珠海橫琴軟土地基處理中素混凝土樁復合地基的應用研究

1 素混凝土樁復合地基技術

素混凝土復合地基技術是通過將中砂、水泥等材料加入碎石樁，并進行攪拌處理，進而形成具有較高黏結度和剛性的樁體，以此提高軟土地基承載能力，更好地滿足工程建設要求[1]。素混凝土樁復合地基結構如圖1 所示， 圖1 中A 處放大圖如圖2 所示，樁尖為等間距排列，中間通過半球加固提高了整體穩定性。

圖1 素混凝土樁復合地基結構

圖2 圖1 中A處放大圖

2 案例分析

2.1 工程概況

本文以珠海橫琴新區道路工程項目為例， 針對素混凝土樁復合地基技術應用展開分析。 案例工程項目所處區域為軟土地基，主要成分為黏性土、花崗巖石塊等，區域整體結構疏松、含水量較大，且結構不均勻，承載能力較差。

【作者簡介】程曉航（1980~），男，湖北武漢人，高級工程師，從事軟土基礎上的水工建筑物、生態景觀研究。

2.2 軟土地基

經現場地質勘查， 發現案例工程項目沉積層軟土厚度較大，其中淤泥層埋深一般，但平均厚度約13.41 m；而淤泥質土埋深較深、厚度較大，平均厚度為15.21 m。 詳細的土壤承載力特征值、壓縮模量等參數信息如表1 所示。 此次項目施工主要針對地下淤泥軟土層展開， 該軟土層厚度較大， 且含水量較高、孔隙度大、強度較低、靈敏性高，因此流動性較強，觸變明顯，易發生路基失穩的情況。

表1 巖土層參數

2.3 地基方案設計

經過多方參與研究， 最終采用素混凝土樁復合地基技術對案例工程項目軟土地基進行處理。 基于此展開素混凝土樁復合地基設計，主要設計內容包括樁長、樁徑、排距、樁身強度及承載力特征值等。

2.3.1 樁身設計

1）樁長。 樁長是復合地基設計過程中的主要參數，需要根據工程項目對于地基承載力、變形要求，以及施工現場土質情況等合理確定。 結合案例工程項目前期勘察結果以及工程建設要求，明確各土層實際工程性能參數，最終選擇淤泥深度較大的區域作為確定樁長的基礎參數。最終確定孔口高程、樁頂標高及樁長等分別為5.0 m，1.5 m，23.0 m，加固淤泥的厚度為21.7 m。

2）樁徑。 樁徑大小需要根據實際承載力要求及施工設備情況確定。 此次工程項目選用長螺旋鉆孔施工方式，配合管內泵壓混凝土。基于此，樁徑大小確定為40 cm，要求樁身混凝土強度等級為C15， 使用的水泥為強度等級42.5 以上的普通硅酸鹽水泥。

3）排距。 結合前期巖土勘察報告及樁長、樁徑要求，布樁方式采用正方形，樁間距控制為1.8 m。

4）褥墊層。 褥墊層位于樁帽頂部，主要由砂石、礦石、卵石等透水性材料構成， 主要功能是確保樁體能夠與土層共同承擔上部荷載。褥墊層厚度應控制在15~30 cm。下放樁帽采用強度等級為C25 的混凝土材料， 并在樁帽上方設置碎石和土工格室。

2.3.2 承載力特征值計算

承載力特征值計算主要包括單樁和復合樁兩個部分。1）單樁承載力特征值，計算式如下：

式中，R 為單樁承載力特征值，kN；U 為樁周長，m；qsi為樁周側阻力特征值，kPa；l 為樁長，m；α 為樁端天然地基上的承載力折減系數；A 為樁橫截面積，m2；fak為樁端天然地基上的承載力特征值，kPa。

結合相關勘測資料以及樁身設計參數，明確式（1）中的參數。 其中，填筑層樁長為1 m，淤泥層樁樁長21.8 m，樁端天然地基承載力折減系數取值0.8，淤泥層承載力為50 kPa。 經計算，得到單樁承載力為237.8 kN。

2）復合地基承載力特征值，計算式如下[2]：

式中，F 為復合地基承載力特征值，kPa；m 為樁土置換率；β 為樁間土承載力折減系數；Fs為樁間土承載力標準值，kPa。

根據相關資料顯示，樁間土承載力標準值取值50 kPa，樁間土承載力折減系數取值0.8。 經計算，得到復合地基承載力特征值為130.6 kPa。

2.3.3 沉降計算

沉降計算主要是為確定復合地基設計的合理性及安全性。 根據相關標準規范可知，荷載作用下復合地基沉降量主要包括地基加固區沉降、加固區下臥層沉降及褥墊層沉降，由于褥墊層在荷載作用下形變量較小，通常可以忽略。

當前加固區沉降量的常用計算方法包括力修正法、 復合模量法等。 為便于計算，此次分析過程中選用相對簡便的復合模量法。 該方法的主要原理是將樁體與原土體作為一個整體，通過計算對整個復合土體部分的沉降量進行分析。 加固區沉降變形計算式如下：

式中，S 為復合地基加固區沉降變形，mm；ψ 為復合地基加固區復合土層壓縮變形量計算經驗系數；n 為地基沉降計算深度范圍內的土層總數；Δpi為第i 層土的平均附加應力增量，kPa；Ei為第i 層土的壓縮模量，MPa；Li為第i 層土體的厚度，m；Epi為第i 層樁體壓縮模量，MPa；Esi為第i 層土體樁間土的壓縮模量，MPa。

根據相關資料及復合地基類型，確定ψ 取值為1；Esi按照天然地基壓縮模量進行計算； 樁頂附加應力主要包括車輛荷載、道路結構荷載等，按照70 kPa 計算。經計算，得到案例工程項目復合地基加固區沉降形變量為46.3 mm。

下臥層沉降變形采用的是分層綜合法，相應計算公式為：

式中，s 為復合地基加固區下臥層沉降變形，mm；ψS為沉降變形計算經驗系數；p0為基礎底面附加壓力，kPa；zi為基礎底面至相應土層的距離，m；ai為基礎底面計算點至相應土層底面范圍內平均附加應力系數。

經計算，得到下臥層沉降變形為196.5 mm。

根據上述計算可知，案例工程項目地基總沉降量為46.3+196.5=242.8 mm，小于規范要求的500 mm，由此可知，此次復合地基方案設計符合相關標準。

2.4 現場檢測結果

在完成素混凝土樁復合地基設計和施工后， 需對樁體進行現場檢測，主要檢測內容包括樁身完整性、承載力等方面。其中樁身檢測采用低應變法， 樁身承載力選用抗壓靜載試驗和平板荷載試驗。 低應變法檢測結果顯示樁身完整性符合要求。 單樁豎向靜壓靜載試驗結果顯示，單樁豎向抗壓承載力特征值均大于490 kN，復合樁地基承載力特征值均大于150 kPa，試驗表明， 此次案例項目中素混凝土樁復合地基均符合規范標準，具有較高的可靠性。

3 素混凝土樁復合地基應用要點

3.1 質量控制措施

素混凝土樁復合地基施工質量控制措施如下：（1）做好前期工程勘察，確保相關數據參數和信息準確可靠，為后續方案設計奠定良好基礎；（2）提前預留保護土層，確保厚度在300 mm以上，場地平整高差不超過100 mm；（3）混凝土坍落度要求控制在160~200 mm；（4）施工完成后2 周左右，需及時組織技術人員展開技術檢測，確保檢測過程規范、科學；（5）加強槍褥墊層密度控制， 確保壓實度在93%以上， 反復多次進行碾壓處理；（6）樁體混凝土灌注高度應超過設計高度500 mm，以此保障澆筑施工質量。

3.2 關鍵注意事項

軟土地基素混凝土樁復合地基施工注意事項如下：（1）基于軟土地基自身特點， 鉆孔施工時可能出現孔隙水壓短暫上升的情況，甚至存在縮孔風險，影響施工質量和進度。 對此，在鉆孔過程中若發現上述情況，應暫停施工，解決相應問題后方可繼續施工。 （2）為避免混凝土泵送過程中出現夾空問題，要求料斗內混凝土高度應在4 m 以上。 （3）混凝土灌注施工應連續進行，控制好工序銜接，避免中斷。 （4）在清理樁間土的過程中，為避免損壞樁體，擾動土體，應進行人工處理。 （5）成樁之后需及時清理混凝土泵，避免后續施工過程中設備堵塞，影響工程質量[3]。

4 結語