加芯攪拌樁復合地基處理在橋頭軟土地基處理中的應用

葉紹棠

（廣州市市政工程設計研究總院有限公司，廣東 廣州 510060）

0 引言

近年來，華南地區市政道路建設進展迅猛，而在沿海地區市政項目中，由于沿海區域普遍存在較深軟土的特殊性，在項目總投資中軟基處理投資造價所占比例較大。經濟合理的處理方案會在很大程度上促進項目的推進。

關于加芯攪拌樁設計、施工及機械設備的研究成果很多，國家與地方也發布了相關技術規范[1-6]，詳細說明加芯攪拌樁復合地基處理的適用范圍、承載力計算和檢測等相關內容。但研究多集中于施工、檢測經驗積累，關于加芯攪拌樁設計要點的總結較少。陳佐林[7]根據沿海地區鐵路站場施工特點，結合寧德站使用多向加芯攪拌樁進行地基處理施工的實際情況，對加芯攪拌樁施工工藝及施工質量控制進行了詳細的闡述。劉鵬程[8]通過物理檢測，利用ANSYS 有限元進行數值模擬，評價了加芯攪拌樁其關鍵技術參數選取的合理性。

本文結合項目自身特點，從技術可行性、造價成本、施工難度等方面對引道軟基采用加芯攪拌樁的施工方式進行綜合分析，保證了施工方案的合理性，有效推進項目建設。從實施情況看，項目在控制經濟成本的情況下引道軟基處理檢測成果符合要求。本文總結了相關設計及施工技術，為后期項目建設選擇更經濟、更合理的處理方案積累經驗。

1 工程概況

某項目位于南沙區黃閣鎮，道路規劃為城市主干路，道路紅線寬度為60 m，雙向8 車道，設計速度為60 km/h。場地蕉門水道環繞南北，絕大部分為沙田平原，土壤肥沃，地勢平坦。

項目跨涌橋兩端引道填土高度大于4 m，引道擋墻最大擋高約6 m，采用鋼筋混凝土材質。根據地勘資料，橋頭引道范圍存在較深軟土地質，需要進行軟基處理。

2 工程地質概況

根據前期初勘報告及區域地質資料，場區內土層為人工填土、第四系三角洲海陸交互相沉積、沖洪積、殘積土層，人工填土主要為素填土。橋頭引道段部分地質鉆孔如圖1 所示。

圖1 橋頭引道段部分地質鉆孔

3 加芯攪拌樁設計

本項目引道最大填土為4 m，擋墻最大高度為6 m，引道復合地基承載力為140 kPa，擋墻基底要求復合地基承載力為200 kPa。根據以上要求以及地層相應參數，結合南沙地區以往軟基處理經驗，水泥攪拌樁復合地基承載力難以達到要求，預應力管樁綜合單價過高。加芯攪拌樁具有造價成本低、適用性強、施工簡易等優勢，故本項目引道及引道擋土墻軟基處理采用加芯攪拌樁復合地基方案。

3.1 加芯攪拌樁簡介

加芯攪拌樁是在多向攪拌樁基礎上的一種技術延伸。利用水泥攪拌樁成樁后攪拌體處于松軟狀態且尚未固結時，及時采用靜壓或現場灌注的方式插入鋼筋混凝土、素混凝土、型鋼等各種芯樁而成樁，是混凝土樁和水泥攪拌樁的技術綜合應用。

加芯攪拌樁的優勢如下。

（1）充分發揮攪拌樁與預制樁的優點，成樁質量可控、可靠，易于監督、檢查；樁體承載力高，工后沉降小。

（2）加芯水泥攪拌樁改善了荷載傳遞途徑及深度，使復合樁全長范圍內的側阻力和樁端阻力得到充分發揮。

（3）芯樁截面尺寸及長度可根據荷載情況進行設計變更，芯樁接觸的是已加固的水泥攪拌土，承載力高，抗震性好，能更有效地控制沉降。

（4）成樁速度快，后續工作少，樁身強度和承載力高。

（5）芯樁的插入還會擠擴周圍水泥土體和樁周土體，使樁周土體的界面粗糙緊密，使側摩阻力大幅提高。

3.2 加芯攪拌樁設計

3.2.1 承載力計算

選取本項目軟弱土層最深的鉆孔土層進行加芯攪拌樁單樁承載力計算驗證。

加芯攪拌樁取外樁直徑為500 mm，芯樁平均直徑為175 mm，計算參數指標如表1 所示。

表1 計算參數指標

上述計算采用短芯樁，外樁樁徑按￠500 mm，引道段按樁間距1.1 m，擋墻基底按間距0.9 m 等正方形布置，加芯攪拌樁樁長8.1m，樁底應進入下臥硬土層0.5 m 以上，采用濕法施工。芯樁首節采用頂截面為 200 mm×200 mm、底截面為 150 mm×150 mm 的倒四方棱臺形，其他節芯樁采用截面為150 mm×150 mm的四方柱形，各節芯樁通過鋼套筒連接。通過上述計算可知，單樁豎向承載力特征值為550 kN，滿足設計要求值300 kN 的要求。

3.2.2 主要技術及構造要求

加芯攪拌樁屬于勁性復合樁類型，原則上必須穿透軟弱層至硬底。加芯攪拌樁施工具體要求與一般水泥攪拌樁一致，樁體所用水泥為42.5 級及以上的普通硅酸鹽水泥，水灰比宜為0.55~0.65，水泥摻和量為12%~15%，其中設計水泥量不低于55 kg/m。

芯樁設計及構造要求應符合以下要求，加芯攪拌樁加固引道軟基如圖2 所示，擋墻底加芯攪拌樁布置如圖3 所示。

圖2 加芯攪拌樁加固引道軟基

圖3 擋墻底加芯攪拌樁布置

（1）當加芯攪拌樁設計樁長不超過9 m 時，采用單節預制芯樁。芯樁為倒四方棱臺形，芯樁上端截面為200 mm×200 mm，下端截面為150 mm×150 mm，芯樁長度按設計樁長減去1 m 進行預制?；炷翉姸鹊燃壊灰说陀贑20。配筋按吊裝運輸條件確定，主筋不小于4 根S00，箍筋采用冷拔鋼絲φ5@250 mm，最小配筋率不宜小于0.4 %。

（2）對設計樁長大于9 m 以上的加芯攪拌樁，采用二節方法預制混凝土芯樁。上節芯樁為倒四方棱臺形，其上端的截面尺寸為200 mm×200 mm，下端的截面尺寸為150 mm×150 mm，上節芯樁的長度h1是不等長的，可依據總設計樁長/2 的原則進行預制；下節為等截面的正方形，截面尺寸為150 mm×150 mm，下節長度h2可調節，h2=樁長H-上節長h1-1 m。混凝土強度等級不宜低于C20。配筋按吊裝運輸條件確定，主筋不小于4 根S00，箍筋采用冷拔鋼絲φ5@250 mm，最小配筋率不宜小于0.4%。在混凝土芯樁的預制過程中，按圖形要求，在上節的下端以及下節的上端需留插入鍍鋅鋼管的預留孔，孔直徑為φ63 mm，孔深155 mm，預制時注意孔應居中，以及芯樁端面與孔的垂直度。

（3）鋼筋保護層厚度不得小于20 mm。

（4）混凝土芯樁節與節之間采用鍍鋅鋼管對穿插入的方式連接。定長的鍍鋅連接鋼管內須預先用M10 水泥砂漿灌滿備用。

（5）混凝土芯樁接樁時，在節與節之間以及鍍鋅鋼管與孔之間采用硫黃膠泥黏結劑固結。

3.3 加芯攪拌樁設計要點總結

本項目設計、施工工藝中的要點可總結如下。

（1）加芯攪拌樁屬于勁性復合樁類型，原則上須穿透軟弱層至硬底，采用正方形布置，樁徑φ0.5 m，樁頂需鋪0.6 m 厚墊層，墊層內鋪設土工格柵。

（2）當加芯樁設計樁長不超過9 m 時，采用單節預制芯樁。設計樁長超過9 m 的加芯攪拌樁，采用二節方法預制混凝土芯樁，混凝土芯樁節與節之間采用鍍鋅鋼管對穿插入的方式連接。定長的鍍鋅連接鋼管內必須預先用M10 水泥砂漿灌滿備用。

（3）施工中應保持多向加芯攪拌樁機底盤的水平和導向架的豎直，垂直度偏差不得超過1%。

（4）加芯攪拌樁屬于非擠土樁，一般情況下對施工順序無特殊要求。

（5）加芯攪拌樁下鉆（提升）速度、供漿與停漿時間、下鉆深度、噴漿高程及停漿面、單樁噴漿量應符合施工工藝的要求，樁端應原位噴漿攪拌10~30 s。

4 結語

（1）本文根據項目建設因素差異，從技術可行性、造價成本、施工難度等方面對加芯水泥攪拌樁施工方法進行綜合分析，結果表明加芯攪拌樁具有承載力高、經濟合理、抗震性好等優勢。

（2）本文介紹加芯攪拌樁設計時承載力計算、主要技術及構造要求，主要包括設計加芯攪拌樁水泥型號、芯樁節段要求、芯樁接樁參數等經驗，可為相關設計、施工案例提供借鑒與參考。

（3）本文總結加芯攪拌樁設計要點，分別在設計、施工、檢測方面對加芯攪拌樁要點、關鍵問題進行總結，提出注意事項，促進后續加芯攪拌樁技術的發展和完善。