勁性復合樁治理航道施工質量檢測研究

◎ 龔裕霞 江西省贛江船閘通航中心

勁性復合樁是一種水泥攪拌樁初凝前打入預制混凝土樁的同芯復合加固樁構型式，既能發揮高韌性、高強度、高載承能力材料和結構的工程效能，又能夠在一定程度上降低工程成本。案例工程在加固內河航道坡岸中，應用勁性復合樁加固技術，在軟土基礎上應用實現該技術，加強施工過程中的結構和施工質量檢測，是工程質量和安全的必不可少的技術保障。下文將結合案例應用，梳理介紹勁性復合樁加固內河航道坡岸現場質量檢測相關內容和技術要點，以為勁性復合樁航道坡岸加固及現場質量檢測應用提供技術參考。

1.工程概況

為某內河航道治理工程是省級重點工程項目，治理里程長達19.09km，按照IV級航道進行整治。所在區域海拔介于5.00～10.00m之間，屬于低平河谷平原。廣泛分布著深厚的粉土、粉質黏土和淤泥質粉質黏土，抗剪強度低，含水率偏高，易發生壓縮變形，厚度達10多米。

為控制工后沉降，確保航道治理質量，須對軟弱土層實施加固處理。原設計采用PHC管樁加固，但考慮該方法存在強度不足、抗滑能力差等不足。后決定采用等芯勁性復合樁加固，其芯樁為PHC管樁，徑值30cm，壁厚5.50cm，外芯為水泥攪拌樁，樁徑70cm，復合樁長度8.00m，樁間距1.70～2.00m，由內向外編號1#～4#。工程作業包括基礎加固、C25混凝土重力護岸、挖掘土方、填筑坡岸等方面。

2.勁性復合樁工藝

2.1 工藝流程

勁性復合樁工藝流程：

（1）預制鋼筋混凝土樁。

（2）制作水泥攪拌樁，實施4攪2噴工藝，嚴格遵守試樁所確定的鉆桿沉入和提升速度，充分破碎樁位巖土。

（3）在水泥未完全凝固前（不宜超過6小時）進行PTC管樁插打，垂直度誤差低于1.00%，水泥攪拌樁中心與勁芯誤差低于3cm。

（4）養護時間至少為28天。

2.2 布樁方案

管樁原設計方案采用交錯布設方式，在混凝土擋墻下設置管樁，并將樁頂與護岸之間鋪設50cm厚碎石墊層，縱向樁間距為1.00m，橫向樁間距為1.20～1.50m。復合樁也是在砼擋墻下方采用交錯布設的方式，但縱向樁間距為1.00～1.20m，橫向樁間距1.70～2.00m。

對于護岸下方地基土的加固，原管樁方案的坡岸穩定性和載承力功效準備比較充分，但所選PHC管樁的長度較長，樁徑較寬，造價較高，同時每行均需要額外配置1根PHC管樁。復合樁方案采用壁薄PTC管樁，與最大直徑的水泥攪拌樁搭配使用，區域內加固面積更廣，且在施工時所需數量較原設計方案少。這種方法利用了土體自身的強度，因此其承載能力不亞于造價更高的鋼管樁。水泥土樁采用粉噴工法，可以吸收多余水分，提高土體的有效應力，更適合在雨季或者在含水率較高的場地制樁。

2.3 回填進度安排

項目在建設年7～8月完成樁頂墊層施工，在8月下旬開始坡岸澆注作業，9月下旬開始壩墻后回填作業。具體分2個階段：9月20日～9月28日作業日，從護岸內側下沿開始，填方0～5.40m；10月31日～11月12日作業日，每天平均填方高度0.60m，完成5.40～9.30m回填作業。

3.現場施工安全和質量檢測分析

為保障岸坡和建筑物的安全穩定，施工過程中每項作業都進行嚴格施工檢測。雖然混凝土護岸澆注、開挖河道和回填護岸后體的作業時間稍有不同，但不影響同時檢測。為利于對比分析，本研究所關注的4個監督斷面，南北向處于同一直線。檢測工作從護岸底部測斜管開始，歷時18個月，經歷了土壓計的安裝、延長測斜管至護岸頂部等準備工作和后續的測量。

3.1 深層水平位移檢測與分析

（1）檢測方法。深層水平位移是判斷護岸結構穩定性的重要指標。測斜儀可以檢測擋土墻內部及土體的側向形變。

為實現檢測深層水平位移，須在擋土墻澆注過程中預埋測斜導管，并準備長電纜和測斜儀以搜集數據。測斜導管采用塑料管，其內壁開4條導槽，兩兩對稱形成滑移軌道。測斜儀設有上下兩組導向輪，用于沿測斜儀的導向槽定位和升降。顯示器通過電纜與測斜儀連接，以實現供電和信號傳導，并兼顧升降牽引索，每隔50cm電纜設一標記。開始檢測時，測斜儀的感應側對準平向移位方向，滑輪被引導到導槽中。滑到管底，穩定后，測試管口到管底的距離并計數，向上拉回測斜儀，每50cm測試一次，然后將測斜儀旋轉180度讀取，消除儀器本身的誤差。

（2）檢測結果與分析。因為現場條件限制，只在40K+775～40K+786、40K+795～40K+806、40K+855～40K+866等3區域完成了測斜管的埋設工作，因此本研究只獲得了此3處深層水平位移檢測數據。測試結果顯示，3個區域最終出現了朝向坡岸且面對空曠的側向移位。其中水平方向的移位最大出現在40K+795～40K+806區域，達到了18.60mm，而水平位移最小出現在40K+855～40K+866區域，只有12.90mm，平均值為15.70m，占沉降均值41.60%。平向移位隨著深度增加呈逐漸擴大的趨勢，8.50～11.50m區域的相對平向移位較小，而6.00～8.50m區域的發展速度很快，0.50～6.00m區域的位移增長緩慢。推斷估測8.50～11.50m區域的測斜管位處粉質黏土層中，土壤的剛度和強度都比原來地表淤泥質粉質粘土較高，所以其抗形變能力較強；而6.00～8.50米區域的測斜管被水平推向開闊側，0.50～6.00米區域的測斜管位于擋土墻內部，其彈性模量大于土體，造成內部形變不明顯。測斜管的平向移位與填方進程相關，但其增長速度逐漸放緩。兩次填方期間，深層平向移位曲線變化間隔比較大，顯示平向移位發展比較迅速，第1次填方周期，平向移位從0增加到了0.70cm左右，而第2次填方周期，則從0.80cm左右增加到12.00～16.00mm范圍。間歇期和固結期平向移位較少。在填方完成10天后，水平位移趨于穩定。所有回填完成后，曲線區間很小，甚至幾乎完全重合，說明水平位移基本沒有發展。

3.2 樁頂和樁間土壓力的檢測與分析

（1）檢測方法。利用壓力傳感器測量復合樁的頂部和區域間土壤的土壓。在樁頂墊層施工期間，預埋壓力計并測量和記錄復合樁頂部和區域間土壓初始讀數。檢測設備包括土壓計和頻率儀。內芯處和區域間土壤土壓測量，使用體積比較大的振弦土壓計，按每截面3個土壓計配置；外芯測量使用體積正常規格的振弦土壓計，按每截面2個土壓計配置。在安裝壓力檢測傳感器之前，須對其給予標定。安裝時，將土壓計受壓膜的一面朝上，底部填充5cm左右的中砂和細砂應整平壓實，以確保水平裝配。裝配后，在周圍覆蓋10厘米厚的中細砂并壓實。在測試過程中，需要用頻率計讀取土壓力計內振弦振動頻率，然后通過計算轉換成實際壓力。

（2）檢測結果與分析。從開始檢測起的初期10天對應第1次填方周期，10～40天對應填石周期，40～50天對應為第2次填方周期，50天后對應為固結期。圖1內外芯的樁頂與樁間土壓力的時程曲線表明，四個試驗段的內外芯樁樁頂壓力呈相似的趨勢。在初期15天內壓力增升比較快，2#樁外芯達到100～120千帕，內芯的樁頂土壓達到300～350千帕，3#樁外芯達到120～140千帕，內芯的樁頂土壓達到400～450千帕，而樁間土壓的增長則較慢，僅在20～25千帕。10～45天填方間期，5個區域的土壓增長比較小，45～60天內，內外芯的樁頂土壓保持繼續增長，2#樁外芯達到120～140千帕，內芯的樁頂土壓達到500～550千帕，3#樁外芯達到140～160千帕，內芯的樁頂土壓達到600～700千帕，樁間土壓力則基本未發生增長，保持在30～35千帕。因為靠近河流側的坡岸很高，達到了4.31米，而靠內側的坡岸比較低，因此2#樁的內芯樁頂土壓力則提升幅度相對偏小，而3#樁內芯的樁頂土壓力發生最顯著提升。第2次填方期間，2#樁內外芯的樁頂土壓其增長速度高于3#樁，是因為與擋土墻相比，第二填土區更靠后，對樁2頂部土壓力的影響比樁3更明顯。但是穩定之后，3#樁頂土壓仍大于2#樁，是由于擋土墻重度相對填方更高所致。

圖1 內外芯的樁頂與樁間土的壓力時程變化曲線

在第一次填方周期內，土拱效應發揮作用，但其影響并不明顯。因此復合樁內外芯的承載力沒有明顯差異。與樁頂土壓力狀態相比，樁間土壓力增加最小。隨著回填的進行，土拱效應越來越明顯，樁頂應力集中明顯，樁間土的承載影響變弱。表現為外芯樁頂土壓呈現小幅增長，內芯樁頂土壓力則增速加快，但樁間土壓力增加幅度較小。回填期間，老土的沉降固結使內芯樁樁頂土壓力略有上升，而外芯樁間土壓力和樁頂壓力基本不變。在第二次填土循環中，實際上復合樁承擔了幾乎所有的新回填土荷載。結果表明，外芯樁的樁頂土壓力略有增加，而內芯樁的樁頂土壓力增加較大，而樁間土壓力基本不變。在固結期間，各區域的表現與回填期間相似。內芯樁樁頂土壓力的增加趨勢與回填高度的增加趨勢一致。剛性復合樁的內芯承受很高的荷載，而水泥調拌樁的外芯只承受一部分荷載。

而樁間土所承擔的垂向載荷量則非常有限。

3.3 護岸頂部與墻后填方沉降檢測分析

（1）檢測方法。護岸施工需加強頂部豎向位移觀測，回填操作須進行墻體沉降狀態觀測，以確保護岸施工的質量和安全。

早期垂向移位測量點，沿兩側伸縮縫，布設于護岸的底板前，后期沉降移位測量點布設于墻體頂部的伸縮縫的兩側。觀測站點采用預制埋設20x20x60cm砼樁在左右岸對稱布設。測量釘布置在樁頂，測量基點為標高和平面位置的公共點。用極坐標法測量平面基點的位置，在首級控制點架設全站儀，對準中心軸線后，照準另一個首級控制點并旋轉180度，再照準中心軸線，各測量1次，取均值作為測量結果。測量觀測基點高程，在首級控制點和觀測基點之間以水準儀結合平板測微器做閉合線路平差后確定高程，檢測結果符合二級檢測水準。左岸沉降測點檢測時，在左岸測量基點上架設全站儀，對準中心軸線后，向右岸基點照準，獲得檢測結果，再在右岸測量基點上架設全站儀，對準中心軸線后，對準左岸基點得出測試結果，然后取平均值，即為測試結果。右岸沉降測點檢測方法相反。測站后視設長度50cm，徑值5cm左右的小木樁，其頂部配設鋼釘，之后沉降觀測點每增加1組，在視距中點區域配置木樁，固定測量線路和測站，最大程度控制降低測量誤差。

（2）檢測結果與分析。所獲得的右岸4個檢測斷面的累計沉降時程變化曲線，變化曲線顯示，40K+795～40K+806區域存在最大的斷面沉降量，累積沉降量超過了43.00mm；而40K+855～40K+866區域的沉降量則最小，平均值約37.70mm。完成作業1年后，4個斷面的沉降量都在35.00～45.00mm之間，并且沉降趨勢總體相似。在施工操作開始后前3個月，沉降幅度比較大，但沉降幅度在3個月后明顯趨緩，而半年之后則沉降量逐漸變化不大。檢測還發現回填過程中，護岸頂部的沉降曲線其變化比較圓潤，沒有發生明顯的分段狀態，發生最快沉降速度時，是還未啟動回填時，表明填方對沉降速度的影響不明顯。系擋土墻下的剛性復合樁支撐了邊坡和填土的重量，減緩了擋土墻澆筑和填土可能引起的沉降。

4.結語

案例內河航道治理工程應用勁性復合樁技術加固航道坡岸，基于工程應用，介紹了內河航道軟土坡岸治理應用勁性復合樁工藝，內容涉及勁性復合樁工藝流程、布樁方案、回填進度安排等。從深層水平位移檢測與分析、樁頂及樁間土壓力檢測與分析、護岸頂部與墻后填方沉降檢測分析3個方面，重點介紹了案例工程所重視的勁性復合樁現場施工安全和質量檢測的關注的檢測內容及檢測成果。案例檢測成果顯示，剛性復合樁的內芯承受很高的荷載，而攪拌樁的外芯只承受一部分荷載；樁間土所承擔的垂向載荷量則非常有限；采取勁性復合樁后，擋土墻下方的勁性復合樁支撐了坡岸及填方重量，有效抵抗或減緩因擋土墻和回填土的澆筑而可能引起的渠道岸坡沉降。