樁網(wǎng)復合地基在深圳機場南停機坪中的應(yīng)用

吳 軍

(深圳機場擴建指揮部，廣東深圳 518128)

樁網(wǎng)復合地基由水平加筋墊層、樁體、樁帽及樁間地基土共同組成，是一種新的軟基處理方法。樁網(wǎng)復合地基主要通過路堤填土中的土拱效應(yīng)和水平加筋體的拉膜效應(yīng)將上覆大部分路堤荷載傳遞到樁上，再由樁傳遞至下臥持力層，從而減小了路堤的總沉降和差異沉降。由于水平加筋體和樁帽的設(shè)置，可增大樁的布置間距，與常見的復合地基相比，樁網(wǎng)復合地基具有良好的經(jīng)濟性[1-3]。二十世紀八十年代初，國內(nèi)外將樁網(wǎng)復合地基應(yīng)用于公路、鐵路等條帶形的地基處理工程中，取得了良好的效果，如滬杭甬高速公路(紅墾至沽渚段)拓寬工程[4]、東莞市東部快速路[5]、我國的部分高速鐵路[6]，上海 F1 賽車場[7]等。

以往樁網(wǎng)復合地基通過壓樁試驗來確定樁長，深圳機場南停機坪壓樁時發(fā)現(xiàn)若采用此法確定樁長，會大大增加工程投資，造成不必要的浪費。該工程首次利用靜力觸探結(jié)果確定樁長，定樁長施工。本文詳細介紹了該工程樁長控制方案，以期為同類工程樁長控制提供借鑒。

1 工程概況

擬建的深圳機場南停機坪位于深圳航空公司停機坪南側(cè)，機場飛行區(qū)圍界的東側(cè)，場地大部分在機場現(xiàn)有圍界之外。由于擬建場地地處瀕海潮間帶，有較厚的海積淤泥層，地質(zhì)條件差，需要經(jīng)過軟基處理后才能滿足上部場道建設(shè)的要求。

深圳機場南停機坪擴建工程，地基處理面積20.73萬m2，平面圖如圖1所示。

圖1 南停機坪地基處理平面(單位:m)

2 地質(zhì)條件

根據(jù)地質(zhì)勘察資料，擬建場地巖性自上而下為人工填土(石)層，海相沉積淤泥層、沖洪積粉質(zhì)黏土層和粉砂層、殘積層及下伏基巖。其中主要的軟弱土層為填土層、淤泥層。各土層的工程性質(zhì)指標見表1。

表1 各土層工程性質(zhì)指標

3 地基處理方案

場地采用樁網(wǎng)復合地基，具體設(shè)計如下:

1)預(yù)制混凝土管樁采用預(yù)應(yīng)力高強度混凝土管樁(PHC管樁)，樁徑 φ300 mm，壁厚70 mm，A 型，混凝土強度采用C80。

2)預(yù)制管樁間距2.0 m×2.0 m，正方形布置。

3)樁頂設(shè)樁帽，樁帽采用C25混凝土現(xiàn)場澆注，樁帽尺寸為0.8 m×0.8 m×0.25 m。

4)樁帽混凝土達到一定強度之后，鋪設(shè)一層厚0.25 m的砂至樁帽頂面，然后在樁帽頂部鋪設(shè)一層雙向土工格柵，一層碎石墊層(厚0.25 m)，再在其上填土壓實(厚3.0 m)。

5)管樁的單樁承載力標準值不小于450 kN。

本工程樁網(wǎng)復合地基處理斷面圖如圖2所示[8]。

圖2 樁網(wǎng)復合地基處理斷面

4 樁長控制

4.1 壓樁試驗控制樁長

正式施工前，施工單位根據(jù)自身機械設(shè)備條件分別采用錘擊法和靜壓法兩種方法沉樁進行工藝試樁，確定樁基施工技術(shù)參數(shù)。按照規(guī)范和設(shè)計要求，錘擊法沉樁最后1 m錘擊數(shù)6～8擊作為收錘標準，靜壓法沉樁壓樁力為400～600 kN?，F(xiàn)場試樁結(jié)果顯示，達到設(shè)計樁長時，錘擊數(shù)及壓樁力均未滿足設(shè)計要求，每根樁樁長增加約5.0 m，才能滿足要求，初步估算工程建設(shè)投資約增加1億元。

經(jīng)分析，樁身摩阻力主要由下臥黏土層或砂層提供，由于沉樁過快，樁身通過黏土層時，樁周土超靜孔隙水壓力來不及消散，導致有效應(yīng)力減小，土對樁身的摩阻力減小，于是沉樁壓力或貫入每米錘擊數(shù)較小。為控制樁長及工程造價，現(xiàn)場決定調(diào)整沉樁方式，改為“間歇式”沉樁，沉樁時不再一次性壓到底，而是二次或三次沉樁，每次沉樁有一定的間歇期，樁周土超靜孔隙水壓力消散到一定程度后，才進行下一次沉樁。結(jié)果顯示，采用“間歇式”沉樁后，錘擊數(shù)及壓樁力明顯增加，達到設(shè)計樁長時，能夠滿足設(shè)計要求。

4.2 靜力觸探確定樁長

場地按30 m×30 m的間距布置，進行雙橋靜力觸探，測試各土層側(cè)阻力及端阻力，計算單樁承載力。場地典型地質(zhì)剖面的靜力觸探結(jié)果如圖3所示。

圖3 場地靜力觸探結(jié)果

式中:u為樁身周長;fsi為靜力觸探測定的第i層平均側(cè)阻力;li為第i層土厚度，可由靜力觸探結(jié)果確定;qc為靜力觸探測定的樁端平均端阻力;Ap為樁端面積;β，α為樁側(cè)阻力、樁端阻力修正系數(shù)，可按《復合地基技術(shù)規(guī)范》(GB/T 50783—2012)取值。

通過計算，設(shè)計樁長穿透淤泥層進入下臥層8.0 m，能夠滿足承載力的要求。

4.3 樁長控制方法

通過以上分析可知，采用傳統(tǒng)的壓樁試驗確定樁長會大大增加工程的投資，因此本工程決定采用靜力觸探確定樁長，定樁長施工。具體步驟:①按30 m×30 m的間距布置，進行雙橋靜力觸探;②采用靜力觸探結(jié)果計算樁長;③按計算樁長試沉樁，間歇式沉樁;④在每個30 m×30 m的方格網(wǎng)內(nèi)按計算樁長施工。

單樁豎向極限承載力標準值Quk

5 監(jiān)測與分析

施工期間在樁頂和樁間埋設(shè)了沉降板和孔隙水壓力計，觀測樁頂、樁間土的沉降以及樁間土的孔隙水壓力。觀測儀器的平面布置示意如圖4。

圖4 觀測儀器平面布置示意(單位:cm)

樁頂和樁間土沉降隨樁頂以上填土高度變化的時程曲線如圖5所示。從圖5可以看出:①各個點的沉降量均很小，樁頂沉降約為10 mm，樁間土沉降約為30 mm。停機坪場地經(jīng)復合地基處理后能夠滿足機場的要求。②初期加載階段，填土高度在1.25 m左右時，樁間土的沉降已達到18 mm;隨著填土高度不斷增加，樁間土沉降不斷增大，但是沉降的增量卻減少，當填土高度達到3.0 m時，樁間土沉降增加了12 mm。③樁土差異沉降隨著填土荷載的增大而增大。加載階段樁土差異沉降發(fā)展較快，但很快趨于穩(wěn)定。填土高度達到2.0 m以上時，差異沉降基本不再發(fā)展。④樁頂以上填土完成后，場地基本沒有發(fā)生沉降。

圖5 樁頂及樁間土沉降時程曲線

南停機坪于2009年投入運營，至今已運營4年左右，運營過程中對道面進行了沉降觀測，目前未發(fā)生沉降，說明采用該法控制樁長是安全、可靠的。

6 結(jié)論

1)為節(jié)省投資，方便工程管理，深圳機場南停機坪樁網(wǎng)復合地基工程開創(chuàng)性地采用靜力觸探結(jié)果確定樁長，定樁長施工。

2)樁頂、樁間土的沉降在填土加載初期發(fā)展較快，當填土高度在1.25 m時，沉降量占總沉降的60%左右。

3)樁頂和樁間土的沉降量有一定的差異，差異沉降隨著填土荷載的增大而增大。當填土高度達到2.0 m后，差異沉降達到20 mm，且不再隨著填土高度的變化而發(fā)展。

4)工程實踐證明，采用靜力觸探控制樁長的方法安全、可靠。與傳統(tǒng)的壓樁試驗控制樁長的方法相比，靜力觸探控制樁長的方法更加經(jīng)濟、合理，建議在同類工程中推廣應(yīng)用。

[1]強小俊.樁承地基路堤荷載傳遞機理的研究[D].北京:中國鐵道科學研究院，2009.

[2]楊龍才，王炳龍，趙國堂，等.CFG樁網(wǎng)復合地基沉降計算方法研究[J].鐵道建筑，2009(7):19-23.

[3]仇志明.樁網(wǎng)復合地基在蘭新第二雙線鐵路軟土路基中的應(yīng)用[J].鐵道建筑，2013(12):95-97.

[4]桂炎德，徐立新.滬杭甬高速公路(紅墾至沽渚段)拓寬工程設(shè)計方法[J].華東公路，2001(6):3-6.

[5]中國鐵道科學研究院深圳研究設(shè)計院.東莞市東部快速路軟基監(jiān)測方案[Z].深圳:中國鐵道科學研究院深圳研究設(shè)計院，2003.

[6]牛建東.高速鐵路樁—網(wǎng)復合地基性狀及設(shè)計方法研究[D].長沙:中南大學，2006.

[7]姚紅英.復合樁基處理在上海F1賽車場軟土路基的實踐淺談[J].上海公路，2004(1):15-21.

[8]中國鐵道科學研究院深圳研究設(shè)計院.深圳機場南停機坪擴建工程地基處理施工圖設(shè)計[Z].深圳:中國鐵道科學研究院深圳研究設(shè)計院，2007.