論船閘工程施工中混凝土樁復合地基處理技術

李波

（湖南省航務工程有限公司，湖南 長沙 410000）

地基處理工程中，樁體復合地基應用廣泛，通過在原有地基中打樁，使原有地基土體得到加固補強，部分土體被更堅硬的樁體代替，形成樁+原有地基土體的復合地基。按照加固件的方向可將復合地基分為豎向或橫向復合地基，樁體復合地基屬于豎向復合地基，在荷載較大的軟土地基處理中得到廣泛應用。相關施工技術規范為工程施工人員提供了各種樁體復合地基方案，然而工程實踐中，經常會有工程設計方案通過，實際施工卻無法成功實施的現象。為此，本文依托某船閘工程項目，針對其軟土地基處理進行了理論分析和試驗驗證，結合理論與試驗數據制定切實可行的水泥混凝土樁處治方案。

1 工程概況

某船閘工程地處市區東南沿河區域，管控的河流面積210.0km2。基于現場地質勘測可知閘左岸地層從上到下為素填土、粗粒砂、粉質粘土。閘底直接由包含鵝卵石的粉質粘土及砂巖層承力，承載力標準值為180kpa、450kpa；工程所在區域的地基土體性質有顯著差異，不均勻沉降威脅船閘的安全運行，因此，需重點研究該船閘底部原有地基的加固處治方案，結合實際情況采用水泥混凝土樁復合地基處理，并驗證該方式的可行性。

2 工程地質情況

層1-1 為種植土層（Qml4），其中揭露層底深部海拔高程20.08m，厚0.45m。外觀呈黃褐色，結構濕潤松散，呈可塑狀，土體中有大量植物根系，且集中在靠近水體的灘涂區域。

層1-2 為雜填土層（Qml4），其中揭露層底深部海拔高程為19.04～23.68m，厚0.65～1.25mm。層土體回填時間4 年以上，土體外觀顏色包括灰褐色，密度較大、水分含量較高，集中在堤壩內側灘涂區域。

層1-3 為素填土層（Qml4），其中揭露層底深部海拔高程19.34～22.88m,厚0.65～3.95m，土體外觀呈黃灰色，結構稍密，水分含量較高。基于實地勘測，層土體回填時間4 年以上，主要成分為回填黏性土以及少量碎石。集中在堤壩內外側的灘涂區域。

層2 為淤泥質粉質黏土層（Qal4），其中揭露層底深部海拔高程14.16～16.36m,厚0.91～1.25m，土體外觀呈灰黑色，具備流塑特性，水分含量較高，含腐殖質，集中在河床底部。

層3 為粉質黏土層（Qal4），其中揭露層底深部海拔高程19.30～20.23m,厚0.95～1.2m,土體外觀呈黃灰色，土體松軟可塑，水分含量較高，集中在外側灘涂區域。

層4-1 為粉質黏土層（Qal4），其中揭露層底深部海拔高程8.46～18.43m,厚1.40～7.31m，土體外觀呈褐色、灰黃色，具有明顯的可塑特性，工程現場均有分布。

層4-2 為粉質黏土層（Qal4），其中揭露層底深部海拔高程14.91m～17.23m,厚4.2m～4.5m，土體外觀呈黃褐色，土體結構松軟，水分含量較高，局部可塑。零散分布于工程場地。

層5 為粉質黏土層（Qal4），其中揭露層底深部海拔高程11.43m～15.25m, 厚1.25m～6.2m，土體外觀呈黃褐色，整體硬塑，含鐵錳氧化物，主要分布于堤壩內側，夾雜粉質粘土薄層。

層6 為粉質黏土層（Qal4），其中揭露層底深部海拔高程8.64m～11.63m, 厚2.81m～4.71m，土體外觀呈灰褐色，可塑性強，含鐵錳氧化物，主要分布于堤壩內側，夾雜粉質粘土薄層。

層7-1 為淤泥層（Qal4），揭露層底深部海拔高程5.93～11.31m，厚0.95～6.85m，土體外觀呈灰黃色，土體結構致密，水分含量較高。

層7-2 為粉質黏土層（Qal4），揭露層底深部海拔高程8.33m，厚1.69m，土體外觀呈深灰色，結構松散、可塑性強，水分含量較高，中間夾雜少量粉土薄層以及礫石，零散分布于整個場地。

層8-1 為粉砂層（Qal3），揭露層底深部海拔高程5.54～6.68m，厚4.11～4.43m，土體外觀呈黃灰色，結構中密，水分含量高，主體成分為石英石，夾雜少量粉質黏性土。

層8-2 為細砂層（Qal3），揭露層底深部海拔高程8.96～12.95m，厚1.23～5.15m，土體外觀呈灰褐色，質地密實，水分含量高，主體成分為石英石，夾雜少量粉質黏性土。

層9 為角礫層（Qpl3），灰色，揭露層底深部海拔高程-3.29～5.41m，厚1.78～7.92m，土體較密實，水分含量高，主要成份為灰巖，粒徑大小為6～16cm，其中夾雜粉質粘土、中粗砂，零散分布于整個場地。

層10 為卵石層（Qpl3），揭露層底深部海拔高程-0.48～3.6m，厚1.10～6.43m，土體顏色混雜，質地較密，水分含量高，主體成分為粒徑20～40mm 的灰巖，最大可達60mm，形狀為橢圓形，鉆進速度慢，易跳鉆，其中夾雜大量粉質粘土、中粗砂。

層11 為粉質黏土層（Qel3），揭露層底深部海拔高程0.56～2.59m，厚3.71～5.05m，土體外觀呈黃褐色，質地堅硬，硬塑，主體成分為鈣質結核，零散分布于整個場地。

層12-1 為強風化礫巖層(K2z)，揭露層底深部海拔高程-16.26～7.46m，厚3.22～16.71m，土體外觀呈棕色，質地密室，為風化碎石狀，主體成分為灰巖，磨圓度差，難以揀選，礫石粒徑為10～30mm，其中夾雜強風化巖體，局部強風化泥質砂巖。

層12-2 為中風化礫巖層(K2z)，揭露層底深部海拔高程-22.89～3.71m，厚2.31～22.51m，土體外觀呈棕色，多層礫石狀構造，礫石的主要成分為灰巖，磨圓度差，難以揀選，礫石粒徑為10～30mm，含量約60%，巖芯主要為柱狀，部分為塊狀，風化不均勻，節理裂隙發育，其中夾雜泥質軟砂巖。

層13-1 為全風化泥質砂巖層(K2z)，揭露層底深部海拔高程-6.98，厚10.51m，土體外觀呈棕色，強風化，硬塑黏性土狀，其中夾雜少量塊狀、碎塊狀灰巖。

層13-2 為強風化泥質砂巖層(K2z)，揭露層底深部海拔高程-20.26～-2.34，厚4.81～14.31m，土體外觀呈棕色，多層礫石結構，礫石主要成分為灰巖，難以磨圓度差和揀選，礫石粒徑為10～30mm，含量60%左右，巖芯主要為柱狀，部分為塊狀，風化不均勻，節理裂隙發育，其中夾雜泥質軟砂巖。

層13-3 為中風化泥質砂巖層(K2z)，揭露層底深部海拔高程-54.49～-2.01m，厚2.60～32.71m，土體外觀呈棕色，為多層泥砂結構，巖芯主要為柱狀，部分為塊狀，風化不均勻，節理裂隙發育，巖性為極軟巖，風化不勻，局部強風化泥質砂巖。水泥混凝土樁基部位的巖土設計參數如表1 所示。

表1 樁基巖土層設計參數情況表

3 設計水位組合

導航墻的設計水位組合情況如表2 所示。

表2 各工況下墻前及墻后水位組合情況

4 復合地基設計

以該船閘工程下游導航墻為設計對象，墻體高度為12m，采用C30 鋼混土扶壁設計，總長98.66m，頂高程25.68m，船閘底板頂高程▽13.68m，寬度7.9m，厚度0.9m，船閘立板厚度為0.75m,肋板厚度0.59m，過道板寬度1.99m，墻后填土頂高程21.99m，構造段主段長度15.3m。

河流水位較低時，根據安全航行要求，導航墻后水位需超出安全航行水位1m 以上；河流水位較高時，根據安全航行要求，導航墻后水位不應低于最高安全航行水位。按照《船閘水工建筑物設計規范》(JTJ307-2001)中的要求，結合上述兩種設計工況分析計算船閘工程水泥混凝土樁復合地基承載力，驗算結果如表3 所示。

表3 各工況地基反力驗算結論表

該船閘工程的導航墻底部高程處于層7- 粉土層，根據表1 數據可以看出，層7- 粉土層的現有地基承載力允許值f=160kPa，未達到地基最大反力要求，因此需對該層地基進行加固補強。初步方案是利用直徑45cm的預應力高強混凝樁@200cm 梅花型布設，PHC 樁剛度較大，因此，基于相關規范取合適的參數，求得樁長度均值3.9m，樁底部打至層10- 卵石層或層12-1- 強風化礫巖持力層，單根PHC 樁得承載力Rα=546kN，具體如圖1所示。

圖1 導航墻及復合地基斷面圖

此時船閘導航墻樁復合地基端阻力大小為79kN，側阻力大小為468kN，總側阻力的作用占單樁承載力的比例為468/546=85%，由此可見，按照規范“14.1.3”的要求，復合地基中的剛性PHC 樁需滿足摩擦型樁的性能要求。

5 現場施工及變更

2020 年8 月開始導航墻施工，施工方在導航墻周邊開展試樁靜壓試驗施工，樁端部設置鋼制樁靴。試樁施工情況:試樁區域土體地層為粉質砂土層、PHC 樁頂標高+7.66m、樁長度均值為3.9m,設計單根樁承載力180kPa；實際施工中，樁底打入該地層+7.6m 位置時，樁機壓力為225t，保持該壓力5min，PHC 樁端部高程無明顯變化。

結合試樁施工結果、施工實際要求可知，該樁體無法滿足標高要求，且樁底持力地層高程變化較大，導致施工成本增加，同時將形成大量截樁；設計要求樁底打入持力層，樁長變化幅度大，施工難度較大。因此，導航墻基底換用直徑50cm 的C30 素混凝土樁，樁底打入持力層1.2m，測算得到的施工成本及工程量如表4 所示。

表4 工程費用對比分析

通過對比可知，換用C30 素混凝土樁后，施工成本降低79848 元，而且可有效解決PHC 樁無法穿透砂層、樁底施工標高定位難、需花費大量時間處理截樁等問題，因此，確定為最終的地基處理方案。當前，該船閘工程導航墻施工結束，復合地基處理效果達到預期目標。

6 結論

綜上所述，通過對某船閘工程導航墻樁復合地基處理方式的理論分析及實踐驗證，得出最佳的素混凝土樁復合地基處理方案。相較于PHC 樁，素混凝土樁施工更加簡便、成本更低，同時無需處理大量截樁，保證了施工進度，適合用于上部大荷載工程地基處理，是船閘工程中的理想地基處理方案。