超厚淤泥質(zhì)層水上灌注樁充盈系數(shù)控制

趙殿鵬

(浙江省交通運(yùn)輸廳工程質(zhì)量監(jiān)督局，浙江杭州 311215)

1 工程概況

1)工程簡介。舟山釣浪碼頭工程新建3萬t級(jí)通用泊位及5萬t級(jí)多用途碼頭各1座，新建3座棧橋與陸域連接，建設(shè)場(chǎng)地位于舟山本島北部舟山市經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)新港工業(yè)園區(qū)，西側(cè)毗鄰舟山電廠，東側(cè)為規(guī)劃中預(yù)留的發(fā)展區(qū)。碼頭樁基采用φ1200PHC及 φ1000PHC，棧橋樁基采用φ1000灌注樁及φ800PHC樁。棧橋灌注樁計(jì)131根，樁長51m～60m。其具體布置見圖1。

2)地質(zhì)情況。本工程棧橋范圍為潮間帶，泥面平緩，向海域傾斜，坡度小于2°;碼頭所在范圍為水下岸坡，泥面坡度變陡，約8°～12°。擬建場(chǎng)地上部②1淤泥、②2淤泥質(zhì)粘土層屬全新統(tǒng)海積層，具高含水量、大孔隙比、高壓縮性和高靈敏度等特征，工程力學(xué)性質(zhì)差，②1，②2厚度普遍在10m以上，地質(zhì)剖面圖見圖2。

圖1 舟山釣浪碼頭平面布置圖

圖2 地質(zhì)剖面圖

3)施工發(fā)現(xiàn)的問題。2011年2月，2號(hào)棧橋灌注樁進(jìn)行了一批典型施工，根據(jù)這14根樁基施工情況，經(jīng)匯總統(tǒng)計(jì)，發(fā)現(xiàn)這批灌注樁的充盈系數(shù)正常的僅占21.4%，1.2～1.3的占42.8%，超過1.3的占35.8%，具體樁基的充盈系數(shù)統(tǒng)計(jì)詳見表1。

充盈系數(shù)的增大在一定程度上影響了灌注樁的施工質(zhì)量，同時(shí)增加了施工成本，違背了綠色工程的要求。

2 原因分析

本工程在計(jì)算充盈系數(shù)時(shí)已考慮各方面情況，因此計(jì)算過程不存在假性偏大情況。鉆孔平臺(tái)的搭設(shè)穩(wěn)固，鉆機(jī)水平情況良好、鉆桿垂直鉆機(jī)，鉆頭直徑980mm，鉆進(jìn)過程中無晃動(dòng)現(xiàn)象，鉆進(jìn)速率調(diào)整由熟練工負(fù)責(zé)操作，無異常現(xiàn)象。泥漿比重控制在1.25左右，符合易塌地質(zhì)區(qū)域的規(guī)定。護(hù)筒長度控制在15m～18m，護(hù)筒底標(biāo)高仍處于淤泥層內(nèi)，一般入泥深度在10m以上，護(hù)筒與淤泥層結(jié)合部位在鉆孔時(shí)無漏漿現(xiàn)象，但是澆筑混凝土?xí)r，在混凝土面上升至該部位時(shí)混凝土面上升速率減慢，上升至該部位以上2m時(shí)無法上升，繼續(xù)澆筑約0.5h混凝土面才開始上升。結(jié)合本工程地質(zhì)情況我們認(rèn)為澆筑時(shí)受混凝土自重影響破壞了該部位的土體，導(dǎo)致擴(kuò)孔。

3 改進(jìn)措施

3.1 護(hù)筒沉放工藝改進(jìn)

根據(jù)原因分析要解決充盈系數(shù)偏大的問題普遍采用的方法為護(hù)筒跟進(jìn)。但是由于本工程區(qū)域淤泥層較厚，兩層相加有約25m以上厚度，如果采用跟進(jìn)法，護(hù)筒沉放最少長度需要30m，單根樁需增加鋼板3.2t，折合費(fèi)用約1萬元人民幣，同時(shí)施工效率也將大大降低。如果考慮后續(xù)樁基全部采用此方法，將比原施工多投入約150萬元施工成本。為此我們又重新考慮了錘擊法沉護(hù)筒工藝，此工藝與普通的跟進(jìn)法對(duì)比見表2。

表1 樁基充盈系數(shù)統(tǒng)計(jì)表

表2 錘擊法與跟進(jìn)法對(duì)比表

同時(shí)經(jīng)過成本測(cè)算，該法可節(jié)約施工成本約6萬元人民幣。

3.2 減少對(duì)土體的側(cè)壓力

由于前面幾根充盈系數(shù)較大的樁都是在澆筑至護(hù)筒底以上2m～3m后混凝土面無法上升，因此可以認(rèn)為在護(hù)筒與淤泥粘土層交接處土體破壞導(dǎo)致混凝土向周圍溢出。針對(duì)此現(xiàn)象我們采取兩點(diǎn)措施。

1)選擇高潮位澆筑。本工程護(hù)筒頂標(biāo)高4.3m，泥面標(biāo)高－1.8m，潮位高差約3.5m，具體高程關(guān)系圖如圖3所示。通過計(jì)算我們可以看出:混凝土澆筑至護(hù)筒底以上3m時(shí)，土體側(cè)壓力:P=2.5×10×3+1×10×14=215kPa。而此時(shí)若潮位為最高位，則能對(duì)土體產(chǎn)生負(fù)壓力:P=1×10×3.8=38kPa，相當(dāng)于減少38/215=17%的土體側(cè)壓力，因此我們?cè)诎才呕炷翝仓r(shí)應(yīng)充分考慮潮水漲落情況，將澆筑至土體薄弱處的時(shí)間控制在高潮位期間。

圖3 高程關(guān)系圖（單位：m）

2)在距護(hù)筒頂2m處開設(shè)泄?jié){孔。在開設(shè)泄?jié){孔后相當(dāng)于減少壓力:P=1×10×2=20kPa。即接近10%的土體側(cè)壓力。泄?jié){孔在混凝土面上升后及時(shí)封閉。通過控制混凝土澆筑時(shí)間，開設(shè)護(hù)筒泄?jié){孔，我們降低了約1/3的土體側(cè)壓力，對(duì)混凝土面順利通過土體薄弱處起到了關(guān)鍵作用。

4 成果分析

通過以上的施工工藝改進(jìn)以后，在后期的117根灌注樁施工中，混凝土充盈系數(shù)在1.10～1.20之間的灌注樁達(dá)到了103根，占88%;在1.20～1.30間灌注樁僅 9根，占 7.7%;大于 1.30的灌注樁僅5根，占4.3%(見表3)。

表3 1號(hào)～3號(hào)棧橋灌注樁充盈系數(shù)表

灌注樁充盈系數(shù)的降低，避免了約40萬元人民幣的施工成本浪費(fèi)，同時(shí)通過改進(jìn)護(hù)筒沉放工藝直接縮減了經(jīng)濟(jì)成本6萬元人民幣。在工程進(jìn)度及質(zhì)量上，通過技術(shù)改進(jìn)，后期灌注樁施工按時(shí)在4個(gè)月全部完成，117根樁樁身檢測(cè)結(jié)果均為Ⅰ類樁。

5 結(jié)語

本工程在控制水上超厚淤泥層灌注樁充盈系數(shù)時(shí)采用錘擊法沉護(hù)筒工藝，避免了跟進(jìn)沉護(hù)筒法在此類地質(zhì)條件下的大量護(hù)筒浪費(fèi)，同時(shí)通過采用護(hù)筒頂開孔以及候潮澆筑的方法降低了混凝土自重對(duì)淤泥層的側(cè)向壓力，保證了混凝土順利澆筑，為此類地質(zhì)條件下的灌注樁充盈系數(shù)提供了參考。