深厚淤泥土上管樁與塑性混凝土增強型復(fù)合地基施工技術(shù)研究與應(yīng)用

(安徽水安建設(shè)集團股份有限公司，安徽 合肥 230601)

塑性混凝土是一種彈性模量低、極限變形大的特殊混凝土，多運用于地下防滲墻工程。褥墊層是一種設(shè)置在豎向承載攪拌樁復(fù)合地基的基礎(chǔ)與樁之間的級配砂石墊層，主要解決地基不均勻沉降問題，減少基礎(chǔ)底面的應(yīng)力集中現(xiàn)象。

在深厚淤泥基礎(chǔ)工程中，采用水上沉超長無拼接PHC管樁樁基處理，管樁運輸方便、施工效率高、汛期施工可節(jié)約工期。樁間淤泥的處理，使用塑性混凝土作為PHC管樁與閘室底板之間的褥墊層，既可以很好地解決樁基與樁間土的承載問題，又可以解決閘室底板的抗?jié)B問題。

本文以安徽省裕溪河除險加固工程為例，對深厚淤泥土上管樁與塑性混凝土增強型復(fù)合地基施工進(jìn)行研究與應(yīng)用，為大中型水利工程中水工建筑物深厚淤泥土地基處理提供借鑒。

1 技術(shù)原理

a.管樁采用水上沉超長無拼接PHC管樁，并采用船載GPS和陸上全站儀雙向定位，保證沉樁的質(zhì)量和精準(zhǔn)定位。

c.塑性混凝土中，摻入大量的鈣基膨潤土，能有效地降低塑性混凝土的彈性模量，提高抗變形能力，改善褥墊層的應(yīng)力狀態(tài)；又解決了鈣基膨潤土隨意堆放帶來的環(huán)境污染問題。

2 工程實例

2.1 工程概況

裕溪閘水利樞紐位于安徽省巢湖流域裕溪河入長江口4km處，是無為大堤上的大型水利工程，與巢湖閘組成巢湖、裕溪河梯級水利樞紐。新建節(jié)制閘閘室為胸墻式結(jié)構(gòu)，共14孔，單孔凈寬8m，總凈寬112m。水閘底檻高程3.0m，胸墻底高程10.0m，閘頂高程14.5m，閘室順?biāo)鞣较蜷L18m，閘室總寬度為134.4m。

工程地質(zhì)基礎(chǔ)為深厚淤泥，采用水上沉大直徑PHC管樁樁基進(jìn)行處理。

2.2 施工工藝流程

塑性混凝土作為褥墊層施工工藝流程見圖1。

圖1 塑性混凝土褥墊層施工工藝流程

2.3 施工操作要點

2.3.1 水上沉PHC管樁施工

采用水上PHC樁錘擊法沉樁的施工方法，利用樁錘下落時的瞬時沖擊機械能，克服土體對樁的阻力，使其靜力平衡狀態(tài)遭到破壞，導(dǎo)致樁體下沉，達(dá)到新的靜壓平衡狀態(tài)，反復(fù)錘擊樁頭，致使樁身不斷下沉。

2016年實施的短軌枕改造施工，按照原設(shè)計方案將線路分解為有縫線路后進(jìn)行短軌枕更換，施工期間跨越7～8月份高溫季節(jié)。從記錄的施工軌溫來看，分解無縫線路時最高軌溫為 27℃(可將該溫度視為ts)。在高溫施工期間，為防止凍結(jié)夾板松卸后，因鋼軌膨脹無法安裝恢復(fù)凍結(jié)夾板，因此在施工過程中，選擇在未拆卸凍結(jié)夾板的情況下進(jìn)行短軌枕更換作業(yè)(可視為無縫線路狀態(tài))，記錄的當(dāng)日最高施工軌溫為 36℃，但未發(fā)生脹軌情況。即Δt=36℃-27℃=9℃，施工期間未發(fā)生脹軌現(xiàn)象。

該工程中采用的PHC樁最長為35m，采用水上打樁，利用打樁船可以整根無拼接一次性打入，確保了沉樁質(zhì)量。

樁基定位，先用船載GPS對沉樁位置進(jìn)行定位，待樁基定位結(jié)束后，沉樁過程中，再利用陸上全站儀對樁基位置進(jìn)行復(fù)核，如有偏差，及時調(diào)整，確保沉樁精確定位。

2.3.2 基坑排水清淤

圍堰填筑后，將基坑內(nèi)水抽排。為避免清淤對樁基的擾動，禁止大型土方設(shè)備在樁基上作業(yè)，故采用泥漿泵吹填的方式對閘基進(jìn)行清淤，清淤基面達(dá)到設(shè)計標(biāo)高。

2.3.3 PHC管樁樁頭處理

首先人工清除管樁內(nèi)淤泥，再按設(shè)計標(biāo)高要求，切除超高的樁頭。按設(shè)計圖紙制作鋼筋籠子，安裝完畢后，澆筑封頭混凝土。

2.3.4 塑性混凝土模板制安

為防止塑性混凝土開裂，在塑性混凝土表層布置一層鋼筋網(wǎng)片。鋼筋網(wǎng)片與管樁有交叉時，切斷鋼筋，并按圖紙要求，進(jìn)行模板制安。

2.3.5 塑性混凝土配制

塑性混凝土配合比見表1。

表1 塑性混凝土配合比 單位：kg/m3

嚴(yán)格按照配合比計量配料，確保稱量在允許偏差內(nèi)。

投料嚴(yán)格按規(guī)定程序投放，確?；炷翑嚢栀|(zhì)量。

2.3.6 塑性混凝土澆筑

由于塑性混凝土屬于高流動度混凝土，為防止混凝土隨意流淌，影響混凝土的均勻性。采用汽車泵澆筑，由人員控制，均勻布料，倉面人員平倉。

混凝土采用分層分塊澆筑，本工程中塑性混凝土厚度為1.5m，分兩層施工，下層厚度為0.9m，上層為0.6m，下層塑性墊層和樁土之間構(gòu)成增強型復(fù)合地基，分兩層澆筑，可避免有害的不均勻沉降和塑性混凝土裂縫。

塑性混凝土采用兩次收光。即澆筑至高程后，用3m直尺刮平，再用鐵板收光。等到初凝前1～2h，再收第二遍光。防止出現(xiàn)塑性裂縫。

2.3.7 塑性混凝土的養(yǎng)護(hù)

8h后，敷蓋土工布，灑水養(yǎng)護(hù)，保證塑性混凝土保持濕潤。

3 效益分析

3.1 經(jīng)濟效益

3.1.1 水上沉PHC管樁施工經(jīng)濟效益分析

本工程超長樁的最大長度為35m，如果采用陸路運輸，不能運輸整根樁，需將PHC樁分段運輸至現(xiàn)場，并且現(xiàn)場接樁，而本技術(shù)采用水上沉超長無拼接PHC管樁，直接船運至現(xiàn)場，不需要接樁，降低施工成本。

僅以節(jié)省一期圍堰的填筑與拆除費用作為經(jīng)濟效益分析如下：

a.圍堰填筑費用：4萬m3×105元/m3=420萬元。

b.圍堰拆除費用：4萬m3×15元/m3=60萬元。

c.節(jié)省費用總計：420+60=480萬元。

3.1.2 塑性混凝土施工經(jīng)濟效益分析

碎石褥墊層不具備抗?jié)B能力，要提高抗?jié)B性，需對樁間土進(jìn)行換填或采用粉噴樁，提高其抗?jié)B性能；換填會對PHC管樁產(chǎn)生擾動，采用粉噴樁，施工工序復(fù)雜，成本高。采用塑性混凝土作為褥墊層，工序簡單，施工方便，成本低。經(jīng)計算，采用粉噴樁需241.92萬元，而采用塑性混凝土作為褥墊層僅需120.96萬元，可節(jié)約成本近50%。

3.1.3 總經(jīng)濟效益

綜合考慮水上沉PHC管樁施工和塑性混凝土施工，共計可節(jié)省投資成本600.96萬元。

3.2 社會效益

該技術(shù)直接在水上打樁，無須填筑圍堰，對河道周邊環(huán)境幾乎無影響，環(huán)保并且節(jié)約資源，能大大縮短工期，提高施工效率。

塑性混凝土中采用的鈣基膨潤土如果隨意堆放，將對周邊土壤對造成污染。而在塑性混凝土中添加大量的鈣基膨潤土，既可以提高混凝土的抗變形能力和抗?jié)B性，提高施工效率，又可以解決鈣基膨潤土對環(huán)境的污染問題，社會效益顯著。

4 結(jié)論及建議

塑性混凝土作為褥墊層，首次應(yīng)用于閘室基礎(chǔ)處理，施工中要保證塑性混凝土的指標(biāo)參數(shù)滿足設(shè)計對其低彈性模量和高抗?jié)B等性能的要求，通過現(xiàn)場配合比的試驗驗證，選取最優(yōu)配合比，并在施工過程中，分層分塊施工，避免在深厚淤泥復(fù)合地基出現(xiàn)樁土有害不均勻沉降和塑性混凝土開裂現(xiàn)象。

工程中管樁與塑性混凝土構(gòu)成復(fù)合型地基，增強了閘基的地基承載力，既解決了樁基與樁間土的承載問題，又解決了閘室底板的抗?jié)B問題。該技術(shù)提高了施工效率，降低了施工成本，可供類似工程參考。