水下預(yù)制樁復(fù)合地基在重力式碼頭地基處理中的應(yīng)用

張銘強(qiáng) 江平 徐小梅

摘 要：本文以浙江某重力式碼頭為例，介紹水下預(yù)制樁復(fù)合地基在重力式碼頭地基處理中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：水下預(yù)制樁復(fù)合地基;地基處理;重力式碼頭

中圖分類號(hào)：U656.1+11? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1006—7973（2021）04-0134-03

預(yù)制樁復(fù)合地基以摩擦型或端承型剛性樁作為豎向增強(qiáng)體的復(fù)合地基，如鋼筋混凝土樁、預(yù)應(yīng)力管樁、預(yù)應(yīng)力方樁等。預(yù)制樁復(fù)合地基通過(guò)設(shè)置樁帽、控制樁間距和回填土厚度來(lái)調(diào)節(jié)樁土荷載分擔(dān)比，形成“土拱效應(yīng)”，可有效增加樁體承擔(dān)荷載的比例，發(fā)揮樁的承載能力，有效減少?gòu)?fù)合地基的沉降。目前預(yù)制樁復(fù)合地基樁帽結(jié)構(gòu)主要采用現(xiàn)澆混凝土，但現(xiàn)澆樁帽需要干地施工，為了將預(yù)制樁復(fù)合地基應(yīng)用于水下，擬以水下水泥攪拌體樁帽結(jié)構(gòu)代替干地現(xiàn)澆混凝土樁帽，充分利用水泥攪拌體可水下施工和水泥攪拌體與預(yù)制樁之間的耦合連接，承擔(dān)上部荷載，提高地基承載力，有效控制地基工后沉降。本文結(jié)合浙江省岱山縣大衢漁港擴(kuò)建工程，介紹水下預(yù)制樁復(fù)合地基在重力式碼頭地基處理中的應(yīng)用。

1工程概況

浙江省岱山縣大衢漁港擴(kuò)建工程按600HP漁船為設(shè)計(jì)船型進(jìn)行設(shè)計(jì)，碼頭結(jié)構(gòu)采用重力式，碼頭采用拋石基床，碼頭下部結(jié)構(gòu)采用C30預(yù)制方塊，碼頭上部結(jié)構(gòu)采用C30現(xiàn)澆塊石混凝土結(jié)構(gòu)，碼頭典型斷面如圖1所示。設(shè)計(jì)高水位1.95m（85國(guó)家高程系，下同），設(shè)計(jì)低水位-1.75m。

工程區(qū)域?qū)儆谲浲恋刭|(zhì)，地基原始承載力無(wú)法滿足重力式碼頭結(jié)構(gòu)，須進(jìn)行地基處理，碼頭地基處理采用水下預(yù)制樁復(fù)合地基，樁基采用浙江省建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)圖集《機(jī)械連接先張法預(yù)應(yīng)力混凝土竹節(jié)樁》（2016浙G32）附錄中的”400-370-60-A”型，每根樁包含接樁和a型-開(kāi)口型鋼樁尖，樁長(zhǎng)25m左右。

2工程地質(zhì)

參照工程勘察報(bào)告，本工程區(qū)域地層具體如下：

第（②）層：淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土（Q42+3m），層厚1.50～23.30米，層頂埋深0.00～0.00米，層底標(biāo)高-26.60～-3.20米。灰色，飽和，流塑，高壓縮性，韌性中等，干強(qiáng)度中等，含少量貝殼碎片和腐殖質(zhì)，局部含少量粉細(xì)砂團(tuán)塊，搖震反應(yīng)慢，切面無(wú)光澤。

第（④1）層：粉質(zhì)粘土（Q32-2al+l），層厚0.40～7.80米，層頂埋深11.20～22.90米，層底標(biāo)高-30.60～-16.30米?；尹S～青灰色，可塑，局部硬塑，中偏低壓縮性，斷面可見(jiàn)鐵錳質(zhì)氧化物和黃褐色斑塊，干強(qiáng)度中等，韌性中等。局部含少量礫砂。

第（④2）層：粘土（Q32-2m），層厚2.20～10.70米，層頂埋深18.20～21.80米，層底標(biāo)高-34.50～-22.70米?；疑?、青灰色、灰黃色，軟～可塑，中等壓縮性，粘粒含量較高，切面光滑，干強(qiáng)偏高，韌性強(qiáng)。

第（⑤1）層：粉質(zhì)粘土（Q32-1al+l），層厚1.90～18.00米，層頂埋深13.00～32.50米，層底標(biāo)高-42.50～-19.10米。青灰色，可塑，局部硬塑，中偏低壓縮性，斷面可見(jiàn)鐵錳質(zhì)氧化物和黃褐色斑塊，干強(qiáng)度中等，韌性中等。局部含少量碎石。

淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土層，飽和，流塑，下部軟塑，高壓縮性，韌性中等，干強(qiáng)度中等，該兩層物理力學(xué)性質(zhì)極差，不能做基礎(chǔ)持力層。粉質(zhì)粘土層，物理力學(xué)性質(zhì)較好，可以做基礎(chǔ)持力層。

3碼頭地基處理設(shè)計(jì)

3.1 地基處理設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

（1）地基承載力不小于120kPa;

（2）工后沉降不超過(guò)10cm。

3.2 地基處理設(shè)計(jì)

根據(jù)工程區(qū)域的地質(zhì)條件和設(shè)計(jì)承載力，樁長(zhǎng)以穿透軟土層為控制標(biāo)準(zhǔn)，梅花形布置，間距2.5m，樁基布置如圖2所示;為了將上部荷載有效地分配到管樁上，樁頂設(shè)置直徑1.2m，高度2.0m水泥攪拌體樁帽竹節(jié)樁嵌入樁帽1.0～1.5m，樁基樁帽耦合如圖3所示，樁帽上部鋪設(shè)一層鋼塑土工格柵以調(diào)整樁土間的荷載分擔(dān)比。

4碼頭地基處理施工

施工工藝流程：測(cè)量定位—攪拌機(jī)（船機(jī)）就位—噴漿下沉—施工下部樁體—提升攪拌—伸展葉片—切土下沉—提升攪拌—樁帽完成—插入預(yù)制樁。

4.1 樁帽施工及質(zhì)量檢驗(yàn)

（1）原材料、外加劑及水灰比：水泥土攪拌體樁帽固化劑42.5的硅酸鹽水泥，摻量為18%，同時(shí)外摻石膏和木質(zhì)素磺酸鈣，摻量分別為水泥用量的2% 和0.2%;水泥漿液的水灰比應(yīng)控制在0.45～0.5范圍內(nèi)。

（2）強(qiáng)度要求：試樁在達(dá)到28d齡期后應(yīng)全部進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)和取芯進(jìn)行室內(nèi)無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度測(cè)試，要求標(biāo)貫擊數(shù)N63.5>20;無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度不小于1.0MPa。

（3）樁帽質(zhì)量控制：貫穿在施工的全過(guò)程，檢查重點(diǎn)是水泥用量、樁帽長(zhǎng)、攪拌頭轉(zhuǎn)數(shù)和提升速度、復(fù)攪次數(shù)和復(fù)攪深度、停漿處理方法等。

（4）樁帽施工質(zhì)量檢驗(yàn)：成樁3d內(nèi)，可用輕型動(dòng)力觸探（N10）檢查每米樁身的均勻性，檢驗(yàn)數(shù)量為施工總樁數(shù)的1%;成樁28d后，用雙管單動(dòng)取樣器鉆取芯樣做抗壓強(qiáng)度檢驗(yàn)，檢驗(yàn)數(shù)量為施工總樁數(shù)的0.5%。

4.2 機(jī)械連接先張法預(yù)應(yīng)力混凝土竹節(jié)樁施工及質(zhì)量檢驗(yàn)

水泥攪拌樁帽施工完成后，采用靜壓法打入預(yù)制樁，使預(yù)制樁與水泥攪拌體樁帽耦合連接。

機(jī)械連接先張法預(yù)應(yīng)力混凝土竹節(jié)樁沉樁施工步驟：

（1）沉樁時(shí)必須固定端大螺帽朝上，張拉端小螺帽朝下，不得混淆。

（2）預(yù)應(yīng)力混凝土竹節(jié)樁的混凝土必須達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度及齡期（常壓養(yǎng)護(hù)28d或蒸壓養(yǎng)護(hù)1d，常壓養(yǎng)護(hù)14d）后方可沉樁。

（3）預(yù)應(yīng)力混凝土竹節(jié)樁起吊垂直度在80度以內(nèi)時(shí)嚴(yán)禁單點(diǎn)拖拉。

（4）第一節(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土竹節(jié)樁插入地面時(shí)的垂直度偏差不得超過(guò)0.5%，與第二節(jié)以上的預(yù)應(yīng)力混凝土竹節(jié)樁、樁錘、樁帽或送樁器應(yīng)與樁身在同一中心線上。

（5）禁止采用將上下節(jié)樁軸線形成夾角的方法調(diào)整上節(jié)樁的垂直度。

（6）沉樁過(guò)程中應(yīng)經(jīng)常觀測(cè)樁身的垂直度，若樁身垂直度偏差超過(guò)0.5%時(shí)，應(yīng)找出原因并設(shè)法糾正;嚴(yán)禁用移動(dòng)樁架等強(qiáng)行回扳的方法糾偏。

（7）每一節(jié)樁應(yīng)一次性連續(xù)打（壓）到底，接樁、送樁應(yīng)連續(xù)進(jìn)行，盡量減少中間停歇時(shí)間。

（8）沉樁過(guò)程中，出現(xiàn)貫入度反常、樁身傾斜、位移、樁身或樁頂破損等異常情況時(shí)，應(yīng)停止沉樁，待查明原因并進(jìn)行必要的處理后，方可繼續(xù)施工。

（9）沉樁宜采用靜壓法，頂壓式，樁帽或送樁器之間應(yīng)加設(shè)彈性襯墊，沉樁按標(biāo)高控制。

5結(jié)語(yǔ)

本文提出了一種應(yīng)用于水下預(yù)制樁復(fù)合地基的耦合式樁帽結(jié)構(gòu)，包括水下打設(shè)水泥攪拌體樁帽、水上打設(shè)預(yù)制樁、預(yù)制樁與水泥攪拌體樁帽的耦合連接，其特征在于：擬以水下水泥攪拌體樁帽結(jié)構(gòu)代替干地現(xiàn)澆混凝土樁帽，充分利用水泥攪拌體可水下施工，無(wú)需臨時(shí)圍堰和止水帷幕的優(yōu)點(diǎn)，達(dá)到降低成本，縮短施工周期的目的。通過(guò)采用應(yīng)用于水下預(yù)制樁復(fù)合地基的耦合式樁帽結(jié)構(gòu)，大大拓寬預(yù)制樁復(fù)合地基的水下應(yīng)用范圍，實(shí)現(xiàn)無(wú)圍堰、無(wú)止水、無(wú)降水施工;提高了工程安全性，并節(jié)約了工程投資。

參考文獻(xiàn)：

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[4]龔曉南.地基處理手冊(cè)（第三版）[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2008.

本研究由浙江省交通運(yùn)輸廳科研計(jì)劃項(xiàng)目（2018016）資助。