陳俊昂，王 帥

(廣東省水利電力勘測設(shè)計(jì)研究院，廣東 廣州 510635)

1 概述

擠土樁(包括預(yù)制混凝土樁、鋼管樁、沉管灌注樁等)是常用的一類軟土地區(qū)地基處理方式，該類地基處理方式有著樁體強(qiáng)度高、施工快捷等優(yōu)點(diǎn)，但在高飽和度淤泥軟土地基使用時(shí)，成樁過程的擠土效應(yīng)對(duì)工程周邊環(huán)境存在著負(fù)面影響，《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》(JGJ 94—2008)[1](以下簡稱《規(guī)范》)、孫修禮[2]等對(duì)此進(jìn)行了介紹并提出了采用設(shè)置排水板、加大樁距等防治措施。

此外擠土樁在軟土地基的工程應(yīng)用中，尚有單樁水平向承載力低[3]、工后地基土體沉降易引起基礎(chǔ)與地基脫空形成滲漏通道[4-5]、工后地基土體沉降對(duì)樁基形成負(fù)摩阻力等缺點(diǎn)。鑒于目前尚無針對(duì)擠土樁的上述負(fù)面影響與缺點(diǎn)的系統(tǒng)解決方法，因此，尋求技術(shù)創(chuàng)新，全面減弱擠土樁缺點(diǎn)的負(fù)面影響，改善擠土樁樁基性能具有必要性與應(yīng)用意義。

2 技術(shù)方法與原理

2.1 軟土中擠土樁負(fù)面特征分析

軟土地基中，擠土樁的負(fù)面特征主要表現(xiàn)如下。

1)擠土樁施工過程中的擠土效應(yīng)對(duì)工程或周邊環(huán)境易造成不良的影響，壓樁時(shí)，樁周土體被擠密，但高飽和度淤泥軟土一般滲透性差，土體擠壓后孔隙水壓力得不到及時(shí)消散，土體固結(jié)緩慢，使土體產(chǎn)生垂直隆起和水平位移，如果位移受到阻礙，便會(huì)產(chǎn)生擠壓應(yīng)力，對(duì)周邊建筑物、管線可能造成損害，對(duì)樁基本身可能引起灌注樁斷樁、縮頸等質(zhì)量事故，對(duì)于預(yù)制混凝土樁或鋼管樁可能導(dǎo)致樁體上浮，降低承載力，增大沉降等負(fù)面影響。因此，為了避免上述負(fù)面影響，在高飽和度淤泥地基中，當(dāng)采用擠土樁時(shí)，要求樁中心距不小于4～4.5倍樁體直徑。

2)樁周地基土體側(cè)向抗力是影響樁水平向承載力的重要因素，而高飽和度淤泥軟土的土體側(cè)向抗力指標(biāo)低，致使樁的水平向承載力小。而水工擋水或擋土建筑物一般水平向荷載較大，當(dāng)采用樁基承載水平向荷載時(shí)，需要較多的樁數(shù)，而為滿足樁中心距的要求，常常會(huì)導(dǎo)致基礎(chǔ)平面尺寸較大，造成基礎(chǔ)占地范圍大、開挖量大、造價(jià)高等缺點(diǎn)。

3)由于高飽和度淤泥軟土地基滲透性小，固結(jié)緩慢，工后的固結(jié)使地基土體下沉，而建筑物基礎(chǔ)在樁基的支撐下沉降量比地基土體沉降量小，可能致使建筑物基礎(chǔ)與地基土體脫空，造成基礎(chǔ)與地基土體之間形成滲漏通道，對(duì)于擋水建筑物滲漏通道易影響建筑物功能或發(fā)生安全事件；另外，地基土體的固結(jié)沉降也將對(duì)樁基產(chǎn)生負(fù)摩擦力等不利現(xiàn)象，降低樁基的豎向承載力。

2.2 創(chuàng)新技術(shù)方法

從擠土樁成樁過程特點(diǎn)及高飽和度淤泥軟土物理力學(xué)特征的研究和工程實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，擠土樁施工過程中的擠土效應(yīng)對(duì)工程或周邊環(huán)境造成不良影響，主要為高飽和度淤泥軟土滲透性差，土體擠壓后孔隙水壓力得不到及時(shí)消散所致，若能及時(shí)排水，首先此不良影響可得到有效減弱；其次淤泥軟土排水后，在擠土樁的側(cè)向擠壓下，土體也將逐步固結(jié)，而固結(jié)將可提高土體物理力學(xué)指標(biāo)與工后沉降，進(jìn)而產(chǎn)生提高樁基水平向承載力，減少樁基負(fù)摩擦力，減緩建筑物基礎(chǔ)與地基土體脫空的可能等正面效應(yīng)。同時(shí)參照在淤泥地基中常用的排水措施，即在地基中插入豎向排水體(如排水板等)的方式，本文提供一種施工簡單、造價(jià)低、對(duì)擠土樁樁基性能改善效應(yīng)高的創(chuàng)新技術(shù)方法：通過側(cè)向擠壓排水固結(jié)提高擠土樁樁基性能方法，即在施工擠土樁前，在擠土樁各樁位之間的地基中插入1條或多條豎向排水體(如排水板等)，再進(jìn)行擠土樁的施工。

2.3 創(chuàng)新技術(shù)原理

首先在施工擠土樁前，在擠土樁各樁位之間的地基中插入1條或多條豎向排水體，豎向排水體相對(duì)于周邊低滲透性的淤泥軟土，可充當(dāng)排水通道。

實(shí)施擠土樁壓樁，在壓樁過程中，樁體將對(duì)周邊的土體將產(chǎn)生擠壓效應(yīng)，因土體周邊存在著排水通道，土體受擠壓后孔隙水將集中并就近于排水通道中排出，孔隙水壓力可得到及時(shí)的消散，土體可得到較快的固結(jié)，壓樁過程中對(duì)工程或周邊環(huán)境可能造成的不良影響將減弱；同時(shí)土體排水固結(jié)后，土體的物理力學(xué)指標(biāo)可得到改善，一方面可使樁基的水平向承載力增大，另一方面可減少工后沉降量，減小樁基負(fù)摩阻力。

2.4 創(chuàng)新技術(shù)優(yōu)點(diǎn)

采用本技術(shù)方法，對(duì)擠土樁樁基性能將有以下的明顯改善。

1)可減少成樁過程中的擠土效應(yīng)對(duì)周邊環(huán)境的負(fù)面影響，減少樁距。

2)樁周土體得到排水固結(jié)，土體物理力學(xué)指標(biāo)改善，土體側(cè)向抗力增大，從而樁的水平向承載力增大。

3)樁周軟土在施工時(shí)得到固結(jié)，工后基礎(chǔ)與地基土體脫空、產(chǎn)生負(fù)摩阻力等不利現(xiàn)象減弱。

由于上述性能的改善，尚有縮小基礎(chǔ)平面尺寸、減少開挖量、降低工程造價(jià)等附加效益，且施工方法簡便易應(yīng)用。

3 案例研究

3.1 案例概況

珠江河口某1級(jí)海堤工程，因場地條件等因素限制及功能要求，堤岸采用懸臂式擋墻形式，擋墻擋土凈高為7.0 m，根據(jù)平面布置，擋墻每15 m設(shè)結(jié)構(gòu)縫。經(jīng)地質(zhì)勘察，擋墻基礎(chǔ)下臥土層從上至下依次為約18.6 m厚淤泥質(zhì)土層、7.6 m厚粉質(zhì)粘土層、15.8 m厚沙礫層、基巖。綜合擋墻的地質(zhì)情況、使用功能要求、施工條件等因素，設(shè)計(jì)時(shí)經(jīng)比選，采用了DN 600預(yù)制管樁處理方案，同時(shí)為提高樁基的水平承載力，擋墻墻趾第1排管樁采用了斜樁，擋墻及樁基橫剖面示意如圖1所示。

圖1 擋墻及樁基橫剖面示意(單位：m)

3.2 計(jì)算

根據(jù)《規(guī)范》，樁身配筋率不小于0.65%的混凝土樁單樁水平向承載力特征值按下列公式計(jì)算(管樁樁身配筋率大于0.65%)：

(1)

按照《規(guī)范》上述公式計(jì)算，當(dāng)按常規(guī)工藝施工時(shí)，DN 600預(yù)制管樁單樁水平向承載力特征值為84 kN。

每塊擋墻(15 m長)最不利工況承受的水平推力經(jīng)計(jì)算為3 750 kN，并考慮安全系數(shù)，每塊擋墻基礎(chǔ)需配置60根DN 600的預(yù)制管樁。若樁距按4倍樁徑(2.4 m)要求，擋墻基礎(chǔ)底部寬度將達(dá)到16 m。

為提高單樁承載力、減少樁距以縮小基礎(chǔ)底部寬度，在該工程中嘗試采用側(cè)向擠土排水固結(jié)提高樁基性能的方法進(jìn)行優(yōu)化，并進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)與檢測。

3.3 實(shí)驗(yàn)與檢測

選一塊擋墻樁基如圖2所示布置，樁距為2 m、排距為1.65 m，梅花形布置，并在各位之間布置1根C型塑料排水板，排水板深度至淤泥質(zhì)土層底部。

圖2 擋墻樁基布置示意(單位：mm)

排水板施打完畢，進(jìn)行預(yù)制樁壓樁，壓樁過程中，排水板頂部不斷有水流出，地面未見隆起，先行打入的樁未有浮樁或樁頂移位。

壓樁完畢10 d后，選取其中2根樁(1#樁和2#樁的平面布置見圖2)進(jìn)行了樁基水平向承載力靜載檢測，檢測典型H～t～Y0曲線如圖3，從圖3可知當(dāng)樁頂位移為10 mm時(shí)，1#樁和2#樁單樁水平向承載力分別為120 kN、105 kN。

3.4 效果分析

1)該擋墻樁基施工過程中，雖樁距小于《規(guī)范》要求的4倍樁徑，但排水板的存在，可得到及時(shí)排水，未發(fā)生地面隆起、浮樁或樁頂移位等現(xiàn)象。

2)1#樁和2#樁單樁水平向承載力均值為112.5 kN，均值比計(jì)算值增大28.5 kN，增幅34%。

3)該擋墻施工完畢至編寫本文時(shí)，已經(jīng)歷運(yùn)行約3.5 a，經(jīng)監(jiān)測擋墻各項(xiàng)指標(biāo)良好。

1#樁

2#樁

4 結(jié)語

因高飽和度淤泥軟土滲透性差、物理力學(xué)指標(biāo)低，擠土樁在高飽和度淤泥軟土地基中使用時(shí)存在著影響樁基性能的缺點(diǎn)，而采用預(yù)先施打豎向排水體形成排水通道，再利用擠土樁壓樁過程中樁體的側(cè)向擠壓效應(yīng)使地基軟土排水固結(jié)的方法，從有效提高擠土樁樁基性能，且實(shí)施簡便，可廣泛應(yīng)用。