基載荷試驗(yàn)壓板尺寸應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)換率確定。按相對變形值確定復(fù)合地基承載力特征值時(shí)，可取沉降與壓板邊長或直徑的比值等于0.008所對應(yīng)的壓力值。

（3）應(yīng)在基坑（槽）開挖后進(jìn)行驗(yàn)收，驗(yàn)收合格后方可進(jìn)行下一道工序施工。

（4）驗(yàn)收資料應(yīng)包括：設(shè)計(jì)文件、施工圖及設(shè)計(jì)變更通知書；勘察報(bào)告；監(jiān)理開工審批單；圖紙會審記錄；技術(shù)交底文件；試驗(yàn)記錄；專項(xiàng)方案；原材料產(chǎn)品合格證及抽樣檢測資料、配合比試驗(yàn)、樣樁位置等；施工記錄及隱蔽工程驗(yàn)收文件；樁體質(zhì)量檢查記錄、取樣送檢記錄及試驗(yàn)報(bào)告等；質(zhì)量問題記錄；樁位、標(biāo)高、垂直度實(shí)測記錄；荷載試驗(yàn)及樁身完整性檢測報(bào)告；竣工圖、補(bǔ)樁記錄；竣工報(bào)告；質(zhì)量控制資料核查記錄；質(zhì)量驗(yàn)收報(bào)告。

5 結(jié)語

在水利工程建設(shè)中，引進(jìn)柔剛勁性復(fù)合樁施工技術(shù)，集柔、剛兩樁優(yōu)點(diǎn)于一身，具有施工簡便、提高承載力、節(jié)省投資等非常明顯的成效。這一新技術(shù)的應(yīng)用，為水利工程松、軟地基處理提供了一條全新的思路，必將對科技創(chuàng)新，提升水利工程建設(shè)水平，打造更多、更好的安全、優(yōu)質(zhì)的精品水利工程發(fā)揮良好的作用■