PHC管樁與攪拌樁聯合加固法在軟基工程中的應用

呂漢增

摘要：針對珠海市某水船閘工程中因局部攪拌樁成樁質量不理想，可能導致部分區域存在沉降過大，造成無法滿足水船閘運行需要的結構物不均勻沉降，采用加打PHC管樁與攪拌樁聯合加固的方法，根據樁基需承載的載荷、地質情況、與非加固區域沉降協調等條件設計樁基加固方案，并根據試樁壓樁力及靜載試驗的載荷沉降關系線對施工方案進行修正。經聯合加固法施工后的加固區域承載力及整體穩定能滿足規范要求，總體沉降與非加固區域基本相協調。作為復合地基加固處理方法，在珠海地區的水船閘工程中尚屬首例。

關鍵詞：軟土地基PHC管樁 聯合加固 加固方案

中圖分類號：TU7 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）03（b）-0093-02

1 工程概況

珠海市某水船閘工程位于金灣區某水道出海口處，項目包含引堤和水船閘總長度1.147km，由排水閘、船閘外閘首和空箱連接段組成。該工程地基基礎坐落在淤泥土層上，其地基承載力不能滿足要求，設計采用水泥攪拌法（粉噴樁）結合換填砂墊層處理。經攪拌樁質量檢測結果顯示，船閘閘首、外海側左右導航墻、上游側U型槽、內海側翼墻、1、2、5、6空箱等部位（以下分別稱A、B、C、D、E、F、G、H、I區）攪拌樁的成樁質量和長度未達到設計要求，攪拌樁抽芯檢測結果不理想，有問題的部位存在安全隱患，可能會導致沉降過大、受力不均、地基承載力不足及深層滑動等問題。

根據鉆孔揭示，工程區地層結構由上及下分別為淤泥、粘土、中粗砂混淤泥、淤泥質粘土、殘積土以及基巖。堤防及建筑物地基大多為軟土，場地土類型屬軟弱土，建筑場地類別為Ⅲ類，場地為對建筑抗震不利地段，淤泥及淤泥質土會發生震陷。根據含水的特征及地下水賦存條件、水力特征，區內地下水可劃分為松散巖類孔隙水及基巖裂隙水。地下水位埋深0.3～0.5 m，地下水位高程0.0～0.5 m。地下水與河水水力聯系比較密切，豐水高潮位時河水補給地下水，枯水低潮位時地下水向河流排泄。

2 加固方案設計

（1）加固思路

先對成樁質量和長度滿足設計要求的非加固區域進行沉降計算，作為擬加固區域加固處理后沉降設計的依據或條件，再根據攪拌樁的檢測結果、上部荷載等對擬加固區域進行沉降計算，計算出和非加固區域沉降基本一致時，擬加固區原攪拌樁復合地基所承擔的荷載，總荷載減去原攪拌樁復合地基所承擔的荷載即為加固樁基要承擔的荷載；最后根據樁基要承擔的荷載、地質條件、與非加固區域沉降協調等條件對加固樁基進行設計。

（2）沉降、承載力計算復核分析及加固措施

I.攪拌樁合格區域復合地基沉降量的確定

以底下攪拌樁未檢測出有問題的船閘閘首相鄰的3#、4#空箱基礎底板為例，計算其沉降。

各土層按分層總和法算出其沉降量：

式中：

S——地基最終沉降量（mm）；

——按分層總和法計算出的地基沉降量（mm）；

——沉降計算經驗系數；

n——地基沉降計算深度范圍內所劃分的土層數；

——對應于荷載效應準永久組合時的基礎底面附加壓力（kPa）；

——基礎底面下第i層土的壓縮模量（MPa）；

、——基礎底面至第i層土、第i-1層土底面的距離（m）；

、-1——基礎底面計算點至第i層土、第i-1層土底面范圍內平均附加應力系數。

已知，基礎板尺寸為20×40 m，基底荷載為81.1 kPa，根據地質報告結合軟土處理工程經驗，淤泥、粘性土、砂質粘性土及礫質粘性土壓縮模量取值分別為1.81 MPa、15.0 MPa、25.0 MPa、25.0 MPa，攪拌樁樁身壓縮模量為100 MPa，則原設計方案在正常情況下攪拌樁復合地基沉降量為48.56 mm，約為50 mm。

考慮施工因素及成樁質量因素，假定其實際沉降量為55 mm。

II.各擬加固區域攪拌樁復合地基承擔荷載的確定

由于上述A區等9個區域攪拌樁成樁未達規范要求，需對其進行補強加固，擬采用補打管樁方案。同時考慮原有攪拌樁的作用，是荷載由管樁和攪拌樁復合地基共同承擔。根據上述計算方法，在攪拌樁復合地基在沉降達到55 mm時，上述各區域所能承擔荷載如表1所示。

III.各區域補強管樁承載力及沉降協調時承擔荷載值計算

管樁采用PHC-AB400（95）型管樁，管樁頂部與基礎底板之間設30 cm砂墊層，管樁沉降及承載力參照下式計算：

管樁沉降：

樁頂砂墊層壓縮量：

樁身壓縮量：

樁底持力層沉降量：

管樁承載力：

參照地質報告，淤泥層、淤泥質土、粘性土及殘積土層樁周摩阻力系數分別為8 kPa、14 kPa、33 kPa及45 kPa，殘積土層樁端阻力系數為2800 kPa。根據沉降公式，結合各區域的地質情況，各區管樁的入持力層時其承載力及在沉降量約55 mm時所承擔的荷載如表2所示。

Ⅳ管樁補樁數計算及樁基實際沉降計算

根據每一區域復合地基承擔的荷載及每一管樁單樁所要承擔的荷載，計算出上述區域須補充的管樁數量，再根據補樁數計算加固后各區域樁基的沉降量，結果如表3所示。

由上述計算結果可以看出，加固后各區域樁承擔荷載在其承載范圍內，符合要求，各加固區域樁基的沉降量在55 mm左右，沉降基本與原有攪拌樁基非加固區域的沉降基本協調。

（3）整體穩定性計算復核分析及加固措施

I.加固前穩定性計算

根據檢測結果，B區、C區、E區等三個區域攪拌樁成樁效果較差，需進行區域穩定性復核計算。通過計算，墻后填土到▽2.0 m時的整體穩定安全系數低于填土到▽0.0 m時的安全系數，因此以填土到▽2.0 m的工況為控制工況。經計算，以上三個區域整體穩定安全系數分別為1.118、0.905及0.983，均小于1.15，未達到規范要求，需采取加固措施。endprint

II.加固措施

擬在B區墻后新增3排攪拌樁，間距為1.0 m×1.0 m，深度為10 m；C區墻后新增6排攪拌樁，間距為1.0 m×1.0 m，深度為10m；在E區新增L形（平面）的攪拌樁，間距為1.0 m×1.0 m，深度為10 m。加固后整體穩定安全系數計算結果表明，采取加固措施后B區、C區及E區的整體穩定安全系數分別為1.15，1.161及1.196，均滿足規范要求。

3 加固方案的調整及修正

（1）現場試樁及靜載試驗情況

經在G區、A區及C區做單樁靜載試驗，以確定補打管樁的靜載P與沉降S實際關系曲線。管樁采用PHC-AB400（95）型管樁，施打方式為靜力壓樁。結果如下：

G區1#試驗樁試打最大壓樁力為1041 kN，壓入樁長為29.0 m；

A區2#試驗樁試打最大壓樁力為1176 kN，壓入樁長為28.5 m；

C區3#試驗樁試打最大壓樁力為1221 kN，壓入樁長為27.5 m。

從以上試驗結果可以看出，當壓樁力達到1041～1221 kN試，其壓入長度為27.5～29.0 m，與上述計算結果稍有出入，原因是各區域地質情況變化起伏較大，各樁穿越土層實際長度與計算結果有差異。

對試驗樁進行單樁靜載荷試驗，以確定其載荷P與沉降S的實際關系，試驗結果見表4及圖1。

從以上試樁結果可以看到，當各試樁承受荷載為900 kN時，其實際沉降量為4.3～10.0 mm，平均約8.0 mm。

（2）加固方案的修正

根據上述計算結果，基于對上部結構受力均勻的考慮，對各區的補樁數量進行調整，具體方案見表5。其中C區補樁數與原計算結果存在差異，原因是實際試樁發現該區域地質情況差于地質鉆孔NS4所揭露的地質情況，因此對該區的地基沉降情況重新進行復核。

3#空箱處增補9根管樁目的是讓其與上閘首處沉降保持相對協調，把可能出現的相對沉降差預留在3#、4#空箱交接處，以便于止水措施的處理。此外，B區、C區及E區由于外側有大量填土，因而在導航墻填土側增補一排管樁，以分擔填土的壓力，減少大面積填土對其沉降和穩定的影響。

（3）加固方案的工作量

本方案的主要工程量是補打管樁和補打攪拌樁，其工程量為：補打管樁183根，平均長約27 m，共施打4941 m；增加攪拌樁435根，每根長10 m，共施打攪拌樁4350 m。

4 結語

經補打管樁及攪拌樁聯合加固后，加固區域總體沉降可達到55 mm左右，與非加固區域的沉降基本相協調。該工程于2012年12月建成交付使用，截止至2013年底，運行正常，沉降和不均勻沉降情況比較理想。

加固工程完成后，建議增加底板底壓力監測，以了解攪拌樁及管樁各自真實的荷載分擔情況。同時，不同基礎形式之間仍可能存在不均勻沉降，建議加強不同基礎形式之間的止水處理措施，應做好底板下砂墊層的防滲處理。本方案具有施工速度快，技術指標可操作性強，加固效果明顯，在珠海地區水船閘軟基加固處理有較好的示范效果。

參考文獻

[1] 李兆勇.論水泥攪拌樁+PHC樁在淤泥軟土地基中的應用[J].城市建設，2013（11）.

[2] 邵學富.PHC管樁單樁豎向承載力的確定方法[J].南通大學學報（自然科學版），2007（4）.

[3] 苗金麗，王鳳梅，陳枝東.靜壓預應力高強混泥土管樁豎向承載力及沉降特性[J].施工技術，2008（S1）.endprint

II.加固措施

擬在B區墻后新增3排攪拌樁，間距為1.0 m×1.0 m，深度為10 m；C區墻后新增6排攪拌樁，間距為1.0 m×1.0 m，深度為10m；在E區新增L形（平面）的攪拌樁，間距為1.0 m×1.0 m，深度為10 m。加固后整體穩定安全系數計算結果表明，采取加固措施后B區、C區及E區的整體穩定安全系數分別為1.15，1.161及1.196，均滿足規范要求。

3 加固方案的調整及修正

（1）現場試樁及靜載試驗情況

經在G區、A區及C區做單樁靜載試驗，以確定補打管樁的靜載P與沉降S實際關系曲線。管樁采用PHC-AB400（95）型管樁，施打方式為靜力壓樁。結果如下：

G區1#試驗樁試打最大壓樁力為1041 kN，壓入樁長為29.0 m；

A區2#試驗樁試打最大壓樁力為1176 kN，壓入樁長為28.5 m；

C區3#試驗樁試打最大壓樁力為1221 kN，壓入樁長為27.5 m。

從以上試驗結果可以看出，當壓樁力達到1041～1221 kN試，其壓入長度為27.5～29.0 m，與上述計算結果稍有出入，原因是各區域地質情況變化起伏較大，各樁穿越土層實際長度與計算結果有差異。

對試驗樁進行單樁靜載荷試驗，以確定其載荷P與沉降S的實際關系，試驗結果見表4及圖1。

從以上試樁結果可以看到，當各試樁承受荷載為900 kN時，其實際沉降量為4.3～10.0 mm，平均約8.0 mm。

（2）加固方案的修正

根據上述計算結果，基于對上部結構受力均勻的考慮，對各區的補樁數量進行調整，具體方案見表5。其中C區補樁數與原計算結果存在差異，原因是實際試樁發現該區域地質情況差于地質鉆孔NS4所揭露的地質情況，因此對該區的地基沉降情況重新進行復核。

3#空箱處增補9根管樁目的是讓其與上閘首處沉降保持相對協調，把可能出現的相對沉降差預留在3#、4#空箱交接處，以便于止水措施的處理。此外，B區、C區及E區由于外側有大量填土，因而在導航墻填土側增補一排管樁，以分擔填土的壓力，減少大面積填土對其沉降和穩定的影響。

（3）加固方案的工作量

本方案的主要工程量是補打管樁和補打攪拌樁，其工程量為：補打管樁183根，平均長約27 m，共施打4941 m；增加攪拌樁435根，每根長10 m，共施打攪拌樁4350 m。

4 結語

經補打管樁及攪拌樁聯合加固后，加固區域總體沉降可達到55 mm左右，與非加固區域的沉降基本相協調。該工程于2012年12月建成交付使用，截止至2013年底，運行正常，沉降和不均勻沉降情況比較理想。

加固工程完成后，建議增加底板底壓力監測，以了解攪拌樁及管樁各自真實的荷載分擔情況。同時，不同基礎形式之間仍可能存在不均勻沉降，建議加強不同基礎形式之間的止水處理措施，應做好底板下砂墊層的防滲處理。本方案具有施工速度快，技術指標可操作性強，加固效果明顯，在珠海地區水船閘軟基加固處理有較好的示范效果。

參考文獻

[1] 李兆勇.論水泥攪拌樁+PHC樁在淤泥軟土地基中的應用[J].城市建設，2013（11）.

[2] 邵學富.PHC管樁單樁豎向承載力的確定方法[J].南通大學學報（自然科學版），2007（4）.

[3] 苗金麗，王鳳梅，陳枝東.靜壓預應力高強混泥土管樁豎向承載力及沉降特性[J].施工技術，2008（S1）.endprint

II.加固措施

擬在B區墻后新增3排攪拌樁，間距為1.0 m×1.0 m，深度為10 m；C區墻后新增6排攪拌樁，間距為1.0 m×1.0 m，深度為10m；在E區新增L形（平面）的攪拌樁，間距為1.0 m×1.0 m，深度為10 m。加固后整體穩定安全系數計算結果表明，采取加固措施后B區、C區及E區的整體穩定安全系數分別為1.15，1.161及1.196，均滿足規范要求。

3 加固方案的調整及修正

（1）現場試樁及靜載試驗情況

經在G區、A區及C區做單樁靜載試驗，以確定補打管樁的靜載P與沉降S實際關系曲線。管樁采用PHC-AB400（95）型管樁，施打方式為靜力壓樁。結果如下：

G區1#試驗樁試打最大壓樁力為1041 kN，壓入樁長為29.0 m；

A區2#試驗樁試打最大壓樁力為1176 kN，壓入樁長為28.5 m；

C區3#試驗樁試打最大壓樁力為1221 kN，壓入樁長為27.5 m。

從以上試驗結果可以看出，當壓樁力達到1041～1221 kN試，其壓入長度為27.5～29.0 m，與上述計算結果稍有出入，原因是各區域地質情況變化起伏較大，各樁穿越土層實際長度與計算結果有差異。

對試驗樁進行單樁靜載荷試驗，以確定其載荷P與沉降S的實際關系，試驗結果見表4及圖1。

從以上試樁結果可以看到，當各試樁承受荷載為900 kN時，其實際沉降量為4.3～10.0 mm，平均約8.0 mm。

（2）加固方案的修正

根據上述計算結果，基于對上部結構受力均勻的考慮，對各區的補樁數量進行調整，具體方案見表5。其中C區補樁數與原計算結果存在差異，原因是實際試樁發現該區域地質情況差于地質鉆孔NS4所揭露的地質情況，因此對該區的地基沉降情況重新進行復核。

3#空箱處增補9根管樁目的是讓其與上閘首處沉降保持相對協調，把可能出現的相對沉降差預留在3#、4#空箱交接處，以便于止水措施的處理。此外，B區、C區及E區由于外側有大量填土，因而在導航墻填土側增補一排管樁，以分擔填土的壓力，減少大面積填土對其沉降和穩定的影響。

（3）加固方案的工作量

本方案的主要工程量是補打管樁和補打攪拌樁，其工程量為：補打管樁183根，平均長約27 m，共施打4941 m；增加攪拌樁435根，每根長10 m，共施打攪拌樁4350 m。

4 結語

經補打管樁及攪拌樁聯合加固后，加固區域總體沉降可達到55 mm左右，與非加固區域的沉降基本相協調。該工程于2012年12月建成交付使用，截止至2013年底，運行正常，沉降和不均勻沉降情況比較理想。

加固工程完成后，建議增加底板底壓力監測，以了解攪拌樁及管樁各自真實的荷載分擔情況。同時，不同基礎形式之間仍可能存在不均勻沉降，建議加強不同基礎形式之間的止水處理措施，應做好底板下砂墊層的防滲處理。本方案具有施工速度快，技術指標可操作性強，加固效果明顯，在珠海地區水船閘軟基加固處理有較好的示范效果。

參考文獻

[1] 李兆勇.論水泥攪拌樁+PHC樁在淤泥軟土地基中的應用[J].城市建設，2013（11）.

[2] 邵學富.PHC管樁單樁豎向承載力的確定方法[J].南通大學學報（自然科學版），2007（4）.

[3] 苗金麗，王鳳梅，陳枝東.靜壓預應力高強混泥土管樁豎向承載力及沉降特性[J].施工技術，2008（S1）.endprint