預(yù)應(yīng)力混凝土管樁在閩江駁岸除險(xiǎn)加固地基處理中的應(yīng)用

張風(fēng)輝

(福州市水利水電開發(fā)公司，福建 福州 350001)

1 工程概況

近年來，由于人類活動(dòng)干擾的加劇，閩江下游河道演變越來越強(qiáng)烈，總體上呈現(xiàn)下切趨勢，潮汐動(dòng)力效應(yīng)增強(qiáng)，潮差增大。閩江北港公園段駁岸受洪、潮水長期沖刷，出現(xiàn)拋石護(hù)腳崩塌、擋墻面層開裂及基礎(chǔ)底部下陷等現(xiàn)象，為解決駁岸存在的問題，保證閩江公園安全運(yùn)行，實(shí)施了福州市閩江北港駁岸除險(xiǎn)加固(公園段)工程。工程起于洪山橋下游，止于金山大橋，全長2.592 km。

擋墻建基面高程2.49 m，坐落于淤泥質(zhì)土土層，經(jīng)計(jì)算擋墻基底最大壓應(yīng)力為64.09 kPa，土層天然地基承載力不能滿足設(shè)計(jì)要求，必需進(jìn)行地基處理。

2 工程地質(zhì)

本工程區(qū)域地貌主要為海陸交互堆積平原及侵剝蝕丘陵、臺地地貌，受徑流與潮流兩方面影響，一天兩次海潮經(jīng)常淹沒低灘地[1]。

根據(jù)鉆孔和現(xiàn)場測繪結(jié)果揭露，地層自上而下分別為①雜填土：厚約3.4～8.6 m；②淤泥質(zhì)土：以淤泥為主，夾薄層中細(xì)砂，含少量腐殖質(zhì)，厚約6.7～7.8 m；③中砂：灰色、稍密，飽和，以石英砂粒為主，含少量泥質(zhì)，級配較差，厚約4.3～8.0 m；④粉質(zhì)粘土：厚約2.0～3.9 m。地基土層由超過以上兩類的土層組成，且存在互層或夾層等的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，屬多層結(jié)構(gòu)(Ⅲ)。地基主要存在抗滑穩(wěn)定差、滲漏及滲透變形、抗沖刷穩(wěn)定性差等工程地質(zhì)問題，地基工程地質(zhì)條件屬于差的D類。巖土層地質(zhì)參數(shù)建議值詳見表1。

工程區(qū)地下水主要為孔隙潛水和裂隙潛水。③中砂和④粉質(zhì)粘土層為中等～強(qiáng)透水層，與閩受潮江水形成統(tǒng)一體，具有豐富的補(bǔ)給來源。場地地下水主要由大氣降水和閩江水直接補(bǔ)給，水位埋深0.4～2.5 m，地下水位高。

表1 巖土層地質(zhì)參數(shù)建議值表

3 原高壓旋噴樁地基處理

3.1 地基處理方案

地基處理采用單管高壓旋噴樁，樁長9 m，樁徑600 mm，正方形布置，共四排，孔距及排距均為1.2 m，經(jīng)計(jì)算復(fù)合地基設(shè)計(jì)承載力為97.64 kpa。

3.2 試樁效果及分析

3.2.1 試樁效果

根據(jù)設(shè)計(jì)施工參數(shù)和檢驗(yàn)規(guī)范要求，抽取3根(172#樁、180#樁、188#樁)為試驗(yàn)樁，設(shè)計(jì)試樁頂高程5.40 m，樁底高程-9.60 m，樁長15 m。試樁施工完成后28 d取芯樣檢驗(yàn)完好性。檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，三根試樁長均未達(dá)到設(shè)計(jì)要求，樁身存在離析、夾砂、斷樁等質(zhì)量問題，具體試樁記錄表見表2。

3.2.2 原因分析

綜合分析工程場地地質(zhì)、水文及水流條件，高壓旋噴樁試樁效果差的主要原因有三點(diǎn)，分別是高壓水氣土體液化與滲流液化的耦合作用、潮汐動(dòng)力的作用、回旋漩渦的淘刷作用。

(1)高水力坡降滲流與高壓水氣土體液化的耦合作用

根據(jù)地質(zhì)資料，透水土層深厚：③中砂層、④粉質(zhì)粘土均為中等～強(qiáng)透水層，厚度約12 m；滲透系數(shù)大：以上土層的滲透系數(shù)為k=1.5×10-1～1.5×10-2cm/s；地下水位高：埋深0.4～2.5 m，地下水水位受江水漲落潮的影響，砂層與閩江水形成一個(gè)統(tǒng)一體。從而導(dǎo)致砂層中存在高水力坡降，產(chǎn)生滲透壓力形成滲漏通道。旋噴機(jī)具施工過程中將產(chǎn)生25 Mpa水平方向的高壓氣流，周邊局部土體在高壓脈動(dòng)水氣混合體中處于流滑液化[2]，與砂層中高水力坡降滲流，兩者作用相互耦合，帶走了土及水泥中的細(xì)顆粒，影響到高壓旋噴樁試樁效果。

表2 試樁記錄表

(2)潮汐作用的影響

工程位于閩江北港南岸，地處閩江下游趕潮河道，樁基基坑外江側(cè)直接連通閩江，受到閩江河道感潮的影響，每日兩次漲退潮過程的潮位變化直接作用于基坑的外江側(cè)，基坑內(nèi)外水位差隨著閩江的潮位變化而變化。③中砂為本工程的主要滲透土層，滲透系數(shù)k=1.5×10-2cm/s，屬強(qiáng)透水地層，漲退潮水將旋噴成樁中的水泥灰漿帶走了，影響到高壓旋噴樁試樁效果。

(3)河道回流漩渦的影響

本工程對岸下游180～380 m有兩道閩江丁壩，一道丁壩頂寬約2.5 m，頂高程3.1～4.0 m，壩長145 m，另一道丁壩頂寬約2.3 m，頂高程1.4 m，壩長1 000 m，壩體常年位于水下，邊界條件復(fù)雜。兩道丁壩擋阻和閩江兩漲兩落潮水作用，使該河段產(chǎn)生回流漩渦，外江側(cè)形成回流區(qū)，前沿流態(tài)激烈，水流形態(tài)復(fù)雜，歷來也是河道險(xiǎn)工段，也對高壓旋噴樁施工質(zhì)量提出更高的要求。

圖1 駁岸地基處理結(jié)構(gòu)斷面圖

4 預(yù)應(yīng)力混凝土管樁地基處理

4.1 地基處理方案

考慮高壓旋噴樁試樁效果差且建設(shè)工期短，經(jīng)方案優(yōu)化，擬采用預(yù)應(yīng)力混凝土管樁，規(guī)格為PHC300A70管樁，混凝土強(qiáng)度等級不低于C80，外徑300 mmm，內(nèi)徑160 mm，壁厚70 mm。樁長8 m，正方形布置，共四排，孔距及排距均為1.5 m，共布置312根樁，總長2 496 m。樁頂設(shè)厚500 mm砂褥墊層，保證樁、土共同承擔(dān)荷載。

由駁岸地基處理結(jié)構(gòu)斷面圖(圖1)可知，管樁從上到下依次貫入的土層為淤泥質(zhì)土7 m、中砂1 m。

4.2 地基承載力計(jì)算

根據(jù)《水工建筑物地基處理設(shè)計(jì)規(guī)范》(SL/T792-2020)[3]，復(fù)合地基承載力特征值按下式計(jì)算：

(1)

經(jīng)計(jì)算，單樁復(fù)合地基承載力特征值fspk為106.92 kPa大于基底最大壓應(yīng)力64.09 kPa，經(jīng)管樁地基處理后，地基承載力滿足設(shè)計(jì)要求。

4.3 試驗(yàn)檢驗(yàn)

(1)單樁復(fù)合地基靜載荷試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表3所示，靜載荷試驗(yàn)點(diǎn)荷載與沉降量關(guān)系曲線(Q-s)如圖2所示，單樁復(fù)合地基承載力特征值滿足設(shè)計(jì)要求。

(2)抽檢31根樁進(jìn)行低應(yīng)變檢驗(yàn)，占總樁數(shù)的10%。檢驗(yàn)結(jié)果表明，Ⅰ類樁31根，占抽檢樁總數(shù)的100%，樁身完整性滿足規(guī)范要求。

表3 單樁復(fù)合地基靜載荷試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)表

圖2 Q-s曲線圖

5 結(jié)語

福州市閩江北港駁岸除險(xiǎn)加固(公園段)管樁地基處理于2021年5月底施工完成，工程運(yùn)行至今，未發(fā)現(xiàn)異常，現(xiàn)場效果較好。高壓旋噴樁作為閩江駁岸地基處理的常用方法之一，在高水力坡降與高壓水氣土體液化、潮汐作用以及河道回流漩渦復(fù)雜的特殊條件下，存在試樁效果和成樁質(zhì)量差等問題。預(yù)應(yīng)力混凝土管樁具有易規(guī)?；a(chǎn)、質(zhì)量易保證、施工速度快、工期短、檢驗(yàn)方便等優(yōu)點(diǎn)，可成為閩江駁岸地基處理的一種方法，為其他類似工程提供參考。