軟土地基處理中素混凝土樁復合地基的運用研究

葉忠志

（海洋石油工程股份有限公司，天津300451）

1 引言

素混凝土樁復合地基從構成上來看是素樁、樁間土以及褥墊層的三元結構，地基承受的荷載會經過褥墊層傳遞至樁間土和樁體，樁體會將所受荷載傳遞至地基深部持力層，樁間土所受荷載則會持續(xù)向下傳遞至一定深度。素混凝土樁復合地基結構具備較高的承載力，能夠承受較大的上部荷載，可有效保持地基穩(wěn)定性。基于這兩方面的特點，素混凝土樁復合地基在處理軟土地基方面具有明顯優(yōu)勢。

2 項目概況

某道路工程為城市次干道，全長1.26 km，道路設計寬度為40 m，為雙向四車道，設計行駛速度為40 km/h，路面采用瀝青混凝土路面。項目所處區(qū)域分布有軟弱土，地層主要由淤泥、雜填土、淤泥質土、粉質黏土、卵石、砂質黏性土、風化花崗巖以及砂土狀風化花崗巖構成。地層整體上表現為水平方向較為均勻，垂直方向上不均勻，地基整體穩(wěn)定性一般。地下水主要集中在雜填土層與風化巖層，其中，雜填土層地下水多為上層滯水，水量較小，主要受大氣降水以及地表滲水影響，排泄方式主要是蒸發(fā)以及部分下滲。風化巖層地下水主要是裂隙水、孔隙水，多集中在強風化、微風化花崗巖構造裂隙中。根據現場勘測結果顯示，該區(qū)域地下水全年變化幅度約為2.0 m。

3 軟土地基處理方案

綜合本項目實際情況以及多種軟土地基處理方式的整體效益，擬定在本項目中采用素混凝土樁復合地基處理方式。素混凝土樁按照正方形布置，樁身設計強度為C15，材料要求如下：碎石粒徑為20～30 mm，石屑粒徑為2～10 mm，二者均要求雜質含量不超過5%；水泥選用普通硅酸鹽水泥，要求無結塊、變質等情況；混凝土配合比中適當增加細砂與水泥代替粉煤灰，以改善混凝土和易性；混凝土攪拌時間不低于2 min，抗壓強度要求不低于6.9 MPa，密度不低于20 kg/m3，坍落度控制在3～5 cm以內。素混凝土樁復合地基其他關鍵參數設計如下。

3.1 樁徑、樁長

本項目中，鉆孔施工采用的是長螺旋鉆機，螺旋葉片直徑為400 mm，因此，本項目中素混凝土樁徑設計為400 mm。根據勘察報告中提供的土層分布情況和土的物理力學性質，細砂層的樁端阻力特征值為1 000 kPa，強度足夠大且足以避免過大沉降，故將細砂層確定為樁端持力層，并將樁打入持力層2 m以上。所以，設計素混凝土樁樁長為16.5 m。

3.2 樁間距

綜合考慮本項目實際情況以及樁間土體形狀等因素，認為樁間距不宜太小，而一般情況下，樁間距控制在3～4倍樁徑，本項目中設計樁徑400 mm，因此，設計樁間距為1 500 mm。

3.3 褥墊層

褥墊層施工材料多采用碎石、粗砂或中砂，不宜使用卵石，否則可能導致褥墊層厚度不一[1]。本項目褥墊層施工材料選用粒徑為1.2～4.0 mm的碎石，整個褥墊層砂含量不低于30%，碎石含量不低于70%。根據計算褥墊層厚度應在258～571 mm，本項目取50 mm。

4 素混凝土樁復合地基施工

4.1 準備環(huán)節(jié)

4.1.1 施工場地準備

施工場地準備工作如下：

1）需要對施工場地進行平整清理，包括垃圾、障礙物以及含有植物根莖的土壤，確保施工場地平整度以及清潔度達到要求；

2）需要對施工場地范圍內的地下管網以及構筑物進行標記，以便在施工過程中進行避讓；

3）需要做好測量放線工作，準確標注樁位，并在施工前進行復核。

4.1.2 材料、機械準備

材料主要包括水泥、骨料、石屑、砂、粉煤灰、外摻劑，其中，水泥采用R32.5普通硅酸鹽水泥；骨料選用機碎石，粒徑為8～25 mm，要求雜質含量不超過5%；砂選用粗砂和中砂，要求含泥量不超過5%；石屑選用機碎石，粒徑在2～10 mm，要求雜質含量不超過5%；粉煤灰要求符合GB 1596—2017《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》中相關規(guī)定；外摻劑主要是泵送劑。

施工機械設備包括混凝土輸送泵、混凝土攪拌機、強制式雙渦軸以及步履式長螺旋鉆機，具體見表1。

表1 機械設備配置表

4.2 施工環(huán)節(jié)

4.2.1 試樁

試樁的主要目的是檢驗素混凝土樁質量以及素混凝土樁復合地基的承載力是否符合項目設計標準。本項目素混凝土樁施工采用的是孔內泵壓方式，要求試樁數量不少于4根。試樁過程中要求全程監(jiān)測樁身、樁間土以及褥墊層形變以及應力變化情況，試樁完成確認符合項目設計標準后方可進行正式施工[2]。本項目試樁環(huán)節(jié)，樁身質量、復合地基承載力均符合項目要求，試樁過程中樁身、樁間土以及褥墊層形變以及應力變化均在正常范圍內，符合施工要求。

4.2.2 施工工藝

素混凝土樁復合地基施工工藝：

1）樁機就位、調平。平整、清理完施工場地后，將鉆機就位并進行調平、固定處理。

2）鉆孔。按照事先標注的樁位開始鉆孔，當樁頭觸及地面時啟動鉆機開始施工。

3）混凝土拌和、運輸。采用強制式雙渦軸混凝土攪拌機集中拌和混凝土，嚴格按照設計混凝土配合比配料，攪拌時間不少于2 min；混凝土拌和好由運輸車運送到施工現場。

4）拔管、壓灌混凝土。靜力夯擴撲：樁機鉆至設計標高后，停止壓進，提拔樁機20～30 cm后開始泵送混合料灌注，當樁頭中孔充滿混合料后，開始提升樁頭，壓灌混合料。

5）樁機移位。單個素混凝土樁施工完成后樁機移位，開始下一步施工。

6）清理樁間土、鑿除樁頭。監(jiān)測素混凝土樁樁身強度達到設計強度的70%以上后，開始清除樁間土，清理完成后采用電鎬將樁頭鑿平，確保與設計標高一致。

7）樁身檢測。對樁頂進行打磨處理，確認樁頂平整度符合要求后，采用低應變法檢測樁身完整性以及質量，要求檢測數量不低于素混凝土樁總數的10%。

8）褥墊層、樁帽處理。樁身檢測完成確認符合要求后，開始樁帽施工，樁帽是邊長為1.0 m的正方形。首先，沿樁身周圍下挖30 cm；然后，以樁芯為中心標注出邊長為1.0 m的正方形，并清理掉此范圍的土；最后，以C30混凝土進行澆筑，要求標高保持一致。樁帽施工完成后開始褥墊層施工，采用分層法鋪設，頂層厚度為30 cm，底層厚度為20 cm。鋪設完成后需要進行碾壓或夯實作業(yè)，碾壓次數不少于3次，以確保褥墊層厚度均勻、密實。

4.2.3 注意事項

1）軟土地基滲透系數較小，在鉆孔施工過程中易出現暫時性局部孔隙水壓力增大情況，若該區(qū)域含水量較大，則可能出現縮孔情況，從而造成偏斜、異響以及卡鉆等問題。在鉆孔施工過程中應特別注意，一旦出現上述問題，應及時停鉆，明確故障原因并采取有效措施后方可繼續(xù)施工。

2）混凝土泵送壓灌應保持連貫，不能出現等灰情況；當混凝土輸送泵移位時，若料斗內還有混凝土，則應持續(xù)攪拌；泵送過程中，為防止出現夾空情況，料斗內混凝土高度不低于4.0 m。

3）由于本項目施工期間在夏季，氣溫較高，為避免混凝土輸送泵管因高溫發(fā)生故障，在施工過程中應注意環(huán)境溫度，若溫度超過30℃，需要在混凝土輸送泵管上覆蓋隔熱材料，同時需要每間隔一段時間進行灑水降溫。

4）成樁后，要及時對混凝土輸送泵管進行清理，以免后續(xù)使用過程中出現管道堵塞情況。施工過程中若需要長時間停止，則應及時用清水沖洗鉆桿、混凝土輸送泵管。

5）樁間土清理應采用人工作業(yè)方式，不宜采用機械作業(yè)，因為機械作業(yè)可能會對樁間土產生較大擾動。進行截樁時，必須采用專業(yè)切割工具，也可以在樁身標高位置鑿出相互對稱的4個牙口，然后采用鋼釬和重錘鑿除。

4.3 施工質量控制

進行素混凝土樁復合地基施工前，需要預留好保護土層，一般情況下保護土層厚度不小于300 mm，具體可以根據設備重量以及施工季節(jié)等因素確定，本項目設計保護土層厚度為500 mm。施工場地平整完成后，高低誤差應控制在100 mm以內。

中心泵壓工藝中的混凝土坍落度應控制在160～200 mm，混凝土不能出現離析情況，混凝土配合比設計應按照實驗要求控制，單根素混凝土樁灌注量不能低于設計量。

施工結束后約2周應組織技術人員對素混凝土樁復合地基承載力進行檢測，檢測方法采用靜載荷法，檢測過程嚴格按照相關標準規(guī)范進行。

褥墊層鋪筑結束后，應進行整體碾壓、夯實或振實，要求褥墊層密度比低于設計密度，本項目要求壓實度在93%以上?？紤]到本項目所處區(qū)域地基含水量較大，因此，采用碾壓方法，要求碾壓次數不少于3次。

素混凝土樁施工時，應直接灌注至表面。構筑物基礎以下停漿面應高于設計高度500 mm，提樁后，須保證預留樁頭長度，并在樁頭上部2～3 m處進行振搗。

由于本項目施工處于夏季，雷雨天氣較多，施工過程中若遇雷雨天氣，要注意做好防護措施，避免水泥因受潮結塊。施工場地周圍要規(guī)劃設計導水盲溝以及其他排水設施，避免施工場地積水，影響施工質量。

項目監(jiān)理部門應全程參與施工，尤其是在素混凝土樁施工時必須在現場監(jiān)督；施工人員必須全程如實記錄施工過程，并保留好原始記錄；項目質量管控應貫穿施工全過程。

5 結語

綜上所述，素混凝土樁復合地基在處理軟土地基方面具有明顯的優(yōu)越性，可以有效確保地基穩(wěn)定性，并使地基具備良好承載性能。施工過程中要注意嚴格執(zhí)行施工工藝流程，同時做好施工質量管控工作，切實保障施工質量。