預制方樁在軟土地基處理中的應用
——結合彌勒市甸溪河治理工程地基處理方案分析

李子偉 廣東省水利水電建設有限公司

軟土在江、河、湖、海等沿岸區域廣泛分布，由于軟土含水率高、壓縮性強、抗剪強度小、承載力低，如果地基處理不當容易發生不均勻沉降，危及建筑物安全。地基處理有多種方法，其中以堅硬土層和基巖作為持力層做成深基礎，則可發揮基礎承載力高、穩定性好、沉降小、抗震性優越的效果，預制方樁就具有這樣的特點，因此本文結合彌勒市甸溪河治理工程地基處理對預制方樁在軟基處理中的應用進行了分析。

1.工程概況

彌勒市甸溪河治理工程位于云南省紅河州彌勒市南盤江左岸一級支流，工程起自錦屏山，終至彌勒南連接線段（含螞蝗溝段），全長24.8km。在口門區域需設置節制閘和泵站，用于排澇和防洪。由于地基中含有軟土層，承載力較低，故需對地基進行處理。

根據地勘資料，地層從上至下依次為：

①人工填土，含少量碎石粉質黏土及黏土，棕褐色，結構松散，稍濕，可塑至軟塑，厚度0.9～4m。

①-1耕植土、粉質黏土、黏土，灰褐色、灰色，結構松散，主要分布在右岸人工耕種農田區域，厚度0～0.8m。

②粉質黏土，褐紅色，硬塑，稍濕，鉆孔揭露巖芯為土柱狀，厚度1.0～4.5m。

③粉質黏土，棕黃色、棕灰色、紫紅色，可塑，稍濕，鉆孔揭露巖芯為土柱狀，厚度2.1～3.2m。

④粉質黏土，灰黃色，軟塑，濕，局部揭露巖芯為可塑狀，厚1.6～2.8m。

④-1有機質黏土，灰色、灰黑色，局部可見腐爛植物根系，可塑至軟塑，厚度0～1.2m，呈透鏡分布。

下伏基巖為石炭系下統擺佐組及大塘組，巖性為泥質灰巖、白云質灰巖，平均厚度8～9m。

上述各地層中，①層和①-1層承載力很小，不可作為持力層；②層估計承載力值170kPa，但因層厚較小，同時③層承載力只有90kPa，④層承載力60kPa，所以不足以作為持力層，建議將下伏基巖作為持力層，該層承載力估計在220kPa以上，且厚度均勻。

2.地基處理方案選擇

根據口門建筑物基礎地基土層分布、承載力變化規律，初擬出墊層法、水泥攪拌樁法、高壓噴射注漿法、樁基礎4個方案。這幾個方案各有優劣，墊層法經濟、施工便捷，但不適用于深厚軟基，因為軟基層太厚，開挖和置換工程量巨大，失去工程意義；水泥攪拌樁法施工質量可靠，但水泥用量大，施工要求嚴格，工期長；高壓噴射注漿法加固深度大，適應地層能力好，處理效果可靠，但工藝復雜，造價較高；樁基礎適于下部有硬土層的深厚軟基，穩定性、可靠性都比較好，但施工費用較高。根據本項目地質條件、工期要求等因素決定選擇工期較短、質量成熟可靠的樁基礎方案。樁基礎方案中，PHC管樁、預制方樁和鉆孔灌注樁是常用的樁基礎方法，根據以往工程經驗判斷，PHC管樁水平承載力相對不足，而本項目對水平承載力有一定要求，故不考慮PHC管樁方案。在預制方樁與鉆孔灌注樁兩個方案中，預制方樁在造價和工期兩方面均有明顯優勢，所以最終確定施工便捷、經濟性好的預制方樁方案。

按照地質條件及建筑物承載力要求，初擬預制方樁截面為300mm×300mm，采用梅花形布樁，樁間距取1400mm。樁端埋置于下伏基巖，結合實際情況取0.5m，設計樁長取5.6～14.5m。樁頂設置500mm厚水泥土褥墊層。

根據《建筑樁基技術規范》（JGJ 94-2008），單樁豎向極限承載力可按下式計算：

式中Quk、Qsk、Qpk—單樁豎向極限承載力及單樁總極限側阻力、總極限端阻力的標準值；

u、qsik、li—樁身周長、單樁第層土的極限阻力標準值和第 層土的厚度；

α—樁端阻力修正系數；

qsk、Ap—樁端附近靜探阻力標準值、樁端面積。

在天然地基中打入預制方樁，兩者共同承擔荷載可視為復合地基，按照《復合地基技術規范》（GB/T 50783-2012），復合地基承載力特征值可按下式計算：

式中fspk、fspk—復合地基承載力特征值與樁間土地基承載力特征值；

kp、ks—樁體實際豎向抗壓承載力與樁間土地基實際承載力的修正系數；p

λ、λs—樁體豎向抗壓承載力與樁間土地基承載力的發揮系數；

d、de—樁體直徑與單根樁分擔的地基處理面積的等效圓直徑；

m—復合地基置換率；a

R、Ap—單樁豎向抗壓承載力特征值與單樁截面積。

據式（1）可估算單樁豎向極限承載力Quk=1158kN，Ra=Quk/2=579kN，再據式（2）估算復合地基承載力特征值fspk=248kPa≥240kPa，滿足口門建筑物對地基承載力的要求。

3.預制方樁施工要點

3.1 工藝流程

施工放樣→樁機進場→方樁起吊→樁身校正→穩樁振打→檢查驗收→移至下一樁位。

3.2 施工放樣

按照樁位圖放出各樁位的準確位置，先定出樁基軸線，再放出各樁位中心坐標，在每個樁位上打入木樁或鋼筋作為標記。樁機進場后一些樁位標記會受到影響，可從場外控制點引測和復核。

3.3 樁機進場、吊樁、校正

樁機進場、調試、就位、校核后，起吊方樁。起吊時，采用2臺卷揚機2點水平吊至樁長一半的高度，樁尖近側的卷揚機停止，樁尖遠端的卷揚機繼續起吊，當方樁由水平轉至垂直狀態時，卸下樁尖近側的吊索，由樁尖遠端卷揚機單點懸掛送入樁機龍門架內，樁頂套入樁帽。檢查樁帽與樁頂對齊后，穿入保險插銷并固定。控制樁身緩慢下降，當樁尖距地面10cm時停止，檢查樁身是否垂直，然后使樁尖對準樁位。壓樁，使樁入土0.5～1m左右，檢測樁身垂直度偏差不超過0.5%時再繼續施工。

3.4 穩樁振打

樁身施打采用靜壓與振打結合方式，即土層為軟土時靜壓貫入，為硬土層時振打貫入，這種方式可減少樁頭破裂、樁身混凝土剝裂現象，避免出現廢樁。靜壓貫入是依靠樁機機械臂的力量將方樁壓入，振打貫入則是利用振動力將方樁沉入土中，振動源來自風鎬機，即將風鎬機與樁帽頂部連接固定。啟動振動后，可使樁容易貫入硬土層，若仍貫入困難可射水配合。通常振動時間不超過10～15min，應根據貫入速度調節振動時間與振動頻率。如果下沉速度低于5cm/min應停下來查找原因，不可強行貫入，以免損壞樁身。貫入應一次完成，中途不可停歇。

3.5 檢查驗收

打樁結束后進行檢查驗收，復核樁頂標高，監理簽字后才能移機至下一樁位施工。

4.預制方樁施工質量控制

4.1 合理選擇打樁順序

對于比較密集的預制樁，打樁順序應由中部向左右或前后兩個方向對稱施打，或由中心向四周對稱打樁，不可由一端向另一端打樁，以免因擠土效應而產生不均勻沉降。有長、短樁時，應先打長樁，后打短樁。

4.2 樁位精度控制

為防止樁位偏差，除了提高樁位放樣精度以外，還應注意以下兩點：一是施工前清理場地內的孤石及地下堅硬的障礙物，避免打樁時遇到這些障礙樁使尖擠向一邊；二是控制沉樁速度，延緩擠土效應產生的偏移。

4.3 樁身垂直度控制

施工前，應對場地進行平整和加固，尤其是軟基上應鋪設碎石層，保證基座穩定，防止打樁過程中樁機傾斜。插樁時，在相互垂直的兩個方向上觀測樁身垂直度，并校正偏差。樁入土0.5～1m深，再次觀測樁身垂直度。兩次校正無誤后才能進入正常施打程序。

4.4 沉樁深度與樁頂標高控制

接近沉樁深度前，根據水準儀測量的設置在送樁器上的刻度線標高估測距離沉樁深度的數值，當刻度線與水準線接近重合時應放慢打樁速度，兩線完全重合時停打。采用水準測量，樁頂標高應控制在設計標高±50mm范圍內。

5.預制方樁施工效益分析

采用靜壓與振打結合方式施工，比傳統錘擊法工效提升70%以上，施工費用降低30%以上，而且施工噪聲大大減小，具有良好的經濟效益、環境效益和社會效益。

6.結語

根據彌勒市甸溪河治理工程軟基處理實踐，預制方樁在施工速度、造價控制及質量可靠性方面的優勢得到充分發揮，工程中未出現明顯不均勻沉降、樁身破裂、斷樁等質量事故，工程質量達到設計要求和規范規定，因此本工程采用預制方樁處理軟基效果滿意，值得在類似工程中推廣應用。