鉆孔灌注樁在蒙河治理工程中的應(yīng)用

王山峰

（臨沂市水利水電工程建設(shè)監(jiān)理中心，山東 臨沂 276000）

在蒙河河道治理過程中，需要新建較多的建筑物，軟土地基承載力較低且分布較廣，對軟土地基進(jìn)行處理尤為重要。地基加固處理方法眾多［1-4］，準(zhǔn)備選擇合適的加固措施，需要準(zhǔn)確獲取軟土地基地層分布情況和巖土體類型及特征［5-6］。本文結(jié)合蒙河地質(zhì)特征，對新建構(gòu)筑物地基加固處理方法及效果進(jìn)行分析。

1 工程概況

蒙河河道全長62.0km，流域面積634km2，流域成扇狀分布。其中沂南縣境內(nèi)河道長37km，流域面積305.4km2，河口寬200～400m，干流平均坡度1.14%。

本次治理工程位于臨沂市李官鎮(zhèn)境內(nèi)，治理范圍為蒙河的下游段右岸，即蒙河大橋—蘭山區(qū)—沂南縣縣界（中泓樁號K5+450～K10+040），治理河段長4.59km，右岸長4.954km（K右0+000～K右4+954）。 防洪標(biāo)準(zhǔn)為20年一遇（P=5%）。

本次主要治理右岸防洪堤工程長4.71km，鋪設(shè)防汛道路長4.71km，險工護(hù)砌工程1處，總長0.31km，新建穿堤管涵5座，橋梁3座，上堤坡道15條。

2 地基巖土體特征

新建橋梁位于蒙河右堤樁號0+860處，寬6.0m，跨徑13.0m?，F(xiàn)狀該處支流主河槽寬30m，左右岸灘地局部僅存0.50m，灘地高程85.71～86.20m，朝外為階地，階地頂高程88.61～89.79m。地層自上而下分別論述：

2.1 壤土

呈褐黃色，為可塑～硬可塑狀態(tài)，局部夾含鐵猛線。層厚2.80m，該層層底高程89.24m，主要分布于擬建場地蒙河右岸。

2.2 砂壤土

褐黃～黃褐色，稍密，局部含少量粉砂。層厚2.40～3.40m，該層層底高程85.84～88.60m，分布于蒙河兩岸。

2.3 中粗砂

黃褐色，松散～稍密，干～飽和，主要成分為石英、長石。層厚3.30～3.50m，層底高程82.54～85.10m，分布于蒙河兩岸。

2.4 礫質(zhì)粗砂

黃褐色，稍密～中密，濕～飽和，主要成分為石英、長石。層厚0.40m，層底高程84.70m，分布于擬建場地蒙河左岸。

2.5 灰?guī)r

弱風(fēng)化，塊狀構(gòu)造，中厚層狀結(jié)構(gòu)，溶蝕裂隙一般發(fā)育，充填方解石，巖芯呈短柱、長柱狀，錘擊聲脆。該層未穿透，最大揭露厚度4.70m，分布于整個場地。

3 鉆孔灌注樁加固機(jī)理及施工工藝

3.1 加固機(jī)理

鉆孔灌注樁在碎石土地層處理中較為常用，通過高壓將水泥漿液由鋼管壓入地層中。在高壓作用下，水泥漿液在結(jié)構(gòu)松散的地層中擴(kuò)散，水平方向擴(kuò)散增加了鉆孔灌注樁的直徑，豎向擴(kuò)散增長了灌注樁的長度，隨著漿液與原本松散的碎石層膠結(jié)、固結(jié)，從而形成整體性質(zhì)較好、強(qiáng)度較高的復(fù)合地基，提高地基承載力。

3.2 施工工藝

鉆孔灌注樁采用泥漿護(hù)壁鉆進(jìn)和水下澆筑混凝土施工工藝。鉆孔灌注樁施工工序如圖1。

鉆孔過程中，泥漿質(zhì)量直接影響到鉆孔孔壁的穩(wěn)定性，從而間接影響到鉆進(jìn)速度和混凝土澆筑質(zhì)量。需在現(xiàn)場結(jié)合地層分布特征、鉆機(jī)鉆進(jìn)性能等因素進(jìn)行護(hù)壁泥漿的配比試驗，保證在鉆進(jìn)過程中孔壁具有相對可靠的穩(wěn)定性。泥漿具備黏度高、固相低及不分散的特點，選用PHP泥漿可滿足要求。

圖1 施工工序

4 加固效果數(shù)值模擬分析

4.1 數(shù)值模擬模型建立

采用數(shù)值模擬方法對鉆孔灌注樁的加固效果進(jìn)行研究。根據(jù)承載力強(qiáng)度特征將地層分為壤土層、砂壤土+中粗砂層、礫質(zhì)粗砂層、灰?guī)r層4層。根據(jù)設(shè)計長度建立樁長（10～15m，以10.0m為例），樁端持力層為灰?guī)r層。使用FLAC3D軟件進(jìn)行數(shù)值模擬分析，如圖2。

圖2 數(shù)值模擬模型

4.2 側(cè)向位移分析

在鉆孔灌注樁中間部位不同深度設(shè)計監(jiān)測點，監(jiān)測樁間土的側(cè)向變形，結(jié)果如圖3。

圖3 不同埋深樁間土側(cè)向位移

由圖3可知，在地面以下2.8m處側(cè)向變形最大為15.4mm，此處為壤土和砂壤土分界處，由于壤土強(qiáng)度較低，因此變形量最大。通過模擬主體工程施工過程，側(cè)向位移的發(fā)生是由上至下依次發(fā)生的，最大側(cè)向位移不大于20.0m，可滿足工程設(shè)計要求，鉆孔灌注樁控制側(cè)向變形效果較好。

4.3 沉降量分析

通過數(shù)值模擬結(jié)果，分析鉆孔灌注樁和樁間土的沉降變形響應(yīng)，監(jiān)測結(jié)果如圖4。

圖4 樁土沉降監(jiān)測結(jié)果

由圖4可知，在主體施工的初始階段，鉆孔灌注樁和樁間土沉降變形量基本一致，當(dāng)沉降變形達(dá)5.0mm時，地基上覆荷載增大，此時，樁間土沉降量迅速增大，且增加速率大于鉆孔灌注樁沉降增加速率，直至主體工程施工完成后，短時間內(nèi)沉降差值達(dá)到最大值，此后，隨著上覆荷載的穩(wěn)定，樁間土與鉆孔灌注樁的變形逐漸趨于協(xié)調(diào)，兩者差值逐漸降低，鉆孔灌注樁與樁間土共同承擔(dān)上覆荷載。

4.4 樁土應(yīng)力比分析

鉆孔灌注樁與樁間土所受荷載的比值即為樁土應(yīng)力比，如圖5。

在工程建設(shè)初期，上覆荷載較小，處于樁間土承載力范圍內(nèi)，此時，鉆孔灌注樁與樁間土之間的應(yīng)力比較小，隨著主體工程的施工，荷載逐漸增大，樁土應(yīng)力比逐漸增大，最大值為1.82，樁土沉降差值也在此時達(dá)到最大值 （主體工程完工后短時間內(nèi)達(dá)到最大值），之后上覆荷載的穩(wěn)定后，樁土沉降差值趨于一致，樁間土固結(jié)承載力提高，樁土之間的應(yīng)力比又逐漸降低，直至達(dá)到穩(wěn)定。

圖5 樁土應(yīng)力比

5 結(jié)語

（1）鉆孔灌注樁是處理砂土地基的一種常用樁基類型，利用水泥漿液將松散碎石土凝結(jié)形成強(qiáng)度較高的復(fù)合地基，從而滿足承載力要求。

（2）結(jié)合工程新建構(gòu)筑物特點，使用FLAC軟件進(jìn)行加固效果分析，使用鉆孔灌注樁對樁間側(cè)向位移及地基沉降等變形具有較好的控制作用，當(dāng)主體工程施工完成后，隨著外加荷載的穩(wěn)定，樁土應(yīng)力比逐漸縮小，樁土變形達(dá)到協(xié)調(diào)。