芻議水池工程中沉管擠密抗拔防浮碎石樁的應用

■蔣新華 ■中國市政工程中南設計研究總院有限公司，湖北 武漢 430000

在建筑施工過程中，通常采用錨索錨固、錨桿、抗拔樁等手段來解決抗浮問題，但由于地基變形、沉降等會對建筑物造成很大的影響，因此，在進行抗浮處理時，還要考慮地基承載力的因素。在水池工程中采用沉管擠密抗拔防浮碎石樁進行地基處理，不但能有效的解決抗浮問題，還能有效的解決地基沉降、變形等問題，保證地理承載力符合設計要求。

1 工程地質概況

在某污水處理廠建設過程中，根據工程地質勘察報告及后期運行要求，將生物反應池設置在淤泥質粉質粘土上面，該施工現場的地質特點為:1層土質為人工回填土，土層厚度為0.5m-4.6m，回填土中含有60%-85%的碎石，碎石粒徑為3cm-20cm，砂、粘性土含量比較少，該層結構的松散性沒有經過處理，不適合做建筑物的天然地基持力層;2層土質為灰黃色粉質粘土，土質比較好，土層厚度為0.2m-3m，可以當作一般建筑物的天然地基持力層，但土層的分布不均勻，局部缺失現象比較嚴重，土層下部存在高壓縮性灰色淤泥質粉質粘土;3層土質為灰色粉砂夾粘土，土質分布不均勻，厚度為3.5m-5.4m，該土層具有高壓縮性，并且分布在整個區域;4層土質為灰黃色粘土，土質比較好，土層的力學性質比較好，土層為中壓縮性、厚度為0.9m-7.5m。

2 地基處理方案

2.1 地基處理方案的確定

該工程生物反應池建設場地的地質土層中淤泥質土和粘土比較厚，不適合選用強夯處理;沉管灌注樁、預制鋼筋混凝土樁能解決地基沉降、結構抗浮的問題，但該工程地質比較軟弱，持力層只能選擇4層粘土層，樁長需要在40m，而沉管灌注樁的樁長一般為30m，因此，選用預制鋼筋混凝土樁為基礎;建筑物需要進行抗浮處理，因此，需要采用沉管擠密抗拔防浮碎石樁處理地基沉降、抗浮等問題;由于預應力鋼筋混凝土樁樁長比較長，工程費用比較高，因此，本工程采用沉管擠密抗拔防浮碎石樁作為地基基礎處理方案。

2.2 沉管擠密抗拔防浮碎石樁的構造

沉管擠密抗拔防浮碎石樁由擠密碎石樁、抗拔鋼筋束、抗拔錨固頭三部分組成，擠密碎石樁能和土體組成一個新的受力體，有效的提高地基的承載力，同時擠密碎石樁還具有排水、消除砂層液化、擠密土層的效果;抗拔鋼筋束和抗拔錨固頭能為建筑物提供抗浮力，確保水池在浮力的作用下，也可以正常運行。

2.3 沉管擠密抗拔防浮碎石樁成樁工藝

本工程采用直徑為500mm，使用震動夯擴灌注樁的樁基設備成孔。在進行成樁施工時，首先在設定的樁位上安裝預制混凝土樁尖，然后將外管和內管對準樁尖用錘擊沉管;當沉管達到設計要求后，將內管拔出，同時向管內灌注混凝土擴大頭設計數量;然后將內管放在外管中進行夯擴，夯擴過程中緩慢的將內管拔起;內管拔起后，安裝預先經過防腐處理的鋼筋束，同時計算好充盈系數，并開始灌注碎石料，碎石料灌注結束后，將內管安裝在外管中，開始振動拔管，樁管拔出地面后，成樁結束。

3 沉管擠密抗拔防浮碎石樁的原理

抗拔碎石樁的抗拔力是通過抗拔鋼筋傳遞到擴大頭，然后在傳遞到周圍土體，上拔時，沉管擠密抗拔防浮碎石樁的擴大頭的土抗力先達到極限，而此時沉管擠密抗拔防浮碎石樁側摩擦阻力只達到極限值的一部分，因此，沉管擠密抗拔防浮碎石樁的總極限上拔力對應的位移比較小。沉管擠密抗拔防浮碎石樁的作用原理主要體現在以下幾個方面。

3.1 擠密作用

在下沉樁管時，樁管會對周圍砂層產生橫向作用力，將土層中和樁管體積相同的土擠向周圍土體，從而使得的周圍的土體更加密實，在灌注碎石、振動等過程中也會將周圍土體擠密，這樣能有效的提高地基的抗剪強度。

3.2 置換作用

地基經過碎石樁加固后，會形成一個復合地基，當荷載作用在復合地基上時，碎石樁和土體的沉降量是相同的，但土體的壓縮模量小于樁的壓縮模量，荷載會集中在碎石樁上，這樣會減少土體承受的荷載。

3.3 排水作用

當地震荷載施加在土層上時，土會發生收縮現象，土體空隙水壓力會增加，土層中的砂土會處于離散狀態，發生液化現象，沉管擠密抗拔防浮碎石樁的透水性比較好，能形成一個排水通道，發生地震時，能將產生的孔隙水壓力及時排出，從而達到防止液化的效果。

3.4 形成復合地基

沉管擠密抗拔防浮碎石樁取代了同體積的粉土、細砂，沉管擠密抗拔防浮碎石樁能和周圍的土地形成一個新的受力體，這樣有效的改善原來地基的性能。

4 布樁要求

根據施工要求及地質狀況，在進行生物反應池布樁時，要注意為保證底板地基土和周圍軟土層受力均勻，要在池底板邊線均勻的布置兩排沉管擠密抗拔防浮碎石樁，樁距為2020mm×2000mm，樁長為10.2m-10.5m，樁徑為500mm;在進行復合地基承載力施工時，要進行單樁靜載抗拔檢測，從而保證復合地基的承載力符合設計要求。

沉管擠密抗拔防浮碎石樁施工結束后，要對整個地基的承載力進行試驗，其具體過程為采用千斤頂、精密油壓表組成的加載系統，用慢速維持荷載法對地基進行加載，每級施加的荷載為最大試驗荷載的十分之一，在加載過程中要認真記錄地基最大變形量及殘余變形量。通過試驗證明，沉管擠密抗拔防浮碎石樁滿足本工程設計要求，能采用這種方法進行地基處理。

5 總結

沉管擠密抗拔防浮碎石樁能有效的對軟弱地基進行處理，在水池工程中采用沉管擠密抗拔防浮碎石樁，能解決建筑物抗浮問題，提高地基的承載力、降低地基沉降量、減少地基壓縮性、消除地基液化現象，沉管擠密抗拔防浮碎石樁對水池工程施工有十分重要的作用。

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