軟土地基上圍堤加載與灌注樁施工的處理措施

唐繼亮

（中交一航局第二工程有限公司，山東 青島 266071)

主要結(jié)合浙江省三門縣健跳一級漁港建設項目工程實際情況，對軟土地基上圍堤加載過程中灌注樁施工方案展開論述。

1 工程概況

1.1 工程概述

浙江省三門縣健跳一級漁港建設工程主要施工內(nèi)容為圍堤1180m(堤防等級4 級)；浮碼頭6 座；陸域回填約3.5 萬m；港區(qū)道路1.26 萬m；綜合執(zhí)法辦證中心800 m；港區(qū)水、電、通信、監(jiān)控等配套設施。該圍堤堤型為斜坡式斷面土石混合壩結(jié)構(gòu)，基礎設于海邊淤泥上，地基采用正方形布置的塑料排水板作排水固結(jié)處理，間距1.4m，深度20m。浮碼頭設三座高樁梁板式棧橋，樁基采用灌注樁與管樁，每條棧橋灌注樁2排，每排2根，緊靠圍堤布置，灌注樁直徑1m，深度38～42m，樁端進入⑦層圓礫土層深度不小于2.5m，圍堤平面圖如下：

圖1 圍堤碼頭平面圖

1.2 工程地質(zhì)

根據(jù)《浙江省三門縣健跳一級漁港建設工程施工圖設計階段工程地質(zhì)勘察報告》，現(xiàn)場施工區(qū)域自上而下地質(zhì)層依次為，詳見下圖2：③1 淤泥、③2 淤泥質(zhì)粘土、⑥含角礫粉質(zhì)粘土、⑦圓礫土，圍堤回填范圍內(nèi)淤泥層較厚，最深達22.6m，土體抗剪強度差、固結(jié)系數(shù)小、擾動性大，在圍堤加載過程中易產(chǎn)生位移，位移對灌注樁施工及其樁身結(jié)構(gòu)會產(chǎn)生很大影響。

圖2 浮碼頭結(jié)構(gòu)斷面圖

2 問題提出

圍堤基礎設于海邊淤泥上，但整體工期較短，軟土未完成加固處理便進行上層荷載的回填施工，滑動與抗滑之間的平衡性難以把握，在圍堤加載過程中一旦產(chǎn)生滑坡、位移，將對灌注樁施工及其樁身結(jié)構(gòu)造成不利影響。如何防止出現(xiàn)滑坡質(zhì)量事故，確定預防措施、灌注樁開工時機與施工平臺形式是施工的重點難點。

2.1 軟土基上圍堤滑坡產(chǎn)生機理

圍堤回填范圍內(nèi)淤泥層較厚，最深達22.6m，土體抗剪強度差，地基在設置豎向和水平向排水通道后，在新增荷載作用下逐漸固結(jié)，地基土體抗剪強度逐漸增強，但當荷載增加過快時，土體所受滑動力矩將迅速增長，而抗剪強度增長較慢，當所受滑動力矩大于抗滑力矩，土體開始剪裂，并產(chǎn)生連續(xù)滑動面，岸坡便極易發(fā)生失穩(wěn)、滑坡。施工過程中預防滑坡的重點是控制土體強度增長與荷載增加的協(xié)調(diào)性。

2.2 處理思路

當壩基下軟弱土層較深時，滑動面可能貫穿土和堤身，可采用修正的圓弧滑動條分法，先計算出沒有土工織物加筋時最危險的滑弧位置，并假設土工布加筋后滑弧的位置不變，考慮各層土工織物提供水平的加筋力產(chǎn)生附加的抗滑力矩，需注意驗證土工織物抗拔力是否滿足要求。

根據(jù)無土工布及有土工布加筋時最危險滑弧位置的安全系數(shù)計算結(jié)果及與現(xiàn)場滑坡區(qū)域沉降位移在高、低潮時的觀測數(shù)據(jù)得出：

（1）滑坡是由于土工布在船拋碎石時被拖出而無土工布或鋪設的土工布的技術指標未達到設計指標及車輛荷載作用共同導致。根據(jù)計算得出的滑動半徑、深度、長度，對后續(xù)施工進行調(diào)整后，圍堤其他樁號地段在碎石墊層和首層60cm 拋石混合料回填均后未發(fā)生滑坡現(xiàn)象。

（2）作用在最危險圓弧滑動范圍的荷載越多，荷載產(chǎn)生的滑動力越大，但抗滑力增長幅度較小，則滑動風險越大。

（3）高潮時現(xiàn)場潮水絕大部分橫向作用于圍堤邊坡坡面上，即使是天文最大潮作用在回填加載層頂部的荷載也相當有限，即高潮時提供的抗滑力更大，土體較穩(wěn)定。

因此可以首先通過抗滑穩(wěn)定性驗算得出最危險滑弧范圍，并考慮安全系數(shù)，避免在該區(qū)域范圍內(nèi)施加不必要的荷載，同時需根據(jù)土工織物的抗拉強度及抗拔力作鋪設方案優(yōu)化，以保證其能正常提供加筋力，同時盡量選擇漲潮期間回填加載。

3 圍堤加載中外側(cè)灌注樁施工方案

3.1 施工時機

3.1.1 方案的比選

根據(jù)圖2可知，第一排灌注樁位于堤身上，第二排灌注樁緊靠鎮(zhèn)腳層外側(cè)。灌注樁施工時機有三種方案：

（1）在圍堤加載前施工完成，但圍堤在分層加載過程中會發(fā)生沉降、位移甚至滑動，連續(xù)的位移產(chǎn)生的巨大水平力不斷作用于樁身上，將使灌注樁發(fā)生較大的位移，且灌注樁抗彎性能若無法滿足此水平力產(chǎn)生的彎矩，將會產(chǎn)生大的裂縫而破壞；

（2）在圍堤施工完成后開始施工，無法滿足工期要求，將造成至少3 個月的延期；

（3）在圍堤加載過程中施工，此種方案是工程常用方案，但需確定圍堤加載到什么程度才開始施工，可根據(jù)圍堤沉降位移觀測數(shù)據(jù)資料分析后進行推斷。

3.1.2 具體時間的確定

根據(jù)經(jīng)過調(diào)整的分層加載厚度，一次加載60～80cm，堤身混合料填筑需分6 次填筑完成。位移在堤身混合料第一次加載后開始觀測，不計碎石墊層拋填產(chǎn)生的位移，3 條棧橋后側(cè)設置的位移觀測點位移數(shù)據(jù)如下：

表1 1～4 次圍堤加載位移觀測數(shù)據(jù)統(tǒng)計表

3#觀測點，加載標高至+5.5m，截至2021年5月31日累計位移107.13mm，累計時間112d，平均位移0.96mm/d；4#觀測點，加載標高至+5.3m，截至2021年5月31日累計位移99.31mm，累計時間112d，平均位移0.89mm/d。期間最大位移約2.5mm/d，最小趨于穩(wěn)定。根據(jù)深層土體水平位移觀測數(shù)據(jù)，預計至最終位移穩(wěn)定，還將產(chǎn)生5～6cm 位移量。此時，圍堤大部分位移已經(jīng)發(fā)生，若再加載，地基固結(jié)度不滿足要求，可能會發(fā)生滑動破壞。綜合位移量、地基固結(jié)度與工期等因素，確定圍堤混合料加載四層，至最終標高差約1.0m，且沉降位移穩(wěn)定后開始施工。

3.1.3 注意事項

為減小灌注樁施工中，圍堤回填加載帶來的負面影響，實現(xiàn)二者交叉施工有機結(jié)合，可采用以下措施：

（1）控制車輛荷載，盡量選用小噸位的運輸車輛，運輸車輛盡量遠離岸坡坡頂卸料，采用履帶式推土機推進。

（2）回填荷載量較大時，盡量選擇在漲潮時回填，利用潮水橫向荷載作用的有利時機進行加載。

（3）控制回填間隔時間，根據(jù)設計規(guī)定的沉降、位移控制值來指導和控制加載，確保土體在有效固結(jié)后再進行上部回填。

（4）開辟多條運輸便道，縮短運輸車輛在圍堤上的回填運輸距離，避免土體在車輛荷載的持續(xù)作用下發(fā)生液化等不利現(xiàn)象。

（5）石料卸放后及時推平，禁止在坡肩集中堆載，以分散其荷載作用力，避免集中荷載作用造成滑坡或超孔隙水壓力等不利影響。

（6）岸坡存在失穩(wěn)跡象時，要立即停止加載，盡量選擇高潮時采取削坡、坡頂減載及反壓等措施處理，如：①支擋工程：穿過海側(cè)滑弧打設6m 的松木樁作為抗滑樁，由木樁與土體之間的摩擦力提供水平方向的抗滑力，用以抵消滑坡體的滑動力。抗滑樁集中設置在滑坡的前沿部位，且將樁長的1/4～1/3 埋置于滑坡面以下的穩(wěn)固層中；②減荷反壓：采用反壓措施，拋填護腳塊石于滑坡體前沿及坡腳，對坡腳進行壓腳處理，增強抗滑力。

3.2 灌注樁施工平臺的分析

海邊淤泥上施工灌注樁，必須設置灌注樁施工平臺，而平臺的形式、穩(wěn)定性與安全性對工程質(zhì)量與成本有較大影響，因此平臺形式需合理可靠。

3.2.1 方案比選

施工平臺的方案一般有三種：

（1）采用振動錘打設大直徑鋼管，大型工字鋼連接搭設。

（2）采用小鋼管代替大直徑鋼管作支撐柱，鋼管之間進行上下兩層連接，人工搭設水上工作平臺。

（3）對淤泥采用人工打設排水板進行淺層地基加固處理后，直接在樁周填筑細石宕渣作為施工平臺。

第一種方案需調(diào)用大型機械設備，機械調(diào)遣費、臺班費及材料費等耗用成本較大，經(jīng)濟性較差。第二種方案較為經(jīng)濟，但棧橋的第一排樁周范圍已填筑宕渣，小鋼管無法插入泥面，埋深不足將導致鋼管架結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性與安全性較差。第三種方案，緊靠圍堤的第一排灌注樁宕渣平臺在圍堤基礎施工時已進行了深層地基處理，第二排灌注樁施工較晚，淤泥有較長的固結(jié)時間，通過在淤泥層上鋪設一層編織布作為加筋層并打設排水板對該地基進行加固處理，使其淺層土體固結(jié)，加大其粘聚力與摩擦角，增加其承載力，可保證安全順利施工，且經(jīng)濟、簡便。

經(jīng)分析，最終確定采用宕渣平臺。

3.2.2 施工方法

（1）土工布加工。成品編織土工布寬度4m，在場地加工成寬度11m，長度15m 的一幅土工布兩條。加工時搭接長度為20cm，采用包縫拼接，機械縫制，針腳順直均勻。

（2）土工布鋪設。一幅土工布加工好后，人工運至淤泥邊，土工布縱向垂直于堤身，沿棧橋方向鋪設，臨時采用小石塊鎮(zhèn)壓。一邊須與原圍堤基礎土工布搭接至少1.5m，壓于其第一級平臺下，另一邊須超過第二排灌注樁7～8m。

（3）打設排水板。排水板采用a 型，間距1.0m，正方形布置。首先用剪刀在土工布剪一條長約12cm 的口子，人工用竹竿帶著排水板插入泥面下至少4m，直到不能再下為止。插到要求深度后，拔竿剪斷排水板，排水板高于泥面50cm。

（4）填筑宕渣。宕渣采用細石料，粒徑最好不大于20cm，以免影響后續(xù)成孔作業(yè)。宕渣分層填筑，每層60～80cm，間隔時間25～30 天，小型汽車運輸，小型推土機整平。由于泥面標高約+1m，設計高水位為+3.27m，所以宕渣平臺標高在考慮預留沉降量后高于設計高水位即可，則整個平臺需分四次填筑。

3.2.3 操作要點

（1）土工布一端必須與原圍堤基礎土工布可靠搭接，增強其后端錨固，以防被拔除。

（2）排水板打設需滿足深度要求，且注意排水板應與竹竿一起下沉，否則無法滿足排水要求。

（3）灌注樁施工完成后，在保證樁身完整性及強度的同時，需盡早將宕渣進行清除。

4 實施效果

（1）2#、3#棧橋灌注樁及1#棧橋第一排灌注樁在施工過程中未出現(xiàn)異常問題，宕渣平臺穩(wěn)固，未產(chǎn)生滑動；但灌注樁施工完成后，通過測量數(shù)據(jù)反映，樁在發(fā)生位移。從澆筑完后至澆注帽梁前，樁頂累計向海側(cè)位移約2～4cm。分析主要為后方圍堤位移所致，根據(jù)最大裂縫寬度計算，其位移不會對灌注樁樁身產(chǎn)生大的裂縫。

（2）通過對宕渣平臺下部地基處理，保證了灌注樁施工平臺的穩(wěn)定及工程質(zhì)量，減小了土體滑動對樁身造成的不利影響；同時與鋼管架平臺相比，成本較小。

（3）采用小直徑鋼管架平臺，需搭設面積648m，鋼管等材料考慮能再次利用，搭設單價為250元/m，合計162000 元。

（4）采用宕渣平臺，土工布鋪設面積495m，3.7元/m，小計1832 元；打設排水板1872m，0.8 元/m，小計1498 元；需要人工10 個工日，200 元/工日，小計2000 元；填筑宕渣約2000m，宕渣大部分可以再次利用于圍堤上，按其損失量500m計算，25 元/m，小計7500 元；挖掘機挖除宕渣臺班2 個，費用4000 元；合計費用約16830 元。

經(jīng)計算，節(jié)約成本約14.5 萬元。

5 結(jié)語

（1）本文結(jié)合滑坡產(chǎn)生原因，細化圍堤加載操作要點，分析確定灌注樁施工時機及施工平臺形式，實現(xiàn)了圍堤與樁基交叉施工的有機結(jié)合，保證工程質(zhì)量。

（2）灌注樁平臺的方案充分利用了工程本身結(jié)構(gòu)特點，并拓展改進，對宕渣平臺下部地基處理，保證了灌注樁施工平臺的穩(wěn)定及工程質(zhì)量，減小了土體滑動對樁身造成的不利影響；同鋼管架平臺相比，成本較小，對類似工程具有一定的參考借鑒價值。