在近年來(lái)建設(shè)的一些工程中，特別是在沿海城市等地下水位比較高地區(qū)，一些大型的地下建筑物或構(gòu)筑物如地下水池、地鐵車(chē)站、船塢等，由于容積大，僅依靠自重難以解決其抗浮問(wèn)題。在實(shí)際工程中，大多數(shù)采用抗拔樁、錨桿或錨索錨固在穩(wěn)定的地層上以提供抗拔力解決抗浮問(wèn)題。在沿海地區(qū)和江河沖積平原地區(qū)，由于粉性和砂性土層的存在，還要考慮地基承載力、變形、液化等對(duì)構(gòu)筑物的影響。在某污水處理廠生反池基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中，采用沉管擠密抗拔防浮碎石樁進(jìn)行地基處理，既解決了承載力和沉降的問(wèn)題，也滿(mǎn)足了抗拔設(shè)計(jì)要求。
1.場(chǎng)地工程地質(zhì)條件
在某污水處理廠一期工程中，根據(jù)提供的工程地質(zhì)勘察報(bào)告，生物反應(yīng)池等單體處于淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土上，之下分布土層為粉砂夾粘和淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土。
2.地基處理方案：
a)在本工程中擬建場(chǎng)地的地質(zhì)土層有較厚的淤泥質(zhì)土和淤泥質(zhì)粘土存在，強(qiáng)夯處理的效果不明顯，因此強(qiáng)夯法不適宜本工程。
b)預(yù)制鋼筋混凝土樁、沉管灌注樁均能解決結(jié)構(gòu)沉降過(guò)大、抗浮和地基液化等問(wèn)題，均為可選用樁型。但根據(jù)本工程的地質(zhì)情況，軟弱的淤泥質(zhì)土和淤泥質(zhì)粘土層較厚，且淺層土層存在具有中等液化性的③層粉砂層，因此樁基持力層只能為⑤-1層粘土層及其以下土層，而⑤-1層的埋深較深，樁長(zhǎng)約為40m左右，樁長(zhǎng)很長(zhǎng)，而沉管灌注樁由于樁架高度的影響，其樁長(zhǎng)一般不宜超過(guò)30m，因此本工程可選擇采用預(yù)制鋼筋混凝土樁基礎(chǔ)。
c)對(duì)于無(wú)抗浮要求的建(構(gòu))筑物，采用沉管擠密碎石樁復(fù)合地基是良好的地基處理方案，并能解決液化土層的影響。
對(duì)于有抗浮要求的建(構(gòu))筑物，無(wú)法直接采用沉管擠密碎石樁來(lái)解決建(構(gòu))筑物的抗浮問(wèn)題，因此可采用沉管擠密抗拔防浮碎石樁來(lái)解決地基液化、沉降和抗浮問(wèn)題。
綜上所述，完全采用PHC預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土管樁和沉管灌注樁作為基礎(chǔ)處理方案，但由于樁長(zhǎng)較長(zhǎng)，工程費(fèi)用高；完全采用碎石樁基礎(chǔ)，則無(wú)法解決抗浮問(wèn)題，因此本工程選擇沉管擠密碎石樁結(jié)合沉管擠密抗拔防浮碎石樁的復(fù)合地基作為基礎(chǔ)處理方案；此外由于本工程場(chǎng)地表層土體為碎石土，土質(zhì)較好，只是比較疏松，因此對(duì)道路和管道基礎(chǔ)以及部分體量較小的乙類(lèi)建(構(gòu))筑物采用重錘夯實(shí)天然地基。
2.1沉管擠密抗拔防浮碎石樁的構(gòu)造
沉管擠密抗拔防浮碎石樁由抗拔錨固頭、抗拔鋼筋束(或鋼筋籠)以及擠密碎石樁三部分組成。碎石樁樁體不僅具有擠密、置換、排水和消除粉砂層液化的作用，并與樁間土體一起組成復(fù)合地基，提高地基的承載力，錨固頭和鋼筋束(或鋼筋籠)起到類(lèi)似于錨桿的作用，提供建(構(gòu))筑物所需的抗浮力，保證水池在浮力的作用下仍然可以正常運(yùn)行。(同時(shí)也可在碎石樁樁體內(nèi)適當(dāng)摻入水泥或粉煤灰以增加碎石樁的整體性，增加抗拔力。)
2.2成樁工藝
本工程中采用直徑為500mm，用震動(dòng)夯擴(kuò)灌注樁的樁基設(shè)備成孔。①在樁位上安放預(yù)制混凝土樁尖；②將內(nèi)外管對(duì)準(zhǔn)樁尖，然后錘擊沉管至設(shè)計(jì)要求；③拔出內(nèi)管，灌混凝土至擴(kuò)大頭設(shè)計(jì)數(shù)量；④把內(nèi)管放進(jìn)外管內(nèi)進(jìn)行夯擴(kuò)；⑤夯擴(kuò)時(shí)慢慢振動(dòng)拔起外管，如一次夯擴(kuò)，拔起1.0～1.2m，捶擊內(nèi)管與外管平齊時(shí)，在同步回打到離原深度20cm，一次夯擴(kuò)結(jié)束。二次夯擴(kuò)程序于與一次相同。⑥拔出內(nèi)管安放經(jīng)防腐處理好的鋼筋束；⑦計(jì)算好充盈系數(shù)，灌注碎石料后，把內(nèi)管放進(jìn)外管內(nèi)后開(kāi)始振動(dòng)拔管；⑧邊振邊拔，慢慢拔外，碎石料徐徐向下；⑨樁管慢慢拔出地面；⑩成樁結(jié)束。
3沉管擠密抗拔防浮碎石樁受力機(jī)理和加固作用原理
根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)和相關(guān)文獻(xiàn)研究分析可知，抗拔碎石樁的抗拔力經(jīng)過(guò)抗拔鋼筋的傳遞，先傳遞到擴(kuò)大頭，再傳到周?chē)馏w；上拔時(shí)，擠密抗浮碎石樁的側(cè)摩阻力與樁端擴(kuò)大頭頂上的基土受擠變位時(shí)所引起的土抗力之發(fā)揮遠(yuǎn)非同步的。通常，擴(kuò)大頭上的土抗力先達(dá)到極限值，而此時(shí)樁體的側(cè)摩阻力只達(dá)到其極限值的一小部分。因而，抗拔碎石樁總的極限上拔力所對(duì)應(yīng)的上拔位移較小，且其量值視土層、土層埋藏條件以及樁形(尤其是樁擴(kuò)大頭頂部的形狀和擴(kuò)大頭直徑)等而異。
沉管擠密抗拔防浮碎石樁體不僅具有擠密、置換、排水和消除淤泥質(zhì)細(xì)砂層液化的作用，并和樁間土體一起組成復(fù)合地基，以提高地基的承載力；錨固頭和鋼筋束提供豎向抗拔承載力。其加固作用原理表現(xiàn)為：
(1)擠密作用。下沉樁管時(shí)樁管對(duì)周?chē)皩赢a(chǎn)生很大的橫向壓力，將土體中等于樁管體積的土擠向周?chē)馏w使之密實(shí)，灌注碎石后振動(dòng)、反插也使周?chē)馏w受到擠密，從而提高了地基的抗剪強(qiáng)度和抗液化性能。
(2)置換作用。軟弱地基經(jīng)碎石樁加固后，變成由碎石樁和樁間土組成的物理力學(xué)性質(zhì)各異的“復(fù)合地基”，當(dāng)荷載作用于復(fù)合地基(假設(shè)基礎(chǔ)是剛性的)上時(shí)，在基礎(chǔ)底面的平面內(nèi)，碎石樁和樁間土的沉降量是相等的。由于樁的壓縮模量大于樁間土的壓縮模量，則荷載將向碎石樁上集中，而作用于樁間土上的荷載相應(yīng)降低，從而使復(fù)合地基承載力較原天然地基承載力高，壓縮性比原天然地基低。
(3)排水減壓作用。飽和砂土在不排水的條件下，當(dāng)?shù)卣鸷奢d作用時(shí)，土?xí)a(chǎn)生體積收縮，從而導(dǎo)致孔隙水壓力上升，使砂土處于離散狀態(tài)，產(chǎn)生液化。碎石樁具有良好的透水性，它可以形成一個(gè)排水通道，地震時(shí)產(chǎn)生的孔隙水壓力可通過(guò)樁體這一通道及時(shí)消散，達(dá)到消除液化的目的。
(4)形成樁土復(fù)合地基。密實(shí)的碎石樁取代了同體積的松散粉砂、細(xì)砂或粉土，起到了局部置換作用，形成樁土復(fù)合地基，改善了原有地基土的性能。
4布樁參數(shù)及要求
綜合本工程的地質(zhì)情況，并結(jié)合技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析，在對(duì)生反池布樁及檢測(cè)采用技術(shù)要求如下：
(1)布樁范圍：在改池底板邊線外布置兩排沉管擠密碎石樁，目的是保證底板所在地基土與周邊軟弱土層的均勻性。
(2)樁徑為500mm，樁長(zhǎng)為10.2m或10.5米，確保樁下端位于粉砂夾粘層中。
(3)布樁范圍為底板設(shè)計(jì)范圍內(nèi)滿(mǎn)堂均勻布樁，布樁間距為2025mm×2000mm。
(4)復(fù)合地基承載力采用復(fù)合地基載荷試驗(yàn)(載荷板試驗(yàn))；單樁靜載抗拔檢測(cè)：按1%進(jìn)行檢測(cè)，拔力按抗拔承載力特征值的1.6倍。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，結(jié)合規(guī)范要求檢測(cè)復(fù)合地基承載力特征值。
5試驗(yàn)結(jié)果
本設(shè)計(jì)單樁抗拔力為Qsj=120kN?？拱五^固頭落在③層粉砂夾粘層。一共打了十四根樁試驗(yàn)樁。
檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)按《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》JGJ94-94規(guī)定進(jìn)行。具體做法：采用3m×3m鋼梁平臺(tái)反力裝置，加載系統(tǒng)由精密油壓表和千斤頂組成，采用慢速維持荷載法，每級(jí)加載為預(yù)定最大試驗(yàn)荷載的1/10；第一級(jí)按2倍分級(jí)荷載加載，在每級(jí)荷載作用下，樁的變形量在每小時(shí)小于0.01毫米時(shí)可加下一級(jí)荷載，直至樁破壞。變形觀測(cè)是在樁頂裝設(shè)一個(gè)百分表，按規(guī)范規(guī)定時(shí)間測(cè)變形量。試樁破壞標(biāo)準(zhǔn)為：①某級(jí)荷載作用下，樁頂變形量為前一級(jí)荷載作用下的5倍；②累計(jì)上拔量超過(guò)100mm。
從試驗(yàn)結(jié)果可知，沉管擠密抗拔防浮碎石樁可以滿(mǎn)足本工程的設(shè)計(jì)要求，證明采用這種樁來(lái)處理地基是可行的。
6結(jié)論
(1)對(duì)于軟弱地基，采用沉管擠密抗拔防浮碎石樁處理是一種行之有效的方法，它不僅可以較好地解決構(gòu)筑物抗浮問(wèn)題；可較大程度地提高地基土的承載力、減小地基的壓縮性；對(duì)于液化地基，還能滿(mǎn)足抗液化的要求。
(2)沉管擠密抗拔防浮碎石樁具有場(chǎng)地干凈、省料、造價(jià)低(根據(jù)同規(guī)模污水處理廠構(gòu)筑物不同類(lèi)型樁基方案比較，采用本樁型的地基處理方案較之預(yù)應(yīng)力管樁方案可節(jié)約造價(jià)約30%至50%)、施工速度快等優(yōu)點(diǎn)，因而比較適合濱海地區(qū)等軟弱地基的一般建筑物地基加固。
(3)本工程采用沉管擠密抗拔防浮碎石樁處理地基的效果顯著，滿(mǎn)足了工程要求，可在類(lèi)似情況下推廣使用。
(4)由于地質(zhì)條件和碎石樁復(fù)合地基問(wèn)題本身的負(fù)責(zé)性，沉管擠密抗拔防浮碎石樁與其周?chē)馏w之間相互作用、樁土之間的變形協(xié)調(diào)等方面還有待進(jìn)一步的探索。
參考文獻(xiàn)：
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