崇明某工程樁基施工初步探討

莫磊，趙宇

（上海市水務(wù)局行政服務(wù)中心（上海市海洋局行政服務(wù)中心），上海 200000）

1 引言

隨著我國沿海城市灘涂的開發(fā)建設(shè)，保證海塘安全和灘涂開發(fā)的矛盾日益突顯。在上海地區(qū)，海塘是保障防汛安全的保障基礎(chǔ)設(shè)施，是抵御防御風(fēng)暴潮侵襲的重要防汛防線設(shè)施。根據(jù)《上海市海塘管理辦法》（2010年12月20日上海市人民政府令第52號(hào)），有隨塘河的堤防保護(hù)范圍為堤身主體結(jié)構(gòu)、堤外坡腳外側(cè)20 m灘地和堤內(nèi)坡腳至隨塘河邊緣的護(hù)堤地；無隨塘河的堤防保護(hù)范圍為堤身主體結(jié)構(gòu)、堤外坡腳外側(cè)20 m灘地和堤內(nèi)坡腳外側(cè)20 m護(hù)堤地。根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，海塘大堤屬防汛基礎(chǔ)設(shè)施，在海塘管理范圍內(nèi)實(shí)施樁基建設(shè)項(xiàng)目對(duì)海塘的安全影響存在較大的安全影響。本文根據(jù)桿塔樁基建設(shè)特點(diǎn)及上海市海塘管理要求，結(jié)合工程實(shí)例重點(diǎn)研究了樁基施工對(duì)海塘安全的影響，論證了在海塘范圍內(nèi)布置桿塔設(shè)施實(shí)施樁基礎(chǔ)施工的可行性，探討了樁基礎(chǔ)施工對(duì)海塘安全可能產(chǎn)生的影響，綜合對(duì)比了PHC管樁和鉆孔灌注樁兩種方案的承載力、經(jīng)濟(jì)性和施工適應(yīng)性，可為后續(xù)類似項(xiàng)目工程提供經(jīng)驗(yàn)。

2 工程概況

海塘的地基土存在強(qiáng)度低、地下水位高、抗震性能差和靈敏度高等特點(diǎn)，上海地區(qū)海塘的軟弱覆蓋層較厚，對(duì)于承載力和沉降要求較高的建（構(gòu)）筑物采用淺地基處理方法，不僅經(jīng)濟(jì)性較差，而且工程效果難以保證。因此，在海塘管理范圍內(nèi)常采用樁基作為建（構(gòu)）筑物地基處理方法，常采用的樁型有鉆孔灌注樁和PHC管樁。

崇明某碼頭項(xiàng)目位于長江南支口崇明本島東平河和長江南口處東側(cè)，擬建場地屬河口砂嘴砂島地貌類型，地勢(shì)平坦，陸域場地南側(cè)有一條河流，水面寬度為7.0~8.0 m，河流最大水深約為1.20 m：河流南測為防洪大堤，堤頂標(biāo)高約7.6 m。該項(xiàng)目的上堤引橋由于貨運(yùn)量大、施工工期緊和承載力要求高等特點(diǎn)，因此，擬采用鉆孔灌注樁和PHC管樁在該項(xiàng)目海塘管理范圍內(nèi)進(jìn)行樁基施工，根據(jù)設(shè)計(jì)方案橋臺(tái)最近距海塘堤腳約為5 m。工程對(duì)位置涉及的現(xiàn)狀大堤采用高壓旋噴樁加固，引橋采用樁基礎(chǔ)。

3 工程地質(zhì)概況

根據(jù)現(xiàn)場勘察資料，該項(xiàng)目上部地層主要為粉砂、粉土。下部含有淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土夾層，呈飽和松散狀態(tài)，樁基持力層埋深約為46 m。

根據(jù)項(xiàng)目勘察結(jié)果，場地地層從上到下描述如下：

1）第①層灰色黏質(zhì)粉土，頂標(biāo)高在3.14~-4.00 m，平均層厚約3.86 m，土質(zhì)較均勻。靜探Ps（比貫入阻力）值平均為1.71 MPa，標(biāo)貫擊數(shù)平均為6.1擊，呈松散狀，中等壓縮性。

2）第②層灰色砂質(zhì)粉士，頂標(biāo)高在3.30~-11.40 m，平均層厚約5.59 m，厚度變化較大，部分鉆孔該土層缺失，土質(zhì)較均勻。靜探Ps值平均為2.74 MPa，一般為2.13~4.81 MPa，標(biāo)貫擊數(shù)平均為11.0擊，呈稍密狀，中等壓縮性。

3）第④層灰色淤泥質(zhì)黏土，頂標(biāo)高在-11.49~-16.20 m，平均層厚約5.13 m，夾薄層粉土，土質(zhì)均勻。靜探Ps值平均為0.93 MPa，一般為0.88~1.14 MPa。呈流塑狀，高等壓縮性。

4）第⑤層灰色黏土，一般層頂標(biāo)高在-16.30~-27.60 m，平均層厚約11.92 m，夾薄層狀粉性土，土質(zhì)均勻。靜探Ps值平均為1.16 MPa，一般為1.12~1 30 MPa。呈軟塑狀，高等壓縮性。

5）第⑥層灰色粉質(zhì)黏土夾砂質(zhì)粉土，一般層頂標(biāo)高在-35.60~-39.69 m，平均層厚約18.22 m，土質(zhì)不均勻。靜探Ps值平均為2.07 MPa，一般為1.77~3.22 MPa。呈可塑狀，中等壓縮性。

6）第⑦2層灰色粉砂，一般層頂標(biāo)高在-52.90~-60.77 m，平均層厚約9.30 m，夾薄層黏性土，砂質(zhì)較純。靜探Ps值平均為12.75 MPa，一般為11.50~16.03 MPa，標(biāo)貫擊數(shù)平均為58.4擊，呈密實(shí)狀，中等壓縮性。本層也是樁基的持力層。

4 樁基比選

破堤、開缺工程分為6大類，分別為堤身開缺工程、穿堤工程、臨堤及沿堤工程、跨堤工程、鑿洞工程及其他工程。

該碼頭工程建設(shè)需對(duì)兩座引堤位置進(jìn)行海塘達(dá)標(biāo)，屬于堤身（?。╅_缺工程；引橋工程設(shè)計(jì)海塘管理范圍內(nèi)20 m，樁基工程最近距海塘堤腳約為5 m，屬于海塘破堤開缺行為分類中的臨堤工程；施工進(jìn)出場道路需要在現(xiàn)狀大堤堤頂及邊坡進(jìn)行填筑，屬于海塘破堤開缺行為分類中的其他工程。因此，根據(jù)規(guī)范需要論證工程施工過程中對(duì)海塘大堤的影響。

4.1 進(jìn)出廠道路

部分施工機(jī)械進(jìn)出場也需沿現(xiàn)狀堤頂?shù)缆吠ㄐ?，因此，需要?jì)算重車荷載對(duì)于海塘的影響，為減少對(duì)海塘防汛安全的影響，大件和重件運(yùn)輸過程中建議地面鋪設(shè)鋼板以擴(kuò)散應(yīng)力以免集中荷載過大。根據(jù)施工方提供數(shù)據(jù)，最大荷載約55 kN，鋪設(shè)鋼板后，堤頂平均荷載約為20 kN。海塘邊坡穩(wěn)定計(jì)算采用北京理正邊坡計(jì)算軟件，穩(wěn)定計(jì)算方法采用瑞典圓弧條分法。計(jì)算結(jié)果如表1所示。

表1 穩(wěn)定計(jì)算結(jié)果

工程施工時(shí)，海塘整體穩(wěn)定安全系數(shù)均有所減小，但均滿足安全要求。

通過有限元分析軟件的理論計(jì)算，堤頂鋪設(shè)鋼板并增加車輛荷載后，海塘產(chǎn)生的總位移為3.36 mm的水平位移及6.83 mm的垂直位移，總位移為6.83 mm（小于10 mm），最大位移處于允許的變形范圍內(nèi)。

鉆孔灌注樁施工采用現(xiàn)場澆筑，建筑材料可以分批次運(yùn)輸，且施工機(jī)械較小，可有效控制最大運(yùn)輸荷載。而PHC管樁采用工廠預(yù)制、現(xiàn)場運(yùn)輸?shù)姆绞剑沂┕C(jī)械較大，控制最大運(yùn)輸荷載較為困難，同時(shí)PHC管樁反復(fù)運(yùn)輸可能對(duì)海塘安全造成不利影響。

4.2 承載力特征

鉆孔灌注樁屬于直接施工法，其施工工序較為成熟，包括鋼筋骨架制備與安放、樁位放樣、泥漿制備、沉孔與清孔以及混凝土樁的現(xiàn)場澆筑與養(yǎng)護(hù)等步驟。而PHC管樁一般采用工廠預(yù)制的方式成樁。由于養(yǎng)護(hù)差距和用料差距，PHC管樁的樁身強(qiáng)度等級(jí)一般為C75~C80,而鉆孔灌注樁的樁身強(qiáng)度等級(jí)一般為C30~C40。

同時(shí)，鉆孔灌注樁在成孔過程由于孔壁側(cè)向約束解除造成側(cè)向松弛變形，孔壁土的松弛效應(yīng)導(dǎo)致土體強(qiáng)度削弱,樁側(cè)阻力隨之降低。PHC管樁在施工過程中有較為顯著的擠土效應(yīng)產(chǎn)生超孔隙水壓力,通過超孔隙水壓的釋放使樁側(cè)土體發(fā)生固結(jié)現(xiàn)象，土壤層中的土壤密度會(huì)有所增加，從而提高了地基的承載能力。根據(jù)相關(guān)工程經(jīng)驗(yàn)，在相同土層環(huán)境下，相同樁徑的PHC管樁的單樁容許承載力大于鉆孔灌注樁的單樁容許承載力，相同直徑的管樁的單樁承載力一般為鉆孔灌注樁的2~2.5倍。與PHC管樁相比，鉆孔灌注樁雖在單樁承載能力上遜色不少，但其有一定抗剪能力，可以進(jìn)行單樁分布。

4.3 經(jīng)濟(jì)性比較

PHC管樁在施工成本方面具有絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，由于單樁承載力較高，使用PHC管樁可有效節(jié)約樁基施工數(shù)量，控制建設(shè)成本。

在實(shí)際施工過程中，PHC管樁的制作和施工成本還包括其他相關(guān)原材料的成本、現(xiàn)場管理費(fèi)、電費(fèi)、運(yùn)費(fèi)等。而鉆孔灌注樁除包含上述相關(guān)費(fèi)用外，還有泥漿制作成本、鋼筋制作成本、現(xiàn)場環(huán)境管理成本等。而且相較于鉆孔灌注樁PHC管樁的施工和養(yǎng)護(hù)周期較短，以浙江省東陽市某市政工程為例，工程地基樁數(shù)共計(jì)560根，工程樁長約為30 m。如采用PHC管樁試樁與檢測，用時(shí)約20 d，整個(gè)工程樁施工用時(shí)50 d，總工期約為70 d。如采用的鉆孔灌注樁，同樣的工作量條件下試樁與檢測環(huán)節(jié)需60 d，工程樁施工70 d，總工期130 d。

樁長設(shè)計(jì)越長，PHC管樁的經(jīng)濟(jì)效益越好。根據(jù)當(dāng)?shù)厥袌鰞r(jià)格，PHC管樁施工綜合單價(jià)約為230元/延長米，鉆孔灌注樁約為350元/延長米。本工程如采用PHC管樁代替鉆孔灌注樁，樁基施工工程造價(jià)可節(jié)省約30%[1]。

4.4 施工適應(yīng)性

PHC管樁在施工過程中有較為顯著的擠土效應(yīng)，對(duì)于周邊的構(gòu)筑物影響較大，本工程的樁基工程最近距海塘堤腳僅為5 m。通過有限元分析軟件的理論計(jì)算，樁基施工造成海塘產(chǎn)生的總位移為7.98 mm的最大水平位移及10.17 mm的最大垂直位移，最大總位移為10.17 mm（大于10 mm）。因此，如選用PHC管樁需要選用直徑較小的PHC管樁，并做好隔振措施，嚴(yán)格控制錘擊次數(shù)，降低樁錘質(zhì)量，減小打樁過程中對(duì)土體的擾動(dòng)，降低對(duì)于周邊建（構(gòu)）筑物的影響[2]。

相較于PHC管樁，鉆孔灌注樁地形適應(yīng)能力強(qiáng)，基本不受土層限制，不管是粉土、碎砂、碎石等堅(jiān)硬地質(zhì)或者沉積土、回填土、吹填土等軟土地基都可以使用鉆孔灌注樁。本項(xiàng)目采用灌注樁有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）施工過程基本無擾動(dòng)，無振動(dòng)，對(duì)周邊環(huán)境土體和海塘的影響較小。（2）灌注樁施工過程中材料可采用散裝運(yùn)輸，可有效控制運(yùn)輸質(zhì)量，減小對(duì)于堤頂?shù)缆返牟焕绊慬3]。

4.5 對(duì)比分析

結(jié)合上述技術(shù)原理和施工方法進(jìn)行綜合分析，結(jié)果如表2所示。

表2 地基處理方法綜合分析表

由表2可得出以下兩個(gè)結(jié)論：

1）PHC管樁有承載力高、經(jīng)濟(jì)性好和工期短等特點(diǎn)，可有效控制施工成本和工期，但是由于本工程的地理環(huán)境特殊性，需要采用嚴(yán)格的隔振措施，增加了部分建設(shè)成本和建設(shè)工期。鉆孔灌注樁的承載力、經(jīng)濟(jì)性和工期均遜色于PHC管樁，但其施工過程對(duì)周圍影響較小，不需要采用其他補(bǔ)救的工程措施。

綜合比選兩種樁型，PHC管樁有承載力高、施工簡單的優(yōu)勢(shì)，鉆孔灌注樁的總工期和總施工成本均高于PHC管樁。

2）在施工運(yùn)輸方面，由于本工程的施工道路需要借用堤頂?shù)缆?，故需要控制進(jìn)場的最大載荷。鉆孔灌注樁的施工機(jī)械較輕，施工材料可以多次散裝運(yùn)輸，控制進(jìn)場最大荷載較為容易。PHC管樁除施工機(jī)械較重外，其樁身需要整樁運(yùn)輸，控制最大載荷較為困難。

5 結(jié)語

本文從承載力、經(jīng)濟(jì)性、施工適應(yīng)性三方面綜合對(duì)比，闡述了兩種樁型方案的優(yōu)劣勢(shì)。PHC管樁在單樁承載力、性價(jià)比、施工工期方面具有較為明顯優(yōu)勢(shì)，而鉆孔灌注樁在周邊影響、安全性和材料運(yùn)輸上有較大優(yōu)勢(shì)。因此，綜合考慮工程的特殊性、施工安全性和經(jīng)濟(jì)性，該工程建議采用鉆孔灌注樁方案。