預(yù)制方樁在軟土地基處理中的應(yīng)用
——結(jié)合彌勒市甸溪河治理工程地基處理方案分析

李子偉 廣東省水利水電建設(shè)有限公司

軟土在江、河、湖、海等沿岸區(qū)域廣泛分布，由于軟土含水率高、壓縮性強、抗剪強度小、承載力低，如果地基處理不當(dāng)容易發(fā)生不均勻沉降，危及建筑物安全。地基處理有多種方法，其中以堅硬土層和基巖作為持力層做成深基礎(chǔ)，則可發(fā)揮基礎(chǔ)承載力高、穩(wěn)定性好、沉降小、抗震性優(yōu)越的效果，預(yù)制方樁就具有這樣的特點，因此本文結(jié)合彌勒市甸溪河治理工程地基處理對預(yù)制方樁在軟基處理中的應(yīng)用進行了分析。

1.工程概況

彌勒市甸溪河治理工程位于云南省紅河州彌勒市南盤江左岸一級支流，工程起自錦屏山，終至彌勒南連接線段（含螞蝗溝段），全長24.8km。在口門區(qū)域需設(shè)置節(jié)制閘和泵站，用于排澇和防洪。由于地基中含有軟土層，承載力較低，故需對地基進行處理。

根據(jù)地勘資料，地層從上至下依次為：

①人工填土，含少量碎石粉質(zhì)黏土及黏土，棕褐色，結(jié)構(gòu)松散，稍濕，可塑至軟塑，厚度0.9～4m。

①-1耕植土、粉質(zhì)黏土、黏土，灰褐色、灰色，結(jié)構(gòu)松散，主要分布在右岸人工耕種農(nóng)田區(qū)域，厚度0～0.8m。

②粉質(zhì)黏土，褐紅色，硬塑，稍濕，鉆孔揭露巖芯為土柱狀，厚度1.0～4.5m。

③粉質(zhì)黏土，棕黃色、棕灰色、紫紅色，可塑，稍濕，鉆孔揭露巖芯為土柱狀，厚度2.1～3.2m。

④粉質(zhì)黏土，灰黃色，軟塑，濕，局部揭露巖芯為可塑狀，厚1.6～2.8m。

④-1有機質(zhì)黏土，灰色、灰黑色，局部可見腐爛植物根系，可塑至軟塑，厚度0～1.2m，呈透鏡分布。

下伏基巖為石炭系下統(tǒng)擺佐組及大塘組，巖性為泥質(zhì)灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r，平均厚度8～9m。

上述各地層中，①層和①-1層承載力很小，不可作為持力層；②層估計承載力值170kPa，但因?qū)雍褫^小，同時③層承載力只有90kPa，④層承載力60kPa，所以不足以作為持力層，建議將下伏基巖作為持力層，該層承載力估計在220kPa以上，且厚度均勻。

2.地基處理方案選擇

根據(jù)口門建筑物基礎(chǔ)地基土層分布、承載力變化規(guī)律，初擬出墊層法、水泥攪拌樁法、高壓噴射注漿法、樁基礎(chǔ)4個方案。這幾個方案各有優(yōu)劣，墊層法經(jīng)濟、施工便捷，但不適用于深厚軟基，因為軟基層太厚，開挖和置換工程量巨大，失去工程意義；水泥攪拌樁法施工質(zhì)量可靠，但水泥用量大，施工要求嚴(yán)格，工期長；高壓噴射注漿法加固深度大，適應(yīng)地層能力好，處理效果可靠，但工藝復(fù)雜，造價較高；樁基礎(chǔ)適于下部有硬土層的深厚軟基，穩(wěn)定性、可靠性都比較好，但施工費用較高。根據(jù)本項目地質(zhì)條件、工期要求等因素決定選擇工期較短、質(zhì)量成熟可靠的樁基礎(chǔ)方案。樁基礎(chǔ)方案中，PHC管樁、預(yù)制方樁和鉆孔灌注樁是常用的樁基礎(chǔ)方法，根據(jù)以往工程經(jīng)驗判斷，PHC管樁水平承載力相對不足，而本項目對水平承載力有一定要求，故不考慮PHC管樁方案。在預(yù)制方樁與鉆孔灌注樁兩個方案中，預(yù)制方樁在造價和工期兩方面均有明顯優(yōu)勢，所以最終確定施工便捷、經(jīng)濟性好的預(yù)制方樁方案。

按照地質(zhì)條件及建筑物承載力要求，初擬預(yù)制方樁截面為300mm×300mm，采用梅花形布樁，樁間距取1400mm。樁端埋置于下伏基巖，結(jié)合實際情況取0.5m，設(shè)計樁長取5.6～14.5m。樁頂設(shè)置500mm厚水泥土褥墊層。

根據(jù)《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》（JGJ 94-2008），單樁豎向極限承載力可按下式計算：

式中Quk、Qsk、Qpk—單樁豎向極限承載力及單樁總極限側(cè)阻力、總極限端阻力的標(biāo)準(zhǔn)值；

u、qsik、li—樁身周長、單樁第層土的極限阻力標(biāo)準(zhǔn)值和第 層土的厚度；

α—樁端阻力修正系數(shù)；

qsk、Ap—樁端附近靜探阻力標(biāo)準(zhǔn)值、樁端面積。

在天然地基中打入預(yù)制方樁，兩者共同承擔(dān)荷載可視為復(fù)合地基，按照《復(fù)合地基技術(shù)規(guī)范》（GB/T 50783-2012），復(fù)合地基承載力特征值可按下式計算：

式中fspk、fspk—復(fù)合地基承載力特征值與樁間土地基承載力特征值；

kp、ks—樁體實際豎向抗壓承載力與樁間土地基實際承載力的修正系數(shù)；p

λ、λs—樁體豎向抗壓承載力與樁間土地基承載力的發(fā)揮系數(shù)；

d、de—樁體直徑與單根樁分擔(dān)的地基處理面積的等效圓直徑；

m—復(fù)合地基置換率；a

R、Ap—單樁豎向抗壓承載力特征值與單樁截面積。

據(jù)式（1）可估算單樁豎向極限承載力Quk=1158kN，Ra=Quk/2=579kN，再據(jù)式（2）估算復(fù)合地基承載力特征值fspk=248kPa≥240kPa，滿足口門建筑物對地基承載力的要求。

3.預(yù)制方樁施工要點

3.1 工藝流程

施工放樣→樁機進場→方樁起吊→樁身校正→穩(wěn)樁振打→檢查驗收→移至下一樁位。

3.2 施工放樣

按照樁位圖放出各樁位的準(zhǔn)確位置，先定出樁基軸線，再放出各樁位中心坐標(biāo)，在每個樁位上打入木樁或鋼筋作為標(biāo)記。樁機進場后一些樁位標(biāo)記會受到影響，可從場外控制點引測和復(fù)核。

3.3 樁機進場、吊樁、校正

樁機進場、調(diào)試、就位、校核后，起吊方樁。起吊時，采用2臺卷揚機2點水平吊至樁長一半的高度，樁尖近側(cè)的卷揚機停止，樁尖遠(yuǎn)端的卷揚機繼續(xù)起吊，當(dāng)方樁由水平轉(zhuǎn)至垂直狀態(tài)時，卸下樁尖近側(cè)的吊索，由樁尖遠(yuǎn)端卷揚機單點懸掛送入樁機龍門架內(nèi)，樁頂套入樁帽。檢查樁帽與樁頂對齊后，穿入保險插銷并固定?？刂茦渡砭徛陆?，當(dāng)樁尖距地面10cm時停止，檢查樁身是否垂直，然后使樁尖對準(zhǔn)樁位。壓樁，使樁入土0.5～1m左右，檢測樁身垂直度偏差不超過0.5%時再繼續(xù)施工。

3.4 穩(wěn)樁振打

樁身施打采用靜壓與振打結(jié)合方式，即土層為軟土?xí)r靜壓貫入，為硬土層時振打貫入，這種方式可減少樁頭破裂、樁身混凝土剝裂現(xiàn)象，避免出現(xiàn)廢樁。靜壓貫入是依靠樁機機械臂的力量將方樁壓入，振打貫入則是利用振動力將方樁沉入土中，振動源來自風(fēng)鎬機，即將風(fēng)鎬機與樁帽頂部連接固定。啟動振動后，可使樁容易貫入硬土層，若仍貫入困難可射水配合。通常振動時間不超過10～15min，應(yīng)根據(jù)貫入速度調(diào)節(jié)振動時間與振動頻率。如果下沉速度低于5cm/min應(yīng)停下來查找原因，不可強行貫入，以免損壞樁身。貫入應(yīng)一次完成，中途不可停歇。

3.5 檢查驗收

打樁結(jié)束后進行檢查驗收，復(fù)核樁頂標(biāo)高，監(jiān)理簽字后才能移機至下一樁位施工。

4.預(yù)制方樁施工質(zhì)量控制

4.1 合理選擇打樁順序

對于比較密集的預(yù)制樁，打樁順序應(yīng)由中部向左右或前后兩個方向?qū)ΨQ施打，或由中心向四周對稱打樁，不可由一端向另一端打樁，以免因擠土效應(yīng)而產(chǎn)生不均勻沉降。有長、短樁時，應(yīng)先打長樁，后打短樁。

4.2 樁位精度控制

為防止樁位偏差，除了提高樁位放樣精度以外，還應(yīng)注意以下兩點：一是施工前清理場地內(nèi)的孤石及地下堅硬的障礙物，避免打樁時遇到這些障礙樁使尖擠向一邊；二是控制沉樁速度，延緩擠土效應(yīng)產(chǎn)生的偏移。

4.3 樁身垂直度控制

施工前，應(yīng)對場地進行平整和加固，尤其是軟基上應(yīng)鋪設(shè)碎石層，保證基座穩(wěn)定，防止打樁過程中樁機傾斜。插樁時，在相互垂直的兩個方向上觀測樁身垂直度，并校正偏差。樁入土0.5～1m深，再次觀測樁身垂直度。兩次校正無誤后才能進入正常施打程序。

4.4 沉樁深度與樁頂標(biāo)高控制

接近沉樁深度前，根據(jù)水準(zhǔn)儀測量的設(shè)置在送樁器上的刻度線標(biāo)高估測距離沉樁深度的數(shù)值，當(dāng)刻度線與水準(zhǔn)線接近重合時應(yīng)放慢打樁速度，兩線完全重合時停打。采用水準(zhǔn)測量，樁頂標(biāo)高應(yīng)控制在設(shè)計標(biāo)高±50mm范圍內(nèi)。

5.預(yù)制方樁施工效益分析

采用靜壓與振打結(jié)合方式施工，比傳統(tǒng)錘擊法工效提升70%以上，施工費用降低30%以上，而且施工噪聲大大減小，具有良好的經(jīng)濟效益、環(huán)境效益和社會效益。

6.結(jié)語

根據(jù)彌勒市甸溪河治理工程軟基處理實踐，預(yù)制方樁在施工速度、造價控制及質(zhì)量可靠性方面的優(yōu)勢得到充分發(fā)揮，工程中未出現(xiàn)明顯不均勻沉降、樁身破裂、斷樁等質(zhì)量事故，工程質(zhì)量達(dá)到設(shè)計要求和規(guī)范規(guī)定，因此本工程采用預(yù)制方樁處理軟基效果滿意，值得在類似工程中推廣應(yīng)用。