深厚軟土地基采用多樁型復合加固處理技術研究

0 引言

軟土在我國有著廣泛分布，具有高壓縮性、低強度、低滲透性及高靈敏度等特點，若不進行必要的地基處理，將無法滿足工程建設的需求。傳統的換填、預壓、樁基等軟基加固方法雖然在一定程度上能夠改善地基性能，但是存在施工周期長、成本高、加固效果有限等問題。

復合地基加固處理技術通過將散體、柔性或剛性的砂石樁、水泥土樁、灰土樁、鋼筋混凝土樁等作為豎向增強體，充分利用其周圍土體共同承擔荷載，可有效提高軟土地基的承載能力和穩定性，成為當前軟基處理中廣泛采用的加固方法[1-2]。同時，其通過散柔、散剛、柔剛等增強體的組合，形成不同類型的復合地基，適配不同的地質條件及工程需求，以達到最佳的加固效果[3]。本文以某火力發電廠灰堆場地基處理項目為例，通過深厚軟土區地基加固處理方案的比選與分析，深入研究了多樁型復合地基在軟土地基加固處理技術。

1工程概況和地質情況

1.1 工程概況

某火力發電廠灰堆場工程項目位于海堤南側，紅線內規劃用地面積為 36648m² ，用于堆放該火力發電廠煤渣灰。該工程項目投入使用后，計劃堆放煤渣灰 270000m³ 以上。為滿足煤渣灰的運輸要求，沿紅線四周預留寬度為15.0m的運輸通道。

經測算，將規劃紅線分為S1、S2及S3區域，S1區域作為堆場的運輸通道，沿紅線內部分，寬度 15.0m 區域面積為 10468m² ；S2區域作為煤渣灰堆場，堆放高度為 8.0～10.0m ，區域面積為 13573m² ，預計可堆放煤渣灰 108584～135730m³ ；S3區域作為煤渣灰堆場，堆放高度為 13.0～15.0m ，區域面積為 12607m² ，預計可堆放煤渣灰163891～189105m。S2及S3區域預計可堆放煤渣灰總計約 272475～324835m³ ，滿足計劃堆放 270000m³ 的要求。灰堆場區域分布如圖1所示。

圖1灰堆場區域分布

根據灰堆場整體規劃，煤渣灰容重按 18kN/m³ 計算，S2區域內單位面積荷載為 144～180kPa ，S3區域內單位面積荷載為 234～270kPa ，S1區域內滿足貨車運輸要求，單位面積荷載為 100kPa/m² 。由于場地位于濱海區域，上部土層主要以淤泥質粉質黏土為主，地基承載力無法滿足貨車運輸及煤渣灰堆放要求，需要進行地基處理。

1.2地質情況

根據區域地質資料，本工程項目場地位于長三角沖積平原地貌，勘探深度范圍內主要為濱海相沉積物，場地內的平均高程為 3.50m ，地勢較為平坦。根據巖土工程勘察報告，在鉆孔深度 20.0m 范圍內主要土層以淤泥質粉質黏土、粉質黏土、粉土、粉砂為主。根據地基土的物理力學性質的差異，將勘探深度內的土層分為5個工程地質層，各土層的物理力學性質如表1所示。

表1各土層物理力學性質指標

場地內除了上部分布有較厚的填土層外，第 ② 層淤泥質粉質黏土層的平均厚度為5.4m，含水量達到 38.9% 0地基承載力特征值僅為65kPa，屬于典型的軟弱土層，無法滿足灰堆場承載力的要求，需要進行地基處理。參考周邊建筑物地基處理方案，本工程項目擬將水泥土攪拌樁和PHC管樁（預應力高強度混凝土管樁）2種方案進行比選。

2地基處理方案比選

2.1水泥土攪拌樁

本工程項目中，S1、S2、S3區域內的地基承載力要求分別為100kPa、180kPa及 270kPa ，若采用水泥土攪拌樁加固地基，其樁徑為 0.50m ，樁身截面積為 0.196m² 樁身周長為 1.57m 。以土層 ③ 粉質黏土為樁端持力層，樁頂高程為 3.50m ，樁底高程為 -4.00m ，有效樁長為7.50m ，正方形布樁，樁間土承載力取值 65kPa 0

根據 JGJ79—2012《建筑地基處理技術規范》[4]，樁身水泥土標準養護條件下90d齡期的立方體抗壓強度平均值取 2.2MPa ，水泥土攪拌樁單樁承載力特征值為105kN_o 水泥土攪拌樁復合地基承載力參數如表2所示。根據表2計算，水泥土攪拌樁復合地基方案S1、S2、S3區域內樁基數量分別為7270根、19237根、30778根，共計57285根，總長度為429637.5m。

2.2 PHC管樁

本工程項目若采用PHC管樁加固地基，其樁徑為0.50m ，以王層 ⑤ 為樁端持力層，樁頂高程為 3.50m ，樁底高程為 -11.50m ，有效樁長為 15.0m 。根據JGJ94—

表2水泥土攪拌樁復合地基承載力參數

2008《建筑樁基技術規范》計算，PHC管樁單樁承載力極限值為 1100kN ，單樁承載力特征值Ra取值 550kN_o 根據JGJ79—2012《建筑地基處理技術規范》計算，樁間土的發揮系數為1.0，樁身截面積為 0.196m² 。

PHC管樁復合地基承載力參數如表3所示。根據表3計算，PHC管樁復合地基方案S1、S2、S3區域內樁基數量分別為1245根、3570根、5604根，共計10419根，總長度為 156285m 。

表3PHC管樁復合地基承載力參數

2.3地基加固方案對比分析

在對水泥土攪拌樁與PHC管樁復合地基方案進行比較后，再從施工難度、施工周期和工程造價等3個方面進行對比分析。

2.3.1 施工難度對比分析

在施工難度方面，這兩種樁型在軟土加固場地中均具備較好的適用性。S1區域地基承載力要求較低，水泥土攪拌樁的樁間距適中，可以充分發揮樁間土的承載力。PHC管樁的樁間距較大，無法充分利用樁間土的承載力，雖然預制的PHC管樁沉降小，但是其樁間土沉降大，差異沉降難以控制。S2區域地基承載力要求一般，水泥土攪拌樁樁間距較小，單位面積樁基密度較大，影響樁體的成樁質量，從而影響加固效果。PHC管樁的樁間距適中，可以發揮樁間土承載力，但樁基數量較多，密集的沉樁將會出現顯著的樁土擠密效應，從而影響沉樁質量。S3區域地基承載力要求較高，水泥土攪拌樁和PHC管樁方案的樁間距均較小，對于水泥土攪拌樁而言，基本無法施工。然而PHC管樁將產生極為顯著的擠土效應。

2.3.2施工周期對比分析

在施工周期方面，水泥土攪拌樁數量多于PHC管樁，且水泥土攪拌樁在現場施工，施工后需滿足水泥土強度的齡期要求方可進行檢測。而PHC管樁可以通過工廠預制，運至施工現場后進行沉樁，同時以粉砂為樁端持力層時，休止期為7～10d后便可進行檢測。因此在施工周期方面，PHC管樁具備顯著的優勢。

2.3.3工程造價對比分析

在工程造價方面，根據當地市場報價，水泥土攪拌樁單價為65元/m，S1、S2、S3區域造價分別為354.4萬元、937.8萬元、1500.4萬元，總造價為2792.6萬元。PHC管樁單價為215元/m，S1、S2、S3區域造價分別為401.5萬元、1151.3萬元、1807.3萬元，總造價為3360.1萬元。

2.3.4對比結果

通過綜合比較可知：S1區域采用水泥土攪拌樁復合地基具備較好的可行性，而S2、S3區域水泥土攪拌樁的可行性較差；S2、S3區域采用PHC管樁經濟性較好，但樁間距過小將嚴重影響現場的沉樁質量，需要對S2、S3區域的復合地基布置方案進行優化設計。

3多樁型復合地基優化設計與質量檢驗3.1多樁型復合地基優化設計

3.1.1承載力計算結果

根據JGJ79一2012《建筑地基處理技術規范》，參考相關研究成果[5-6]，采用水泥土攪拌樁與PHC管樁等組合樁復合地基，并按正方形布樁，對S2、S3區域進行優化設計。多樁型復合地基承載力計算結果如表4所示。由表4計算結果可知，多樁型復合地基承載力特征值可以滿足堆場使用要求。

3.1.2多樁型復合地基布置方案

S2和S3區域多樁型復合地基布置方案示意如圖2所示。S2區域內水泥土攪拌樁及PHC管樁的數量均為2348根，總長度分別為17610m、35220m；S3區域內水泥土攪拌樁及PHC管樁的數量均為4605根，總長度分別為34537.5m、 69075m ；S2區域的綜合造價為871.7萬元，S3區域的綜合造價為1709.6萬元，本工程項目總的綜合造價為3183.7萬元。由圖2可知，S2、S3區域內PHC管樁、水泥土攪拌樁的實際間距分別為 3.00m ， 2.34m 擠土效應較小，現場施工難度顯著減小，有利于保障樁體的沉樁質量。將多樁型復合地基布置方案優化后，S2、S3區域內復合地基的造價均顯著降低，樁間距適中，可以充分利用樁間土承載力和樁側摩阻力，保障樁間土傳遞有效應力，有效控制地基沉降。

3.2多樁型復合地基質量檢測

在完成多樁型復合地基施工后，分別對S1、S2、S3區域水泥土攪拌樁復合地基、多樁型復合地基進行單樁和

表4多樁型復合地基承載力計算

復合地基承載力特征值進行了質量檢測，檢測結果如下：S1區域水泥土攪拌樁單樁承載力最大加載量為 210kN 對應的極限位移值為 9.65～13.25mm ，復合地基最大加載量為 200kPa ，對應的極限位移值為 14.51～16.57mm S2區域水泥土攪拌樁單樁承載力最大加載量為 210kN 對應的極限位移值為8.79～14.11mm；PHC管樁單樁承載力最大加載量為 1100kN ，對應的極限位移值為6.58～14.32mm ；復合地基最大加載量為360kPa，對應的極限位移值為 17.51～21.57mm ；S3區域水泥土攪拌樁單樁承載力最大加載量為210kN，對應的極限位移值為 9.32～13.95mm ；PHC管樁單樁承載力最大加載量為 1100kN ，對應的極限位移值為 7.68～13.24mm 復合地基最大加載量為540kPa，對應的極限位移值為16.97～23.12mm。上述質量檢測結果表明，這3個區域的承載力均符合地基處理規范要求。

4結束語

基于某火力發電廠灰堆場地基處理工程項目，通過地基處理方案比選，對S2、S3區域的復合地基方案進行優化。采用水泥土攪拌樁與PHC管樁組合的多樁型復合地基處理技術，對深厚軟土區域地基進行了加固施工。施工結果表明，多樁型復合地基處理技術不僅可以有效的提高地基承載力，降低地基處理施工難度及工程造價，而且可以控制地基沉降量，減小差異沉降，具有顯著的經濟和技術優勢。

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