柔剛勁性復合樁在水利工程中的應用研究

曹云

（江蘇省江都水利工程管理處 揚州 225200）

柔剛勁性復合樁在水利工程中的應用研究

曹云

（江蘇省江都水利工程管理處 揚州 225200）

柔剛勁性復合樁即柔性樁與剛性樁復合而成的樁。從基本概念、作用機理入手，簡述了柔剛勁性復合樁特點，歸納了施工質量控制要點，對在水利工程中引進該技術，具有一定的指導作用。

柔剛 勁性復合樁 水利工程 應用研究

1 引言

勁性復合樁技術是一種新型的地基處理技術，是由兩種或多種常用的、成熟的起互補增強作用的地基處理方法復合而成，具有較高的強度、剛度、密度和均勻性，且與樁周土體有良好的結合，提高側摩阻力。目前在水利工程中應用不多，但在我國沿江、沿海軟土（如淤泥質土、松散沙土等）地區的工業和民用建筑的地基加固、基坑支護、邊坡穩定方面，勁性復合樁技術得到廣泛應用。

2 基本概念及特點

柔剛勁性復合樁即柔性樁（如水泥土攪拌樁）與剛性樁（如混凝土樁）復合組成的樁。本文介紹的柔剛勁性復合樁，是在水利工程基礎處理中應用的水泥土攪拌樁成樁后，在其中心通過振沖成孔，然后澆筑混凝土樁芯所形成的勁性復合樁。作用機理：振密擠擴作用、協同承載作用、握裹側限作用。

3 工程應用實例

奔牛水利樞紐工程為新孟河延伸拓浚工程干河樞紐工程之一，位于江蘇省常州市奔牛鎮新孟河與京杭運河交匯處，工程的主要任務包括防洪、引排水和通航，樞紐由船閘、節制閘和穿京杭運河立交地涵組成，船閘和節制閘并排布置于現狀新孟河河口，立交地涵位于現狀新孟河河口東側，地涵軸線與擬建船閘中心線間距為210m。

根據奔牛水利樞紐工程地質勘察報告和翼墻結構布置情況，立交地涵上下游第二節翼墻底板設計底面高程為-5.50m，第三節翼墻設計底面高程為-4.0m。地涵第二、三節翼墻均坐落于淤泥質重粉質壤土上，地基允許承載力[R] =70kPa，均不能滿足規范要求，且地基軟土層厚度約4～6m左右。按照建筑地基處理技術規范，由于軟土層較厚不宜采用開挖回填處理方案，且為減少翼墻不均勻沉降，地涵第二、三節翼墻地基處理可采用預制樁、水泥土攪拌樁或勁性復合樁進行地基處理。

以第二節翼墻為例，選擇勁性復合樁方案作為翼墻地基處理方案。根據地涵翼墻運行特征水位進行地基應力計算，第二節翼墻平均地基反力最大值為134kPa，最大地基反力180kPa。

該工程地基土體含水量41.9%，塑性指數17.2，且局部含大量腐蝕質。勁性復合樁選用柔剛復合樁，其中外層樁為柔性樁，采用直徑70cm的水泥土攪拌樁，間距為1.5m，水泥摻入量為18%，設計攪拌樁樁身水泥土的抗壓強度不得小于1000kPa；剛性樁作為樁體內芯，采用C30素混凝土樁芯，直徑為22cm。勁性復合樁結構參見圖1。

在軟土地基上，先施工直徑70cm的水泥土攪拌樁，在水泥土未硬凝前，通過振沖在水泥土攪拌樁中間形成直徑22cm的孔，然后現澆C30混凝土樁芯，形成素混凝土勁芯水泥土復合樁。根據勁性復合樁技術規程，采用勁性復合樁后，復合地基承載力可按下式計算。

圖1 勁性復合樁結構圖

式中：fspk—復合地基承載力（kPa）；λ—單樁承載力發揮系數，取0.95～1.0，該工程取0.95；m—水泥攪拌樁的面積置換率，0.28；Ra—單樁承載力特征值（kN）；Ap—樁的截面面積（m2）；β—樁間土承載力發揮系數，可取0.8～1.0，該工程取0.8；fsk—天然地基承載力（kPa），取第二層允許承載力70kN。

經計算，勁性復合樁單樁承載力特征值為225kN，置換率為26.6%，處理后的復合地基復合地基承載力計算值分別為236kPa和189kPa，滿足翼墻地基承載力要求。為提高勁性復合樁復合地基的樁土聯合作用效應，在勁性復合樁頂和建筑物基礎間設置水泥土褥墊層，厚度為20cm，水泥土中水泥摻入量為8%。

翼墻基礎坐落于重粉質砂壤土、重粉質壤土和淤泥質重粉質壤土層上，其固結快剪凝聚力分別為7kPa、17kPa和16.2kPa，內摩擦角分別為25.4°、15.1°和12.6°。處理后的地基土體的強度指標可根據以下公式進行計算：

式中：Cc、Φc—復合地基凝聚力（kPa）、內摩擦角（°）；Cs、Φs—樁間土凝聚力（kPa）、內摩擦角（°）；Cp、Φp—樁體凝聚力（kPa）、內摩擦角（°）。

經計算，處理后第3層復合地基的強度指標為：凝聚力Cc=15.1kPa，內摩擦角Φc=25.3°；第4層復合地基：凝聚力Cc=22.4kPa，內摩擦角Φc=17.9°；第2層復合地基：凝聚力Cc=21.8kPa，內摩擦角Φc=16.1°。

勁性復合樁是介于水泥土攪拌樁和剛性樁之間的樁型,樁土聯合作用效應更好。施工技術結合了水泥土攪拌樁和振沖樁的工藝特征，并形成了勁性復合樁自身的施工工法，施工對周邊建筑物影響較小。此外，工程投資相對較為節省，盡管施工工期略長，但不影響整個工程工期。因此，第二、三節翼墻地基處理采用勁性復合樁地基處理方案。

4 施工質量控制要點

4.1 施工前應具備下列資料

巖土工程勘察報告、建筑物平面布置圖、樁位布置圖及技術要求；水泥、砂、碎石原材料產品合格證及抽樣送檢報告；水泥土配比、混凝土配合比試驗資料；試驗性施工資料；平面及高程引測點交資料；鄰近建（構）筑物和地下設施類型、分布及結構質量情況；專項施工方案。

4.2 施工流程

施工原則是：先施工柔性樁，再施工剛性樁。剛性樁施工宜在柔性樁施工后6h內進行。具體施工流程：平整場地→放線定位→樁位復核→攪拌樁機就位作業→攪拌樁施工攪拌樁機移至下一根樁→振沖機械就位→樁位復核→振沖機械作業→現澆混凝土樁芯→柔剛勁性復合樁成樁。

4.3 過程控制

（1）樁頂設計標高以上宜預留300～500mm土層；平整場地后應設置水準點及軸線定位點，后施工的樁應重新定位；應檢查施工機械設備的工作性能及各種計量裝置的完好程度。

（2）水泥土攪拌樁應符合水泥攪拌樁施工工藝及質量驗收標準；混凝土樁芯施工應符合建筑樁基技術規范的規定。

（3）施工前，應進行成樁工藝試驗。試驗樁數量不得少于3根。當成樁質量不能滿足設計要求時，應在調整設計與施工有關參數后，重新進行試驗。

（4）施工過程中，應隨時檢查施工記錄，出現異常情況應及時處理。

（5）基槽開挖后，應檢查樁位、內外芯中心偏差、樁徑、樁頂標高、樁頂質量、樁數、坑（槽）底土質情況。

（6）檢查樁位允許偏差與垂直度允許偏差。單體樁位的允許偏差為±10mm；垂直度允許偏差為0.5%。

4.4 質量檢測與驗收

（1）承載力檢測。應在成樁21d后進行承載力檢測，試驗應在設計標高處進行，每個單體工程的檢測數量不應少于工程樁總數的1%，且不應少于3根（組）。

（2）單樁載荷試驗的壓板尺寸，應與復合樁截面尺寸一致；復合地基載荷試驗壓板尺寸應根據設計轉換率確定。按相對變形值確定復合地基承載力特征值時，可取沉降與壓板邊長或直徑的比值等于0.008所對應的壓力值。

（3）應在基坑（槽）開挖后進行驗收，驗收合格后方可進行下一道工序施工。

（4）驗收資料應包括：設計文件、施工圖及設計變更通知書；勘察報告；監理開工審批單；圖紙會審記錄；技術交底文件；試驗記錄；專項方案；原材料產品合格證及抽樣檢測資料、配合比試驗、樣樁位置等；施工記錄及隱蔽工程驗收文件；樁體質量檢查記錄、取樣送檢記錄及試驗報告等；質量問題記錄；樁位、標高、垂直度實測記錄；荷載試驗及樁身完整性檢測報告；竣工圖、補樁記錄；竣工報告；質量控制資料核查記錄；質量驗收報告。

5 結語

在水利工程建設中，引進柔剛勁性復合樁施工技術，集柔、剛兩樁優點于一身，具有施工簡便、提高承載力、節省投資等非常明顯的成效。這一新技術的應用，為水利工程松、軟地基處理提供了一條全新的思路，必將對科技創新，提升水利工程建設水平，打造更多、更好的安全、優質的精品水利工程發揮良好的作用■