水下預制樁復合地基在重力式碼頭地基處理中的應用

張銘強 江平 徐小梅

摘 要：本文以浙江某重力式碼頭為例，介紹水下預制樁復合地基在重力式碼頭地基處理中的應用。

關鍵詞：水下預制樁復合地基;地基處理;重力式碼頭

中圖分類號：U656.1+11? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? 文章編號：1006—7973（2021）04-0134-03

預制樁復合地基以摩擦型或端承型剛性樁作為豎向增強體的復合地基，如鋼筋混凝土樁、預應力管樁、預應力方樁等。預制樁復合地基通過設置樁帽、控制樁間距和回填土厚度來調節樁土荷載分擔比，形成“土拱效應”，可有效增加樁體承擔荷載的比例，發揮樁的承載能力，有效減少復合地基的沉降。目前預制樁復合地基樁帽結構主要采用現澆混凝土，但現澆樁帽需要干地施工，為了將預制樁復合地基應用于水下，擬以水下水泥攪拌體樁帽結構代替干地現澆混凝土樁帽，充分利用水泥攪拌體可水下施工和水泥攪拌體與預制樁之間的耦合連接，承擔上部荷載，提高地基承載力，有效控制地基工后沉降。本文結合浙江省岱山縣大衢漁港擴建工程，介紹水下預制樁復合地基在重力式碼頭地基處理中的應用。

1工程概況

浙江省岱山縣大衢漁港擴建工程按600HP漁船為設計船型進行設計，碼頭結構采用重力式，碼頭采用拋石基床，碼頭下部結構采用C30預制方塊，碼頭上部結構采用C30現澆塊石混凝土結構，碼頭典型斷面如圖1所示。設計高水位1.95m（85國家高程系，下同），設計低水位-1.75m。

工程區域屬于軟土地質，地基原始承載力無法滿足重力式碼頭結構，須進行地基處理，碼頭地基處理采用水下預制樁復合地基，樁基采用浙江省建筑標準設計結構標準圖集《機械連接先張法預應力混凝土竹節樁》（2016浙G32）附錄中的”400-370-60-A”型，每根樁包含接樁和a型-開口型鋼樁尖，樁長25m左右。

2工程地質

參照工程勘察報告，本工程區域地層具體如下：

第（②）層：淤泥質粉質粘土（Q42+3m），層厚1.50～23.30米，層頂埋深0.00～0.00米，層底標高-26.60～-3.20米。灰色，飽和，流塑，高壓縮性，韌性中等，干強度中等，含少量貝殼碎片和腐殖質，局部含少量粉細砂團塊，搖震反應慢，切面無光澤。

第（④1）層：粉質粘土（Q32-2al+l），層厚0.40～7.80米，層頂埋深11.20～22.90米，層底標高-30.60～-16.30米。灰黃～青灰色，可塑，局部硬塑，中偏低壓縮性，斷面可見鐵錳質氧化物和黃褐色斑塊，干強度中等，韌性中等。局部含少量礫砂。

第（④2）層：粘土（Q32-2m），層厚2.20～10.70米，層頂埋深18.20～21.80米，層底標高-34.50～-22.70米。灰色、青灰色、灰黃色，軟～可塑，中等壓縮性，粘粒含量較高，切面光滑，干強偏高，韌性強。

第（⑤1）層：粉質粘土（Q32-1al+l），層厚1.90～18.00米，層頂埋深13.00～32.50米，層底標高-42.50～-19.10米。青灰色，可塑，局部硬塑，中偏低壓縮性，斷面可見鐵錳質氧化物和黃褐色斑塊，干強度中等，韌性中等。局部含少量碎石。

淤泥質粉質粘土層，飽和，流塑，下部軟塑，高壓縮性，韌性中等，干強度中等，該兩層物理力學性質極差，不能做基礎持力層。粉質粘土層，物理力學性質較好，可以做基礎持力層。

3碼頭地基處理設計

3.1 地基處理設計標準

（1）地基承載力不小于120kPa;

（2）工后沉降不超過10cm。

3.2 地基處理設計

根據工程區域的地質條件和設計承載力，樁長以穿透軟土層為控制標準，梅花形布置，間距2.5m，樁基布置如圖2所示;為了將上部荷載有效地分配到管樁上，樁頂設置直徑1.2m，高度2.0m水泥攪拌體樁帽竹節樁嵌入樁帽1.0～1.5m，樁基樁帽耦合如圖3所示，樁帽上部鋪設一層鋼塑土工格柵以調整樁土間的荷載分擔比。

4碼頭地基處理施工

施工工藝流程：測量定位—攪拌機（船機）就位—噴漿下沉—施工下部樁體—提升攪拌—伸展葉片—切土下沉—提升攪拌—樁帽完成—插入預制樁。

4.1 樁帽施工及質量檢驗

（1）原材料、外加劑及水灰比：水泥土攪拌體樁帽固化劑42.5的硅酸鹽水泥，摻量為18%，同時外摻石膏和木質素磺酸鈣，摻量分別為水泥用量的2% 和0.2%;水泥漿液的水灰比應控制在0.45～0.5范圍內。

（2）強度要求：試樁在達到28d齡期后應全部進行標準貫入試驗和取芯進行室內無側限抗壓強度測試，要求標貫擊數N63.5>20;無側限抗壓強度不小于1.0MPa。

（3）樁帽質量控制：貫穿在施工的全過程，檢查重點是水泥用量、樁帽長、攪拌頭轉數和提升速度、復攪次數和復攪深度、停漿處理方法等。

（4）樁帽施工質量檢驗：成樁3d內，可用輕型動力觸探（N10）檢查每米樁身的均勻性，檢驗數量為施工總樁數的1%;成樁28d后，用雙管單動取樣器鉆取芯樣做抗壓強度檢驗，檢驗數量為施工總樁數的0.5%。

4.2 機械連接先張法預應力混凝土竹節樁施工及質量檢驗

水泥攪拌樁帽施工完成后，采用靜壓法打入預制樁，使預制樁與水泥攪拌體樁帽耦合連接。

機械連接先張法預應力混凝土竹節樁沉樁施工步驟：

（1）沉樁時必須固定端大螺帽朝上，張拉端小螺帽朝下，不得混淆。

（2）預應力混凝土竹節樁的混凝土必須達到設計強度及齡期（常壓養護28d或蒸壓養護1d，常壓養護14d）后方可沉樁。

（3）預應力混凝土竹節樁起吊垂直度在80度以內時嚴禁單點拖拉。

（4）第一節預應力混凝土竹節樁插入地面時的垂直度偏差不得超過0.5%，與第二節以上的預應力混凝土竹節樁、樁錘、樁帽或送樁器應與樁身在同一中心線上。

（5）禁止采用將上下節樁軸線形成夾角的方法調整上節樁的垂直度。

（6）沉樁過程中應經常觀測樁身的垂直度，若樁身垂直度偏差超過0.5%時，應找出原因并設法糾正;嚴禁用移動樁架等強行回扳的方法糾偏。

（7）每一節樁應一次性連續打（壓）到底，接樁、送樁應連續進行，盡量減少中間停歇時間。

（8）沉樁過程中，出現貫入度反常、樁身傾斜、位移、樁身或樁頂破損等異常情況時，應停止沉樁，待查明原因并進行必要的處理后，方可繼續施工。

（9）沉樁宜采用靜壓法，頂壓式，樁帽或送樁器之間應加設彈性襯墊，沉樁按標高控制。

5結語

本文提出了一種應用于水下預制樁復合地基的耦合式樁帽結構，包括水下打設水泥攪拌體樁帽、水上打設預制樁、預制樁與水泥攪拌體樁帽的耦合連接，其特征在于：擬以水下水泥攪拌體樁帽結構代替干地現澆混凝土樁帽，充分利用水泥攪拌體可水下施工，無需臨時圍堰和止水帷幕的優點，達到降低成本，縮短施工周期的目的。通過采用應用于水下預制樁復合地基的耦合式樁帽結構，大大拓寬預制樁復合地基的水下應用范圍，實現無圍堰、無止水、無降水施工;提高了工程安全性，并節約了工程投資。

參考文獻：

[1]JTS 147-2017，水運工程地基設計規范[S].

[2]JGJ220-2012，建筑地基處理設計規范[S].

[3]GB/T50783-2012，復合地基技術規范[S].

[4]龔曉南.地基處理手冊（第三版）[M].北京：中國建筑工業出版社，2008.

本研究由浙江省交通運輸廳科研計劃項目（2018016）資助。