柔剛勁性復(fù)合樁在地下污水廠中的應(yīng)用

葉源新

（上海城投水務(wù)（集團(tuán)）有限公司，上海市 200002）

0 引言

在巖土工程的實(shí)際應(yīng)用中，單一樁型有一定的局限性：水泥土類樁的樁身強(qiáng)度受土質(zhì)、施工工藝影響較大；鉆孔灌注樁造價(jià)較高，且對(duì)環(huán)境影響較大；預(yù)應(yīng)力管樁單樁承載力較低，且遇密實(shí)砂層時(shí)沉樁較為困難。柔剛勁性復(fù)合樁是將常用的柔性水泥土類樁、剛性混凝土類樁兩種單一樁型相互復(fù)合，后一種樁體在前一種樁體上再次施工，形成的具有互補(bǔ)增強(qiáng)作用的樁。根據(jù)內(nèi)芯樁相對(duì)于攪拌樁的長度可分為勁性復(fù)合樁可分為短芯、等芯、長芯柔剛復(fù)合樁，見圖1。

圖1 柔剛復(fù)合樁構(gòu)造示意圖

1 工程概況

白龍港地下污水處理廠將主要構(gòu)（建）筑物合建成一個(gè)集約化的水池及生產(chǎn)用房，置于地下一定的深度，然后在水池上方建造一個(gè)鋼筋混凝土空箱，空箱頂板上覆土約0.5～2.0 m，從而形成一個(gè)二層地下空間結(jié)構(gòu)，即地下箱體，箱體的上層為空箱結(jié)構(gòu)，作為巡視操作層，下層為水池結(jié)構(gòu)，箱體頂板上覆土種植綠化形成大片綠地景觀。白龍港地下污水廠箱體平面尺寸513.6 m×282.5 m，最大埋深為14.5 m。

所處區(qū)域內(nèi)的地基土為第四紀(jì)全新世Q34～上更新世Q23的沉積層，主要由填土、粉性土、淤泥質(zhì)土、黏性土組成。

對(duì)于地下污水廠，地下結(jié)構(gòu)埋置深度較深，水池及空箱加上覆土后荷載很大，單樁抗壓承載力要求較高。同時(shí)，由于污水處理廠存在定期放空檢修工況，樁基需要承受拔力，且構(gòu)筑物埋深較大，樁基承受拔力也較大。

對(duì)于樁基方案，對(duì)鉆孔灌注樁、PHC管樁、勁性復(fù)合樁三種方案進(jìn)行比選。根據(jù)上海地區(qū)一般采用的樁型，鉆孔灌注樁采用直徑600，PHC管樁采用直徑500，勁性復(fù)合樁采用直徑700攪拌樁內(nèi)插直徑500異形樁。

鉆孔灌注樁施工無擠土效應(yīng)，適合各種地質(zhì)情況施工；在質(zhì)量控制方面，灌注樁施工要求較高，孔底沉渣不易清除干凈，易出現(xiàn)塌孔、縮徑等質(zhì)量問題，須采取嚴(yán)格質(zhì)量保證措施；泥漿排放量大，環(huán)境友好性較差；造價(jià)相對(duì)較高。

PHC管樁施工質(zhì)量較易控制；施工速度快，進(jìn)度有保障；造價(jià)相對(duì)較低；施工擠土效應(yīng)較大，大規(guī)模施工時(shí)應(yīng)控制沉樁順序及沉樁速度；送樁長度大或穿越硬土層時(shí)施工較為困難。

勁性復(fù)合樁單樁承載力較高，沉樁較為容易，施工質(zhì)量易控制；沉樁震動(dòng)及擠土效應(yīng)對(duì)附近已有建構(gòu)筑物影響較小；造價(jià)較灌注樁節(jié)約；產(chǎn)生泥漿量小，環(huán)境友好。

考慮本工程基坑較深，工程樁樁頂埋置較深，空鉆或者送樁長度較大，為加快施工速度，減小對(duì)周邊環(huán)境影響，選用等芯柔剛勁性復(fù)合樁。

樁基設(shè)計(jì)示意見圖2。

圖2 樁基設(shè)計(jì)示意圖（單位：mm）

2 勁性復(fù)合樁設(shè)計(jì)方案[1-5]

（1）抗壓承載力特征值計(jì)算

勁性復(fù)合樁樁側(cè)破壞面位于內(nèi)、外芯界面時(shí)，基樁豎向抗壓承載力特征值按式（1）計(jì)算：

式中：qcsa為勁性復(fù)合樁復(fù)合段內(nèi)芯側(cè)阻力特征值（kPa），取32 kPa；qcpa為勁性復(fù)合樁內(nèi)芯樁端土的端阻力特征值（kPa），可按《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》JGJ94取值。

經(jīng)計(jì)算Ra1=2 038 kN。

勁性復(fù)合樁樁側(cè)破壞面位于外芯和樁周土的界面時(shí)，基樁豎向抗壓承載力特征值可按下式計(jì)算：

計(jì)算參數(shù)根據(jù)地勘報(bào)告及規(guī)范相關(guān)條文取值，具體見表1。

表1 勁性復(fù)合樁計(jì)算參數(shù)表

經(jīng)計(jì)算，Ra=1 800 kN。

最終抗壓承載力特征值取樁側(cè)破壞面位于內(nèi)、外芯界面時(shí)和樁側(cè)破壞面位于外芯和樁周土的界面時(shí)小值，即 Ra=min（Ra1,Ra2）=1 800 kN。

（2）抗拔承載力特征值計(jì)算

破壞面位于內(nèi)、外芯界面時(shí)，單樁豎向抗拔承載力特征值可按式（3）計(jì)算：

式中：λc為勁性復(fù)合樁復(fù)合段內(nèi)芯抗拔系數(shù)，取0.70。

經(jīng)計(jì)算，Tua1=1 000 kN。

破壞面位于外芯和樁周土的界面時(shí)，單樁豎向抗拔承載力特征值可按式（4）計(jì)算：

式中：λ為勁性復(fù)合樁外芯抗拔系數(shù)，取0.70。

經(jīng)計(jì)算，Tua2=725 kN。

最終抗拔承載力特征值取樁側(cè)破壞面位于內(nèi)、外芯界面時(shí)和樁側(cè)破壞面位于外芯和樁周土的界面時(shí)小值。Tua=min（Tua1,Tua2）=725 kN。

3 柔剛勁性復(fù)合樁施工技術(shù)

柔剛勁性復(fù)合樁作為一種新型樁型，施工流程如下：

測(cè)量放樣、測(cè)放樁位→樁位復(fù)核→水泥土攪拌樁樁基就位→水泥土攪拌樁施工→靜壓樁機(jī)就位→樁位復(fù)核→靜壓樁機(jī)壓樁→勁性復(fù)合樁成樁。

柔剛勁性復(fù)合樁施工過程中需要注意施工要點(diǎn)如下：

（1）樁基施工應(yīng)注意控制樁位偏差、垂直度。樁位允許偏差為±10 mm，垂直度誤差不大于1/200。

（2）水泥土攪拌樁P.O 42.5普通硅酸鹽水泥，水泥摻入比15%，水泥漿液的水灰比為0.8～1.0，攪拌樁下沉速度為0.5～0.8 m/min，下沉注漿量為70%，攪拌樁攪拌提升速度為1.0～1.6 m/min，提升注漿量為30%。攪拌樁施工應(yīng)確保土體攪拌均勻，必要時(shí)可采用兩噴四攪工藝。

（3）剛性樁應(yīng)在攪拌樁施工完成后6 h內(nèi)插入，垂直度偏差控制在1/450以內(nèi)，定位時(shí)應(yīng)確保剛性樁中心與攪拌樁中心一致。攪拌樁施工完成6 h內(nèi)未壓入剛性樁，或者壓入剛性樁發(fā)現(xiàn)垂直度偏差大、拔出重新壓入超過6 h的，需由攪拌樁機(jī)對(duì)原樁位進(jìn)場復(fù)攪，在6 h內(nèi)施工剛性樁。

4 樁基檢測(cè)

工程樁施工前，進(jìn)行單樁豎向抗壓、抗拔荷載試驗(yàn)，抗壓試樁共9根，樁長42 m，抗拔試樁共9根，樁長31 m。

根據(jù)試樁所處場地條件、試樁樁長，計(jì)算單樁豎向抗壓承載力特征值為1 800 kN，豎向抗拔承載力特征值為725 kN。樁基安全系數(shù)K=2，故單樁豎向抗壓承載力極限值為3 600 kN，豎向抗拔承載力極限值為1 450 kN。

單樁荷載試驗(yàn)在樁基施工完成后28 d進(jìn)行，采用慢速維持荷載法，檢測(cè)結(jié)果見表2、表3。

表2 單樁豎向抗壓極限承載力試驗(yàn)結(jié)果

表3 單樁豎向抗拔極限承載力試驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)試樁檢測(cè)結(jié)果，勁性復(fù)合樁單樁豎向抗壓、抗拔極限承載力均能達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

5 結(jié)論

（1）柔剛勁性復(fù)合樁能夠結(jié)合水泥土攪拌樁和剛性預(yù)制樁的優(yōu)點(diǎn)，有效地提高了單樁承載力。

（2）勁性復(fù)合樁在成樁后28d進(jìn)行單樁靜載試驗(yàn)，均能達(dá)到設(shè)計(jì)要求。考慮水泥土攪拌樁在后期仍有較大增長空間，可作為樁基的安全儲(chǔ)備。

（3）勁性復(fù)合樁施工相較鉆孔灌注樁不產(chǎn)生泥漿，對(duì)周邊環(huán)境影響較小。同時(shí)造價(jià)明顯低于鉆孔灌注樁，經(jīng)濟(jì)性較好。

（4）勁性復(fù)合樁相較PHC管樁，單樁承載力較高，擠土效應(yīng)較小，適用性更廣泛。

綜上，勁性復(fù)合樁具有承載力高，施工環(huán)境影響小，經(jīng)濟(jì)效益較高等優(yōu)點(diǎn)，值得在同類工程中推廣。

參考文獻(xiàn)：

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