PHC管樁與攪拌樁聯(lián)合加固法在軟基工程中的應(yīng)用

呂漢增

摘要：針對(duì)珠海市某水船閘工程中因局部攪拌樁成樁質(zhì)量不理想，可能導(dǎo)致部分區(qū)域存在沉降過(guò)大，造成無(wú)法滿足水船閘運(yùn)行需要的結(jié)構(gòu)物不均勻沉降，采用加打PHC管樁與攪拌樁聯(lián)合加固的方法，根據(jù)樁基需承載的載荷、地質(zhì)情況、與非加固區(qū)域沉降協(xié)調(diào)等條件設(shè)計(jì)樁基加固方案，并根據(jù)試樁壓樁力及靜載試驗(yàn)的載荷沉降關(guān)系線對(duì)施工方案進(jìn)行修正。經(jīng)聯(lián)合加固法施工后的加固區(qū)域承載力及整體穩(wěn)定能滿足規(guī)范要求，總體沉降與非加固區(qū)域基本相協(xié)調(diào)。作為復(fù)合地基加固處理方法，在珠海地區(qū)的水船閘工程中尚屬首例。

關(guān)鍵詞：軟土地基PHC管樁 聯(lián)合加固 加固方案

中圖分類號(hào)：TU7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2014）03（b）-0093-02

1 工程概況

珠海市某水船閘工程位于金灣區(qū)某水道出海口處，項(xiàng)目包含引堤和水船閘總長(zhǎng)度1.147km，由排水閘、船閘外閘首和空箱連接段組成。該工程地基基礎(chǔ)坐落在淤泥土層上，其地基承載力不能滿足要求，設(shè)計(jì)采用水泥攪拌法（粉噴樁）結(jié)合換填砂墊層處理。經(jīng)攪拌樁質(zhì)量檢測(cè)結(jié)果顯示，船閘閘首、外海側(cè)左右導(dǎo)航墻、上游側(cè)U型槽、內(nèi)海側(cè)翼墻、1、2、5、6空箱等部位（以下分別稱A、B、C、D、E、F、G、H、I區(qū)）攪拌樁的成樁質(zhì)量和長(zhǎng)度未達(dá)到設(shè)計(jì)要求，攪拌樁抽芯檢測(cè)結(jié)果不理想，有問(wèn)題的部位存在安全隱患，可能會(huì)導(dǎo)致沉降過(guò)大、受力不均、地基承載力不足及深層滑動(dòng)等問(wèn)題。

根據(jù)鉆孔揭示，工程區(qū)地層結(jié)構(gòu)由上及下分別為淤泥、粘土、中粗砂混淤泥、淤泥質(zhì)粘土、殘積土以及基巖。堤防及建筑物地基大多為軟土，場(chǎng)地土類型屬軟弱土，建筑場(chǎng)地類別為Ⅲ類，場(chǎng)地為對(duì)建筑抗震不利地段，淤泥及淤泥質(zhì)土?xí)l(fā)生震陷。根據(jù)含水的特征及地下水賦存條件、水力特征，區(qū)內(nèi)地下水可劃分為松散巖類孔隙水及基巖裂隙水。地下水位埋深0.3～0.5 m，地下水位高程0.0～0.5 m。地下水與河水水力聯(lián)系比較密切，豐水高潮位時(shí)河水補(bǔ)給地下水，枯水低潮位時(shí)地下水向河流排泄。

2 加固方案設(shè)計(jì)

（1）加固思路

先對(duì)成樁質(zhì)量和長(zhǎng)度滿足設(shè)計(jì)要求的非加固區(qū)域進(jìn)行沉降計(jì)算，作為擬加固區(qū)域加固處理后沉降設(shè)計(jì)的依據(jù)或條件，再根據(jù)攪拌樁的檢測(cè)結(jié)果、上部荷載等對(duì)擬加固區(qū)域進(jìn)行沉降計(jì)算，計(jì)算出和非加固區(qū)域沉降基本一致時(shí)，擬加固區(qū)原攪拌樁復(fù)合地基所承擔(dān)的荷載，總荷載減去原攪拌樁復(fù)合地基所承擔(dān)的荷載即為加固樁基要承擔(dān)的荷載；最后根據(jù)樁基要承擔(dān)的荷載、地質(zhì)條件、與非加固區(qū)域沉降協(xié)調(diào)等條件對(duì)加固樁基進(jìn)行設(shè)計(jì)。

（2）沉降、承載力計(jì)算復(fù)核分析及加固措施

I.攪拌樁合格區(qū)域復(fù)合地基沉降量的確定

以底下攪拌樁未檢測(cè)出有問(wèn)題的船閘閘首相鄰的3#、4#空箱基礎(chǔ)底板為例，計(jì)算其沉降。

各土層按分層總和法算出其沉降量：

式中：

S——地基最終沉降量（mm）；

——按分層總和法計(jì)算出的地基沉降量（mm）；

——沉降計(jì)算經(jīng)驗(yàn)系數(shù)；

n——地基沉降計(jì)算深度范圍內(nèi)所劃分的土層數(shù)；

——對(duì)應(yīng)于荷載效應(yīng)準(zhǔn)永久組合時(shí)的基礎(chǔ)底面附加壓力（kPa）；

——基礎(chǔ)底面下第i層土的壓縮模量（MPa）；

、——基礎(chǔ)底面至第i層土、第i-1層土底面的距離（m）；

、-1——基礎(chǔ)底面計(jì)算點(diǎn)至第i層土、第i-1層土底面范圍內(nèi)平均附加應(yīng)力系數(shù)。

已知，基礎(chǔ)板尺寸為20×40 m，基底荷載為81.1 kPa，根據(jù)地質(zhì)報(bào)告結(jié)合軟土處理工程經(jīng)驗(yàn)，淤泥、粘性土、砂質(zhì)粘性土及礫質(zhì)粘性土壓縮模量取值分別為1.81 MPa、15.0 MPa、25.0 MPa、25.0 MPa，攪拌樁樁身壓縮模量為100 MPa，則原設(shè)計(jì)方案在正常情況下攪拌樁復(fù)合地基沉降量為48.56 mm，約為50 mm。

考慮施工因素及成樁質(zhì)量因素，假定其實(shí)際沉降量為55 mm。

II.各擬加固區(qū)域攪拌樁復(fù)合地基承擔(dān)荷載的確定

由于上述A區(qū)等9個(gè)區(qū)域攪拌樁成樁未達(dá)規(guī)范要求，需對(duì)其進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)加固，擬采用補(bǔ)打管樁方案。同時(shí)考慮原有攪拌樁的作用，是荷載由管樁和攪拌樁復(fù)合地基共同承擔(dān)。根據(jù)上述計(jì)算方法，在攪拌樁復(fù)合地基在沉降達(dá)到55 mm時(shí)，上述各區(qū)域所能承擔(dān)荷載如表1所示。

III.各區(qū)域補(bǔ)強(qiáng)管樁承載力及沉降協(xié)調(diào)時(shí)承擔(dān)荷載值計(jì)算

管樁采用PHC-AB400（95）型管樁，管樁頂部與基礎(chǔ)底板之間設(shè)30 cm砂墊層，管樁沉降及承載力參照下式計(jì)算：

管樁沉降：

樁頂砂墊層壓縮量：

樁身壓縮量：

樁底持力層沉降量：

管樁承載力：

參照地質(zhì)報(bào)告，淤泥層、淤泥質(zhì)土、粘性土及殘積土層樁周摩阻力系數(shù)分別為8 kPa、14 kPa、33 kPa及45 kPa，殘積土層樁端阻力系數(shù)為2800 kPa。根據(jù)沉降公式，結(jié)合各區(qū)域的地質(zhì)情況，各區(qū)管樁的入持力層時(shí)其承載力及在沉降量約55 mm時(shí)所承擔(dān)的荷載如表2所示。

Ⅳ管樁補(bǔ)樁數(shù)計(jì)算及樁基實(shí)際沉降計(jì)算

根據(jù)每一區(qū)域復(fù)合地基承擔(dān)的荷載及每一管樁單樁所要承擔(dān)的荷載，計(jì)算出上述區(qū)域須補(bǔ)充的管樁數(shù)量，再根據(jù)補(bǔ)樁數(shù)計(jì)算加固后各區(qū)域樁基的沉降量，結(jié)果如表3所示。

由上述計(jì)算結(jié)果可以看出，加固后各區(qū)域樁承擔(dān)荷載在其承載范圍內(nèi)，符合要求，各加固區(qū)域樁基的沉降量在55 mm左右，沉降基本與原有攪拌樁基非加固區(qū)域的沉降基本協(xié)調(diào)。

（3）整體穩(wěn)定性計(jì)算復(fù)核分析及加固措施

I.加固前穩(wěn)定性計(jì)算

根據(jù)檢測(cè)結(jié)果，B區(qū)、C區(qū)、E區(qū)等三個(gè)區(qū)域攪拌樁成樁效果較差，需進(jìn)行區(qū)域穩(wěn)定性復(fù)核計(jì)算。通過(guò)計(jì)算，墻后填土到▽2.0 m時(shí)的整體穩(wěn)定安全系數(shù)低于填土到▽0.0 m時(shí)的安全系數(shù)，因此以填土到▽2.0 m的工況為控制工況。經(jīng)計(jì)算，以上三個(gè)區(qū)域整體穩(wěn)定安全系數(shù)分別為1.118、0.905及0.983，均小于1.15，未達(dá)到規(guī)范要求，需采取加固措施。endprint

II.加固措施

擬在B區(qū)墻后新增3排攪拌樁，間距為1.0 m×1.0 m，深度為10 m；C區(qū)墻后新增6排攪拌樁，間距為1.0 m×1.0 m，深度為10m；在E區(qū)新增L形（平面）的攪拌樁，間距為1.0 m×1.0 m，深度為10 m。加固后整體穩(wěn)定安全系數(shù)計(jì)算結(jié)果表明，采取加固措施后B區(qū)、C區(qū)及E區(qū)的整體穩(wěn)定安全系數(shù)分別為1.15，1.161及1.196，均滿足規(guī)范要求。

3 加固方案的調(diào)整及修正

（1）現(xiàn)場(chǎng)試樁及靜載試驗(yàn)情況

經(jīng)在G區(qū)、A區(qū)及C區(qū)做單樁靜載試驗(yàn)，以確定補(bǔ)打管樁的靜載P與沉降S實(shí)際關(guān)系曲線。管樁采用PHC-AB400（95）型管樁，施打方式為靜力壓樁。結(jié)果如下：

G區(qū)1#試驗(yàn)樁試打最大壓樁力為1041 kN，壓入樁長(zhǎng)為29.0 m；

A區(qū)2#試驗(yàn)樁試打最大壓樁力為1176 kN，壓入樁長(zhǎng)為28.5 m；

C區(qū)3#試驗(yàn)樁試打最大壓樁力為1221 kN，壓入樁長(zhǎng)為27.5 m。

從以上試驗(yàn)結(jié)果可以看出，當(dāng)壓樁力達(dá)到1041～1221 kN試，其壓入長(zhǎng)度為27.5～29.0 m，與上述計(jì)算結(jié)果稍有出入，原因是各區(qū)域地質(zhì)情況變化起伏較大，各樁穿越土層實(shí)際長(zhǎng)度與計(jì)算結(jié)果有差異。

對(duì)試驗(yàn)樁進(jìn)行單樁靜載荷試驗(yàn)，以確定其載荷P與沉降S的實(shí)際關(guān)系，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表4及圖1。

從以上試樁結(jié)果可以看到，當(dāng)各試樁承受荷載為900 kN時(shí)，其實(shí)際沉降量為4.3～10.0 mm，平均約8.0 mm。

（2）加固方案的修正

根據(jù)上述計(jì)算結(jié)果，基于對(duì)上部結(jié)構(gòu)受力均勻的考慮，對(duì)各區(qū)的補(bǔ)樁數(shù)量進(jìn)行調(diào)整，具體方案見(jiàn)表5。其中C區(qū)補(bǔ)樁數(shù)與原計(jì)算結(jié)果存在差異，原因是實(shí)際試樁發(fā)現(xiàn)該區(qū)域地質(zhì)情況差于地質(zhì)鉆孔NS4所揭露的地質(zhì)情況，因此對(duì)該區(qū)的地基沉降情況重新進(jìn)行復(fù)核。

3#空箱處增補(bǔ)9根管樁目的是讓其與上閘首處沉降保持相對(duì)協(xié)調(diào)，把可能出現(xiàn)的相對(duì)沉降差預(yù)留在3#、4#空箱交接處，以便于止水措施的處理。此外，B區(qū)、C區(qū)及E區(qū)由于外側(cè)有大量填土，因而在導(dǎo)航墻填土側(cè)增補(bǔ)一排管樁，以分擔(dān)填土的壓力，減少大面積填土對(duì)其沉降和穩(wěn)定的影響。

（3）加固方案的工作量

本方案的主要工程量是補(bǔ)打管樁和補(bǔ)打攪拌樁，其工程量為：補(bǔ)打管樁183根，平均長(zhǎng)約27 m，共施打4941 m；增加攪拌樁435根，每根長(zhǎng)10 m，共施打攪拌樁4350 m。

4 結(jié)語(yǔ)

經(jīng)補(bǔ)打管樁及攪拌樁聯(lián)合加固后，加固區(qū)域總體沉降可達(dá)到55 mm左右，與非加固區(qū)域的沉降基本相協(xié)調(diào)。該工程于2012年12月建成交付使用，截止至2013年底，運(yùn)行正常，沉降和不均勻沉降情況比較理想。

加固工程完成后，建議增加底板底壓力監(jiān)測(cè)，以了解攪拌樁及管樁各自真實(shí)的荷載分擔(dān)情況。同時(shí)，不同基礎(chǔ)形式之間仍可能存在不均勻沉降，建議加強(qiáng)不同基礎(chǔ)形式之間的止水處理措施，應(yīng)做好底板下砂墊層的防滲處理。本方案具有施工速度快，技術(shù)指標(biāo)可操作性強(qiáng)，加固效果明顯，在珠海地區(qū)水船閘軟基加固處理有較好的示范效果。

參考文獻(xiàn)

[1] 李兆勇.論水泥攪拌樁+PHC樁在淤泥軟土地基中的應(yīng)用[J].城市建設(shè)，2013（11）.

[2] 邵學(xué)富.PHC管樁單樁豎向承載力的確定方法[J].南通大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2007（4）.

[3] 苗金麗，王鳳梅，陳枝東.靜壓預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)混泥土管樁豎向承載力及沉降特性[J].施工技術(shù)，2008（S1）.endprint

II.加固措施

擬在B區(qū)墻后新增3排攪拌樁，間距為1.0 m×1.0 m，深度為10 m；C區(qū)墻后新增6排攪拌樁，間距為1.0 m×1.0 m，深度為10m；在E區(qū)新增L形（平面）的攪拌樁，間距為1.0 m×1.0 m，深度為10 m。加固后整體穩(wěn)定安全系數(shù)計(jì)算結(jié)果表明，采取加固措施后B區(qū)、C區(qū)及E區(qū)的整體穩(wěn)定安全系數(shù)分別為1.15，1.161及1.196，均滿足規(guī)范要求。

3 加固方案的調(diào)整及修正

（1）現(xiàn)場(chǎng)試樁及靜載試驗(yàn)情況

經(jīng)在G區(qū)、A區(qū)及C區(qū)做單樁靜載試驗(yàn)，以確定補(bǔ)打管樁的靜載P與沉降S實(shí)際關(guān)系曲線。管樁采用PHC-AB400（95）型管樁，施打方式為靜力壓樁。結(jié)果如下：

G區(qū)1#試驗(yàn)樁試打最大壓樁力為1041 kN，壓入樁長(zhǎng)為29.0 m；

A區(qū)2#試驗(yàn)樁試打最大壓樁力為1176 kN，壓入樁長(zhǎng)為28.5 m；

C區(qū)3#試驗(yàn)樁試打最大壓樁力為1221 kN，壓入樁長(zhǎng)為27.5 m。

從以上試驗(yàn)結(jié)果可以看出，當(dāng)壓樁力達(dá)到1041～1221 kN試，其壓入長(zhǎng)度為27.5～29.0 m，與上述計(jì)算結(jié)果稍有出入，原因是各區(qū)域地質(zhì)情況變化起伏較大，各樁穿越土層實(shí)際長(zhǎng)度與計(jì)算結(jié)果有差異。

對(duì)試驗(yàn)樁進(jìn)行單樁靜載荷試驗(yàn)，以確定其載荷P與沉降S的實(shí)際關(guān)系，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表4及圖1。

從以上試樁結(jié)果可以看到，當(dāng)各試樁承受荷載為900 kN時(shí)，其實(shí)際沉降量為4.3～10.0 mm，平均約8.0 mm。

（2）加固方案的修正

根據(jù)上述計(jì)算結(jié)果，基于對(duì)上部結(jié)構(gòu)受力均勻的考慮，對(duì)各區(qū)的補(bǔ)樁數(shù)量進(jìn)行調(diào)整，具體方案見(jiàn)表5。其中C區(qū)補(bǔ)樁數(shù)與原計(jì)算結(jié)果存在差異，原因是實(shí)際試樁發(fā)現(xiàn)該區(qū)域地質(zhì)情況差于地質(zhì)鉆孔NS4所揭露的地質(zhì)情況，因此對(duì)該區(qū)的地基沉降情況重新進(jìn)行復(fù)核。

3#空箱處增補(bǔ)9根管樁目的是讓其與上閘首處沉降保持相對(duì)協(xié)調(diào)，把可能出現(xiàn)的相對(duì)沉降差預(yù)留在3#、4#空箱交接處，以便于止水措施的處理。此外，B區(qū)、C區(qū)及E區(qū)由于外側(cè)有大量填土，因而在導(dǎo)航墻填土側(cè)增補(bǔ)一排管樁，以分擔(dān)填土的壓力，減少大面積填土對(duì)其沉降和穩(wěn)定的影響。

（3）加固方案的工作量

本方案的主要工程量是補(bǔ)打管樁和補(bǔ)打攪拌樁，其工程量為：補(bǔ)打管樁183根，平均長(zhǎng)約27 m，共施打4941 m；增加攪拌樁435根，每根長(zhǎng)10 m，共施打攪拌樁4350 m。

4 結(jié)語(yǔ)

經(jīng)補(bǔ)打管樁及攪拌樁聯(lián)合加固后，加固區(qū)域總體沉降可達(dá)到55 mm左右，與非加固區(qū)域的沉降基本相協(xié)調(diào)。該工程于2012年12月建成交付使用，截止至2013年底，運(yùn)行正常，沉降和不均勻沉降情況比較理想。

加固工程完成后，建議增加底板底壓力監(jiān)測(cè)，以了解攪拌樁及管樁各自真實(shí)的荷載分擔(dān)情況。同時(shí)，不同基礎(chǔ)形式之間仍可能存在不均勻沉降，建議加強(qiáng)不同基礎(chǔ)形式之間的止水處理措施，應(yīng)做好底板下砂墊層的防滲處理。本方案具有施工速度快，技術(shù)指標(biāo)可操作性強(qiáng)，加固效果明顯，在珠海地區(qū)水船閘軟基加固處理有較好的示范效果。

參考文獻(xiàn)

[1] 李兆勇.論水泥攪拌樁+PHC樁在淤泥軟土地基中的應(yīng)用[J].城市建設(shè)，2013（11）.

[2] 邵學(xué)富.PHC管樁單樁豎向承載力的確定方法[J].南通大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2007（4）.

[3] 苗金麗，王鳳梅，陳枝東.靜壓預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)混泥土管樁豎向承載力及沉降特性[J].施工技術(shù)，2008（S1）.endprint

II.加固措施

擬在B區(qū)墻后新增3排攪拌樁，間距為1.0 m×1.0 m，深度為10 m；C區(qū)墻后新增6排攪拌樁，間距為1.0 m×1.0 m，深度為10m；在E區(qū)新增L形（平面）的攪拌樁，間距為1.0 m×1.0 m，深度為10 m。加固后整體穩(wěn)定安全系數(shù)計(jì)算結(jié)果表明，采取加固措施后B區(qū)、C區(qū)及E區(qū)的整體穩(wěn)定安全系數(shù)分別為1.15，1.161及1.196，均滿足規(guī)范要求。

3 加固方案的調(diào)整及修正

（1）現(xiàn)場(chǎng)試樁及靜載試驗(yàn)情況

經(jīng)在G區(qū)、A區(qū)及C區(qū)做單樁靜載試驗(yàn)，以確定補(bǔ)打管樁的靜載P與沉降S實(shí)際關(guān)系曲線。管樁采用PHC-AB400（95）型管樁，施打方式為靜力壓樁。結(jié)果如下：

G區(qū)1#試驗(yàn)樁試打最大壓樁力為1041 kN，壓入樁長(zhǎng)為29.0 m；

A區(qū)2#試驗(yàn)樁試打最大壓樁力為1176 kN，壓入樁長(zhǎng)為28.5 m；

C區(qū)3#試驗(yàn)樁試打最大壓樁力為1221 kN，壓入樁長(zhǎng)為27.5 m。

從以上試驗(yàn)結(jié)果可以看出，當(dāng)壓樁力達(dá)到1041～1221 kN試，其壓入長(zhǎng)度為27.5～29.0 m，與上述計(jì)算結(jié)果稍有出入，原因是各區(qū)域地質(zhì)情況變化起伏較大，各樁穿越土層實(shí)際長(zhǎng)度與計(jì)算結(jié)果有差異。

對(duì)試驗(yàn)樁進(jìn)行單樁靜載荷試驗(yàn)，以確定其載荷P與沉降S的實(shí)際關(guān)系，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表4及圖1。

從以上試樁結(jié)果可以看到，當(dāng)各試樁承受荷載為900 kN時(shí)，其實(shí)際沉降量為4.3～10.0 mm，平均約8.0 mm。

（2）加固方案的修正

根據(jù)上述計(jì)算結(jié)果，基于對(duì)上部結(jié)構(gòu)受力均勻的考慮，對(duì)各區(qū)的補(bǔ)樁數(shù)量進(jìn)行調(diào)整，具體方案見(jiàn)表5。其中C區(qū)補(bǔ)樁數(shù)與原計(jì)算結(jié)果存在差異，原因是實(shí)際試樁發(fā)現(xiàn)該區(qū)域地質(zhì)情況差于地質(zhì)鉆孔NS4所揭露的地質(zhì)情況，因此對(duì)該區(qū)的地基沉降情況重新進(jìn)行復(fù)核。

3#空箱處增補(bǔ)9根管樁目的是讓其與上閘首處沉降保持相對(duì)協(xié)調(diào)，把可能出現(xiàn)的相對(duì)沉降差預(yù)留在3#、4#空箱交接處，以便于止水措施的處理。此外，B區(qū)、C區(qū)及E區(qū)由于外側(cè)有大量填土，因而在導(dǎo)航墻填土側(cè)增補(bǔ)一排管樁，以分擔(dān)填土的壓力，減少大面積填土對(duì)其沉降和穩(wěn)定的影響。

（3）加固方案的工作量

本方案的主要工程量是補(bǔ)打管樁和補(bǔ)打攪拌樁，其工程量為：補(bǔ)打管樁183根，平均長(zhǎng)約27 m，共施打4941 m；增加攪拌樁435根，每根長(zhǎng)10 m，共施打攪拌樁4350 m。

4 結(jié)語(yǔ)

經(jīng)補(bǔ)打管樁及攪拌樁聯(lián)合加固后，加固區(qū)域總體沉降可達(dá)到55 mm左右，與非加固區(qū)域的沉降基本相協(xié)調(diào)。該工程于2012年12月建成交付使用，截止至2013年底，運(yùn)行正常，沉降和不均勻沉降情況比較理想。

加固工程完成后，建議增加底板底壓力監(jiān)測(cè)，以了解攪拌樁及管樁各自真實(shí)的荷載分擔(dān)情況。同時(shí)，不同基礎(chǔ)形式之間仍可能存在不均勻沉降，建議加強(qiáng)不同基礎(chǔ)形式之間的止水處理措施，應(yīng)做好底板下砂墊層的防滲處理。本方案具有施工速度快，技術(shù)指標(biāo)可操作性強(qiáng)，加固效果明顯，在珠海地區(qū)水船閘軟基加固處理有較好的示范效果。

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