柔剛勁性復合樁在地下污水廠中的應用

葉源新

（上海城投水務（集團）有限公司，上海市 200002）

0 引言

在巖土工程的實際應用中，單一樁型有一定的局限性：水泥土類樁的樁身強度受土質、施工工藝影響較大；鉆孔灌注樁造價較高，且對環境影響較大；預應力管樁單樁承載力較低，且遇密實砂層時沉樁較為困難。柔剛勁性復合樁是將常用的柔性水泥土類樁、剛性混凝土類樁兩種單一樁型相互復合，后一種樁體在前一種樁體上再次施工，形成的具有互補增強作用的樁。根據內芯樁相對于攪拌樁的長度可分為勁性復合樁可分為短芯、等芯、長芯柔剛復合樁，見圖1。

圖1 柔剛復合樁構造示意圖

1 工程概況

白龍港地下污水處理廠將主要構（建）筑物合建成一個集約化的水池及生產用房，置于地下一定的深度，然后在水池上方建造一個鋼筋混凝土空箱，空箱頂板上覆土約0.5～2.0 m，從而形成一個二層地下空間結構，即地下箱體，箱體的上層為空箱結構，作為巡視操作層，下層為水池結構，箱體頂板上覆土種植綠化形成大片綠地景觀。白龍港地下污水廠箱體平面尺寸513.6 m×282.5 m，最大埋深為14.5 m。

所處區域內的地基土為第四紀全新世Q34～上更新世Q23的沉積層，主要由填土、粉性土、淤泥質土、黏性土組成。

對于地下污水廠，地下結構埋置深度較深，水池及空箱加上覆土后荷載很大，單樁抗壓承載力要求較高。同時，由于污水處理廠存在定期放空檢修工況，樁基需要承受拔力，且構筑物埋深較大，樁基承受拔力也較大。

對于樁基方案，對鉆孔灌注樁、PHC管樁、勁性復合樁三種方案進行比選。根據上海地區一般采用的樁型，鉆孔灌注樁采用直徑600，PHC管樁采用直徑500，勁性復合樁采用直徑700攪拌樁內插直徑500異形樁。

鉆孔灌注樁施工無擠土效應，適合各種地質情況施工；在質量控制方面，灌注樁施工要求較高，孔底沉渣不易清除干凈，易出現塌孔、縮徑等質量問題，須采取嚴格質量保證措施；泥漿排放量大，環境友好性較差；造價相對較高。

PHC管樁施工質量較易控制；施工速度快，進度有保障；造價相對較低；施工擠土效應較大，大規模施工時應控制沉樁順序及沉樁速度；送樁長度大或穿越硬土層時施工較為困難。

勁性復合樁單樁承載力較高，沉樁較為容易，施工質量易控制；沉樁震動及擠土效應對附近已有建構筑物影響較小；造價較灌注樁節約；產生泥漿量小，環境友好。

考慮本工程基坑較深，工程樁樁頂埋置較深，空鉆或者送樁長度較大，為加快施工速度，減小對周邊環境影響，選用等芯柔剛勁性復合樁。

樁基設計示意見圖2。

圖2 樁基設計示意圖（單位：mm）

2 勁性復合樁設計方案[1-5]

（1）抗壓承載力特征值計算

勁性復合樁樁側破壞面位于內、外芯界面時，基樁豎向抗壓承載力特征值按式（1）計算：

式中：qcsa為勁性復合樁復合段內芯側阻力特征值（kPa），取32 kPa；qcpa為勁性復合樁內芯樁端土的端阻力特征值（kPa），可按《建筑樁基技術規范》JGJ94取值。

經計算Ra1=2 038 kN。

勁性復合樁樁側破壞面位于外芯和樁周土的界面時，基樁豎向抗壓承載力特征值可按下式計算：

計算參數根據地勘報告及規范相關條文取值，具體見表1。

表1 勁性復合樁計算參數表

經計算，Ra=1 800 kN。

最終抗壓承載力特征值取樁側破壞面位于內、外芯界面時和樁側破壞面位于外芯和樁周土的界面時小值，即 Ra=min（Ra1,Ra2）=1 800 kN。

（2）抗拔承載力特征值計算

破壞面位于內、外芯界面時，單樁豎向抗拔承載力特征值可按式（3）計算：

式中：λc為勁性復合樁復合段內芯抗拔系數，取0.70。

經計算，Tua1=1 000 kN。

破壞面位于外芯和樁周土的界面時，單樁豎向抗拔承載力特征值可按式（4）計算：

式中：λ為勁性復合樁外芯抗拔系數，取0.70。

經計算，Tua2=725 kN。

最終抗拔承載力特征值取樁側破壞面位于內、外芯界面時和樁側破壞面位于外芯和樁周土的界面時小值。Tua=min（Tua1,Tua2）=725 kN。

3 柔剛勁性復合樁施工技術

柔剛勁性復合樁作為一種新型樁型，施工流程如下：

測量放樣、測放樁位→樁位復核→水泥土攪拌樁樁基就位→水泥土攪拌樁施工→靜壓樁機就位→樁位復核→靜壓樁機壓樁→勁性復合樁成樁。

柔剛勁性復合樁施工過程中需要注意施工要點如下：

（1）樁基施工應注意控制樁位偏差、垂直度。樁位允許偏差為±10 mm，垂直度誤差不大于1/200。

（2）水泥土攪拌樁P.O 42.5普通硅酸鹽水泥，水泥摻入比15%，水泥漿液的水灰比為0.8～1.0，攪拌樁下沉速度為0.5～0.8 m/min，下沉注漿量為70%，攪拌樁攪拌提升速度為1.0～1.6 m/min，提升注漿量為30%。攪拌樁施工應確保土體攪拌均勻，必要時可采用兩噴四攪工藝。

（3）剛性樁應在攪拌樁施工完成后6 h內插入，垂直度偏差控制在1/450以內，定位時應確保剛性樁中心與攪拌樁中心一致。攪拌樁施工完成6 h內未壓入剛性樁，或者壓入剛性樁發現垂直度偏差大、拔出重新壓入超過6 h的，需由攪拌樁機對原樁位進場復攪，在6 h內施工剛性樁。

4 樁基檢測

工程樁施工前，進行單樁豎向抗壓、抗拔荷載試驗，抗壓試樁共9根，樁長42 m，抗拔試樁共9根，樁長31 m。

根據試樁所處場地條件、試樁樁長，計算單樁豎向抗壓承載力特征值為1 800 kN，豎向抗拔承載力特征值為725 kN。樁基安全系數K=2，故單樁豎向抗壓承載力極限值為3 600 kN，豎向抗拔承載力極限值為1 450 kN。

單樁荷載試驗在樁基施工完成后28 d進行，采用慢速維持荷載法，檢測結果見表2、表3。

表2 單樁豎向抗壓極限承載力試驗結果

表3 單樁豎向抗拔極限承載力試驗結果

根據試樁檢測結果，勁性復合樁單樁豎向抗壓、抗拔極限承載力均能達到設計要求。

5 結論

（1）柔剛勁性復合樁能夠結合水泥土攪拌樁和剛性預制樁的優點，有效地提高了單樁承載力。

（2）勁性復合樁在成樁后28d進行單樁靜載試驗，均能達到設計要求。考慮水泥土攪拌樁在后期仍有較大增長空間，可作為樁基的安全儲備。

（3）勁性復合樁施工相較鉆孔灌注樁不產生泥漿，對周邊環境影響較小。同時造價明顯低于鉆孔灌注樁，經濟性較好。

（4）勁性復合樁相較PHC管樁，單樁承載力較高，擠土效應較小，適用性更廣泛。

綜上，勁性復合樁具有承載力高，施工環境影響小，經濟效益較高等優點，值得在同類工程中推廣。

參考文獻：

[1]張志華.M C勁性復合樁技術在高層住宅工程中的應用[J].建筑技術,2015,46(6):532-535.

[2]董平,秦然,陳征宙.混凝土芯水泥土攪拌樁的有限元研究[J].巖石力學,2003,24(3):344-348.

[3]JGJ/T 327-2014,勁性復合樁技術規程[S].

[4]JGJ94-2008,建筑樁基技術規范[S].

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