勁性復(fù)合樁治理航道施工質(zhì)量檢測研究

◎ 龔裕霞 江西省贛江船閘通航中心

勁性復(fù)合樁是一種水泥攪拌樁初凝前打入預(yù)制混凝土樁的同芯復(fù)合加固樁構(gòu)型式，既能發(fā)揮高韌性、高強(qiáng)度、高載承能力材料和結(jié)構(gòu)的工程效能，又能夠在一定程度上降低工程成本。案例工程在加固內(nèi)河航道坡岸中，應(yīng)用勁性復(fù)合樁加固技術(shù)，在軟土基礎(chǔ)上應(yīng)用實(shí)現(xiàn)該技術(shù)，加強(qiáng)施工過程中的結(jié)構(gòu)和施工質(zhì)量檢測，是工程質(zhì)量和安全的必不可少的技術(shù)保障。下文將結(jié)合案例應(yīng)用，梳理介紹勁性復(fù)合樁加固內(nèi)河航道坡岸現(xiàn)場質(zhì)量檢測相關(guān)內(nèi)容和技術(shù)要點(diǎn)，以為勁性復(fù)合樁航道坡岸加固及現(xiàn)場質(zhì)量檢測應(yīng)用提供技術(shù)參考。

1.工程概況

為某內(nèi)河航道治理工程是省級重點(diǎn)工程項(xiàng)目，治理里程長達(dá)19.09km，按照IV級航道進(jìn)行整治。所在區(qū)域海拔介于5.00～10.00m之間，屬于低平河谷平原。廣泛分布著深厚的粉土、粉質(zhì)黏土和淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土，抗剪強(qiáng)度低，含水率偏高，易發(fā)生壓縮變形，厚度達(dá)10多米。

為控制工后沉降，確保航道治理質(zhì)量，須對軟弱土層實(shí)施加固處理。原設(shè)計(jì)采用PHC管樁加固，但考慮該方法存在強(qiáng)度不足、抗滑能力差等不足。后決定采用等芯勁性復(fù)合樁加固，其芯樁為PHC管樁，徑值30cm，壁厚5.50cm，外芯為水泥攪拌樁，樁徑70cm，復(fù)合樁長度8.00m，樁間距1.70～2.00m，由內(nèi)向外編號(hào)1#～4#。工程作業(yè)包括基礎(chǔ)加固、C25混凝土重力護(hù)岸、挖掘土方、填筑坡岸等方面。

2.勁性復(fù)合樁工藝

2.1 工藝流程

勁性復(fù)合樁工藝流程：

（1）預(yù)制鋼筋混凝土樁。

（2）制作水泥攪拌樁，實(shí)施4攪2噴工藝，嚴(yán)格遵守試樁所確定的鉆桿沉入和提升速度，充分破碎樁位巖土。

（3）在水泥未完全凝固前（不宜超過6小時(shí)）進(jìn)行PTC管樁插打，垂直度誤差低于1.00%，水泥攪拌樁中心與勁芯誤差低于3cm。

（4）養(yǎng)護(hù)時(shí)間至少為28天。

2.2 布樁方案

管樁原設(shè)計(jì)方案采用交錯(cuò)布設(shè)方式，在混凝土擋墻下設(shè)置管樁，并將樁頂與護(hù)岸之間鋪設(shè)50cm厚碎石墊層，縱向樁間距為1.00m，橫向樁間距為1.20～1.50m。復(fù)合樁也是在砼擋墻下方采用交錯(cuò)布設(shè)的方式，但縱向樁間距為1.00～1.20m，橫向樁間距1.70～2.00m。

對于護(hù)岸下方地基土的加固，原管樁方案的坡岸穩(wěn)定性和載承力功效準(zhǔn)備比較充分，但所選PHC管樁的長度較長，樁徑較寬，造價(jià)較高，同時(shí)每行均需要額外配置1根PHC管樁。復(fù)合樁方案采用壁薄PTC管樁，與最大直徑的水泥攪拌樁搭配使用，區(qū)域內(nèi)加固面積更廣，且在施工時(shí)所需數(shù)量較原設(shè)計(jì)方案少。這種方法利用了土體自身的強(qiáng)度，因此其承載能力不亞于造價(jià)更高的鋼管樁。水泥土樁采用粉噴工法，可以吸收多余水分，提高土體的有效應(yīng)力，更適合在雨季或者在含水率較高的場地制樁。

2.3 回填進(jìn)度安排

項(xiàng)目在建設(shè)年7～8月完成樁頂墊層施工，在8月下旬開始坡岸澆注作業(yè)，9月下旬開始壩墻后回填作業(yè)。具體分2個(gè)階段：9月20日～9月28日作業(yè)日，從護(hù)岸內(nèi)側(cè)下沿開始，填方0～5.40m；10月31日～11月12日作業(yè)日，每天平均填方高度0.60m，完成5.40～9.30m回填作業(yè)。

3.現(xiàn)場施工安全和質(zhì)量檢測分析

為保障岸坡和建筑物的安全穩(wěn)定，施工過程中每項(xiàng)作業(yè)都進(jìn)行嚴(yán)格施工檢測。雖然混凝土護(hù)岸澆注、開挖河道和回填護(hù)岸后體的作業(yè)時(shí)間稍有不同，但不影響同時(shí)檢測。為利于對比分析，本研究所關(guān)注的4個(gè)監(jiān)督斷面，南北向處于同一直線。檢測工作從護(hù)岸底部測斜管開始，歷時(shí)18個(gè)月，經(jīng)歷了土壓計(jì)的安裝、延長測斜管至護(hù)岸頂部等準(zhǔn)備工作和后續(xù)的測量。

3.1 深層水平位移檢測與分析

（1）檢測方法。深層水平位移是判斷護(hù)岸結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的重要指標(biāo)。測斜儀可以檢測擋土墻內(nèi)部及土體的側(cè)向形變。

為實(shí)現(xiàn)檢測深層水平位移，須在擋土墻澆注過程中預(yù)埋測斜導(dǎo)管，并準(zhǔn)備長電纜和測斜儀以搜集數(shù)據(jù)。測斜導(dǎo)管采用塑料管，其內(nèi)壁開4條導(dǎo)槽，兩兩對稱形成滑移軌道。測斜儀設(shè)有上下兩組導(dǎo)向輪，用于沿測斜儀的導(dǎo)向槽定位和升降。顯示器通過電纜與測斜儀連接，以實(shí)現(xiàn)供電和信號(hào)傳導(dǎo)，并兼顧升降牽引索，每隔50cm電纜設(shè)一標(biāo)記。開始檢測時(shí)，測斜儀的感應(yīng)側(cè)對準(zhǔn)平向移位方向，滑輪被引導(dǎo)到導(dǎo)槽中?；焦艿?，穩(wěn)定后，測試管口到管底的距離并計(jì)數(shù)，向上拉回測斜儀，每50cm測試一次，然后將測斜儀旋轉(zhuǎn)180度讀取，消除儀器本身的誤差。

（2）檢測結(jié)果與分析。因?yàn)楝F(xiàn)場條件限制，只在40K+775～40K+786、40K+795～40K+806、40K+855～40K+866等3區(qū)域完成了測斜管的埋設(shè)工作，因此本研究只獲得了此3處深層水平位移檢測數(shù)據(jù)。測試結(jié)果顯示，3個(gè)區(qū)域最終出現(xiàn)了朝向坡岸且面對空曠的側(cè)向移位。其中水平方向的移位最大出現(xiàn)在40K+795～40K+806區(qū)域，達(dá)到了18.60mm，而水平位移最小出現(xiàn)在40K+855～40K+866區(qū)域，只有12.90mm，平均值為15.70m，占沉降均值41.60%。平向移位隨著深度增加呈逐漸擴(kuò)大的趨勢，8.50～11.50m區(qū)域的相對平向移位較小，而6.00～8.50m區(qū)域的發(fā)展速度很快，0.50～6.00m區(qū)域的位移增長緩慢。推斷估測8.50～11.50m區(qū)域的測斜管位處粉質(zhì)黏土層中，土壤的剛度和強(qiáng)度都比原來地表淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土較高，所以其抗形變能力較強(qiáng)；而6.00～8.50米區(qū)域的測斜管被水平推向開闊側(cè)，0.50～6.00米區(qū)域的測斜管位于擋土墻內(nèi)部，其彈性模量大于土體，造成內(nèi)部形變不明顯。測斜管的平向移位與填方進(jìn)程相關(guān)，但其增長速度逐漸放緩。兩次填方期間，深層平向移位曲線變化間隔比較大，顯示平向移位發(fā)展比較迅速，第1次填方周期，平向移位從0增加到了0.70cm左右，而第2次填方周期，則從0.80cm左右增加到12.00～16.00mm范圍。間歇期和固結(jié)期平向移位較少。在填方完成10天后，水平位移趨于穩(wěn)定。所有回填完成后，曲線區(qū)間很小，甚至幾乎完全重合，說明水平位移基本沒有發(fā)展。

3.2 樁頂和樁間土壓力的檢測與分析

（1）檢測方法。利用壓力傳感器測量復(fù)合樁的頂部和區(qū)域間土壤的土壓。在樁頂墊層施工期間，預(yù)埋壓力計(jì)并測量和記錄復(fù)合樁頂部和區(qū)域間土壓初始讀數(shù)。檢測設(shè)備包括土壓計(jì)和頻率儀。內(nèi)芯處和區(qū)域間土壤土壓測量，使用體積比較大的振弦土壓計(jì)，按每截面3個(gè)土壓計(jì)配置；外芯測量使用體積正常規(guī)格的振弦土壓計(jì)，按每截面2個(gè)土壓計(jì)配置。在安裝壓力檢測傳感器之前，須對其給予標(biāo)定。安裝時(shí)，將土壓計(jì)受壓膜的一面朝上，底部填充5cm左右的中砂和細(xì)砂應(yīng)整平壓實(shí)，以確保水平裝配。裝配后，在周圍覆蓋10厘米厚的中細(xì)砂并壓實(shí)。在測試過程中，需要用頻率計(jì)讀取土壓力計(jì)內(nèi)振弦振動(dòng)頻率，然后通過計(jì)算轉(zhuǎn)換成實(shí)際壓力。

（2）檢測結(jié)果與分析。從開始檢測起的初期10天對應(yīng)第1次填方周期，10～40天對應(yīng)填石周期，40～50天對應(yīng)為第2次填方周期，50天后對應(yīng)為固結(jié)期。圖1內(nèi)外芯的樁頂與樁間土壓力的時(shí)程曲線表明，四個(gè)試驗(yàn)段的內(nèi)外芯樁樁頂壓力呈相似的趨勢。在初期15天內(nèi)壓力增升比較快，2#樁外芯達(dá)到100～120千帕，內(nèi)芯的樁頂土壓達(dá)到300～350千帕，3#樁外芯達(dá)到120～140千帕，內(nèi)芯的樁頂土壓達(dá)到400～450千帕，而樁間土壓的增長則較慢，僅在20～25千帕。10～45天填方間期，5個(gè)區(qū)域的土壓增長比較小，45～60天內(nèi)，內(nèi)外芯的樁頂土壓保持繼續(xù)增長，2#樁外芯達(dá)到120～140千帕，內(nèi)芯的樁頂土壓達(dá)到500～550千帕，3#樁外芯達(dá)到140～160千帕，內(nèi)芯的樁頂土壓達(dá)到600～700千帕，樁間土壓力則基本未發(fā)生增長，保持在30～35千帕。因?yàn)榭拷恿鱾?cè)的坡岸很高，達(dá)到了4.31米，而靠內(nèi)側(cè)的坡岸比較低，因此2#樁的內(nèi)芯樁頂土壓力則提升幅度相對偏小，而3#樁內(nèi)芯的樁頂土壓力發(fā)生最顯著提升。第2次填方期間，2#樁內(nèi)外芯的樁頂土壓其增長速度高于3#樁，是因?yàn)榕c擋土墻相比，第二填土區(qū)更靠后，對樁2頂部土壓力的影響比樁3更明顯。但是穩(wěn)定之后，3#樁頂土壓仍大于2#樁，是由于擋土墻重度相對填方更高所致。

圖1 內(nèi)外芯的樁頂與樁間土的壓力時(shí)程變化曲線

在第一次填方周期內(nèi)，土拱效應(yīng)發(fā)揮作用，但其影響并不明顯。因此復(fù)合樁內(nèi)外芯的承載力沒有明顯差異。與樁頂土壓力狀態(tài)相比，樁間土壓力增加最小。隨著回填的進(jìn)行，土拱效應(yīng)越來越明顯，樁頂應(yīng)力集中明顯，樁間土的承載影響變?nèi)?。表現(xiàn)為外芯樁頂土壓呈現(xiàn)小幅增長，內(nèi)芯樁頂土壓力則增速加快，但樁間土壓力增加幅度較小?；靥钇陂g，老土的沉降固結(jié)使內(nèi)芯樁樁頂土壓力略有上升，而外芯樁間土壓力和樁頂壓力基本不變。在第二次填土循環(huán)中，實(shí)際上復(fù)合樁承擔(dān)了幾乎所有的新回填土荷載。結(jié)果表明，外芯樁的樁頂土壓力略有增加，而內(nèi)芯樁的樁頂土壓力增加較大，而樁間土壓力基本不變。在固結(jié)期間，各區(qū)域的表現(xiàn)與回填期間相似。內(nèi)芯樁樁頂土壓力的增加趨勢與回填高度的增加趨勢一致。剛性復(fù)合樁的內(nèi)芯承受很高的荷載，而水泥調(diào)拌樁的外芯只承受一部分荷載。

而樁間土所承擔(dān)的垂向載荷量則非常有限。

3.3 護(hù)岸頂部與墻后填方沉降檢測分析

（1）檢測方法。護(hù)岸施工需加強(qiáng)頂部豎向位移觀測，回填操作須進(jìn)行墻體沉降狀態(tài)觀測，以確保護(hù)岸施工的質(zhì)量和安全。

早期垂向移位測量點(diǎn)，沿兩側(cè)伸縮縫，布設(shè)于護(hù)岸的底板前，后期沉降移位測量點(diǎn)布設(shè)于墻體頂部的伸縮縫的兩側(cè)。觀測站點(diǎn)采用預(yù)制埋設(shè)20x20x60cm砼樁在左右岸對稱布設(shè)。測量釘布置在樁頂，測量基點(diǎn)為標(biāo)高和平面位置的公共點(diǎn)。用極坐標(biāo)法測量平面基點(diǎn)的位置，在首級控制點(diǎn)架設(shè)全站儀，對準(zhǔn)中心軸線后，照準(zhǔn)另一個(gè)首級控制點(diǎn)并旋轉(zhuǎn)180度，再照準(zhǔn)中心軸線，各測量1次，取均值作為測量結(jié)果。測量觀測基點(diǎn)高程，在首級控制點(diǎn)和觀測基點(diǎn)之間以水準(zhǔn)儀結(jié)合平板測微器做閉合線路平差后確定高程，檢測結(jié)果符合二級檢測水準(zhǔn)。左岸沉降測點(diǎn)檢測時(shí)，在左岸測量基點(diǎn)上架設(shè)全站儀，對準(zhǔn)中心軸線后，向右岸基點(diǎn)照準(zhǔn)，獲得檢測結(jié)果，再在右岸測量基點(diǎn)上架設(shè)全站儀，對準(zhǔn)中心軸線后，對準(zhǔn)左岸基點(diǎn)得出測試結(jié)果，然后取平均值，即為測試結(jié)果。右岸沉降測點(diǎn)檢測方法相反。測站后視設(shè)長度50cm，徑值5cm左右的小木樁，其頂部配設(shè)鋼釘，之后沉降觀測點(diǎn)每增加1組，在視距中點(diǎn)區(qū)域配置木樁，固定測量線路和測站，最大程度控制降低測量誤差。

（2）檢測結(jié)果與分析。所獲得的右岸4個(gè)檢測斷面的累計(jì)沉降時(shí)程變化曲線，變化曲線顯示，40K+795～40K+806區(qū)域存在最大的斷面沉降量，累積沉降量超過了43.00mm；而40K+855～40K+866區(qū)域的沉降量則最小，平均值約37.70mm。完成作業(yè)1年后，4個(gè)斷面的沉降量都在35.00～45.00mm之間，并且沉降趨勢總體相似。在施工操作開始后前3個(gè)月，沉降幅度比較大，但沉降幅度在3個(gè)月后明顯趨緩，而半年之后則沉降量逐漸變化不大。檢測還發(fā)現(xiàn)回填過程中，護(hù)岸頂部的沉降曲線其變化比較圓潤，沒有發(fā)生明顯的分段狀態(tài)，發(fā)生最快沉降速度時(shí)，是還未啟動(dòng)回填時(shí)，表明填方對沉降速度的影響不明顯。系擋土墻下的剛性復(fù)合樁支撐了邊坡和填土的重量，減緩了擋土墻澆筑和填土可能引起的沉降。

4.結(jié)語

案例內(nèi)河航道治理工程應(yīng)用勁性復(fù)合樁技術(shù)加固航道坡岸，基于工程應(yīng)用，介紹了內(nèi)河航道軟土坡岸治理應(yīng)用勁性復(fù)合樁工藝，內(nèi)容涉及勁性復(fù)合樁工藝流程、布樁方案、回填進(jìn)度安排等。從深層水平位移檢測與分析、樁頂及樁間土壓力檢測與分析、護(hù)岸頂部與墻后填方沉降檢測分析3個(gè)方面，重點(diǎn)介紹了案例工程所重視的勁性復(fù)合樁現(xiàn)場施工安全和質(zhì)量檢測的關(guān)注的檢測內(nèi)容及檢測成果。案例檢測成果顯示，剛性復(fù)合樁的內(nèi)芯承受很高的荷載，而攪拌樁的外芯只承受一部分荷載；樁間土所承擔(dān)的垂向載荷量則非常有限；采取勁性復(fù)合樁后，擋土墻下方的勁性復(fù)合樁支撐了坡岸及填方重量，有效抵抗或減緩因擋土墻和回填土的澆筑而可能引起的渠道岸坡沉降。