PHC管桩与搅拌桩联合加固法在软基工程中的应用

吕汉增

摘要：针对珠海市某水船闸工程中因局部搅拌桩成桩质量不理想，可能导致部分区域存在沉降过大，造成无法满足水船闸运行需要的结构物不均匀沉降，采用加打PHC管桩与搅拌桩联合加固的方法，根据桩基需承载的载荷、地质情况、与非加固区域沉降协调等条件设计桩基加固方案，并根据试桩压桩力及静载试验的载荷沉降关系线对施工方案进行修正。经联合加固法施工后的加固区域承载力及整体稳定能满足规范要求，总体沉降与非加固区域基本相协调。作为复合地基加固处理方法，在珠海地区的水船闸工程中尚属首例。

关键词：软土地基PHC管桩 联合加固 加固方案

中图分类号：TU7 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）03（b）-0093-02

1 工程概况

珠海市某水船闸工程位于金湾区某水道出海口处，项目包含引堤和水船闸总长度1.147km，由排水闸、船闸外闸首和空箱连接段组成。该工程地基基础坐落在淤泥土层上，其地基承载力不能满足要求，设计采用水泥搅拌法（粉喷桩）结合换填砂垫层处理。经搅拌桩质量检测结果显示，船闸闸首、外海侧左右导航墙、上游侧U型槽、内海侧翼墙、1、2、5、6空箱等部位（以下分别称A、B、C、D、E、F、G、H、I区）搅拌桩的成桩质量和长度未达到设计要求，搅拌桩抽芯检测结果不理想，有问题的部位存在安全隐患，可能会导致沉降过大、受力不均、地基承载力不足及深层滑动等问题。

根据钻孔揭示，工程区地层结构由上及下分别为淤泥、粘土、中粗砂混淤泥、淤泥质粘土、残积土以及基岩。堤防及建筑物地基大多为软土，场地土类型属软弱土，建筑场地类别为Ⅲ类，场地为对建筑抗震不利地段，淤泥及淤泥质土会发生震陷。根据含水的特征及地下水赋存条件、水力特征，区内地下水可划分为松散岩类孔隙水及基岩裂隙水。地下水位埋深0.3～0.5 m，地下水位高程0.0～0.5 m。地下水与河水水力联系比较密切，丰水高潮位时河水补给地下水，枯水低潮位时地下水向河流排泄。

2 加固方案设计

（1）加固思路

先对成桩质量和长度满足设计要求的非加固区域进行沉降计算，作为拟加固区域加固处理后沉降设计的依据或条件，再根据搅拌桩的检测结果、上部荷载等对拟加固区域进行沉降计算，计算出和非加固区域沉降基本一致时，拟加固区原搅拌桩复合地基所承担的荷载，总荷载减去原搅拌桩复合地基所承担的荷载即为加固桩基要承担的荷载；最后根据桩基要承担的荷载、地质条件、与非加固区域沉降协调等条件对加固桩基进行设计。

（2）沉降、承载力计算复核分析及加固措施

I.搅拌桩合格区域复合地基沉降量的确定

以底下搅拌桩未检测出有问题的船闸闸首相邻的3#、4#空箱基础底板为例，计算其沉降。

各土层按分层总和法算出其沉降量：

式中：

S——地基最终沉降量（mm）；

——按分层总和法计算出的地基沉降量（mm）；

——沉降计算经验系数；

n——地基沉降计算深度范围内所划分的土层数；

——对应于荷载效应准永久组合时的基础底面附加压力（kPa）；

——基础底面下第i层土的压缩模量（MPa）；

、——基础底面至第i层土、第i-1层土底面的距离（m）；

、-1——基础底面计算点至第i层土、第i-1层土底面范围内平均附加应力系数。

已知，基础板尺寸为20×40 m，基底荷载为81.1 kPa，根据地质报告结合软土处理工程经验，淤泥、粘性土、砂质粘性土及砾质粘性土压缩模量取值分别为1.81 MPa、15.0 MPa、25.0 MPa、25.0 MPa，搅拌桩桩身压缩模量为100 MPa，则原设计方案在正常情况下搅拌桩复合地基沉降量为48.56 mm，约为50 mm。

考虑施工因素及成桩质量因素，假定其实际沉降量为55 mm。

II.各拟加固区域搅拌桩复合地基承担荷载的确定

由于上述A区等9个区域搅拌桩成桩未达规范要求，需对其进行补强加固，拟采用补打管桩方案。同时考虑原有搅拌桩的作用，是荷载由管桩和搅拌桩复合地基共同承担。根据上述计算方法，在搅拌桩复合地基在沉降达到55 mm时，上述各区域所能承担荷载如表1所示。

III.各区域补强管桩承载力及沉降协调时承担荷载值计算

管桩采用PHC-AB400（95）型管桩，管桩顶部与基础底板之间设30 cm砂垫层，管桩沉降及承载力参照下式计算：

管桩沉降：

桩顶砂垫层压缩量：

桩身压缩量：

桩底持力层沉降量：

管桩承载力：

参照地质报告，淤泥层、淤泥质土、粘性土及残积土层桩周摩阻力系数分别为8 kPa、14 kPa、33 kPa及45 kPa，残积土层桩端阻力系数为2800 kPa。根据沉降公式，结合各区域的地质情况，各区管桩的入持力层时其承载力及在沉降量约55 mm时所承担的荷载如表2所示。

Ⅳ管桩补桩数计算及桩基实际沉降计算

根据每一区域复合地基承担的荷载及每一管桩单桩所要承担的荷载，计算出上述区域须补充的管桩数量，再根据补桩数计算加固后各区域桩基的沉降量，结果如表3所示。

由上述计算结果可以看出，加固后各区域桩承担荷载在其承载范围内，符合要求，各加固区域桩基的沉降量在55 mm左右，沉降基本与原有搅拌桩基非加固区域的沉降基本协调。

（3）整体稳定性计算复核分析及加固措施

I.加固前稳定性计算

根据检测结果，B区、C区、E区等三个区域搅拌桩成桩效果较差，需进行区域稳定性复核计算。通过计算，墙后填土到▽2.0 m时的整体稳定安全系数低于填土到▽0.0 m时的安全系数，因此以填土到▽2.0 m的工况为控制工况。经计算，以上三个区域整体稳定安全系数分别为1.118、0.905及0.983，均小于1.15，未达到规范要求，需采取加固措施。endprint

II.加固措施

拟在B区墙后新增3排搅拌桩，间距为1.0 m×1.0 m，深度为10 m；C区墙后新增6排搅拌桩，间距为1.0 m×1.0 m，深度为10m；在E区新增L形（平面）的搅拌桩，间距为1.0 m×1.0 m，深度为10 m。加固后整体稳定安全系数计算结果表明，采取加固措施后B区、C区及E区的整体稳定安全系数分别为1.15，1.161及1.196，均满足规范要求。

3 加固方案的调整及修正

（1）现场试桩及静载试验情况

经在G区、A区及C区做单桩静载试验，以确定补打管桩的静载P与沉降S实际关系曲线。管桩采用PHC-AB400（95）型管桩，施打方式为静力压桩。结果如下：

G区1#试验桩试打最大压桩力为1041 kN，压入桩长为29.0 m；

A区2#试验桩试打最大压桩力为1176 kN，压入桩长为28.5 m；

C区3#试验桩试打最大压桩力为1221 kN，压入桩长为27.5 m。

从以上试验结果可以看出，当压桩力达到1041～1221 kN试，其压入长度为27.5～29.0 m，与上述计算结果稍有出入，原因是各区域地质情况变化起伏较大，各桩穿越土层实际长度与计算结果有差异。

对试验桩进行单桩静载荷试验，以确定其载荷P与沉降S的实际关系，试验结果见表4及图1。

从以上试桩结果可以看到，当各试桩承受荷载为900 kN时，其实际沉降量为4.3～10.0 mm，平均约8.0 mm。

（2）加固方案的修正

根据上述计算结果，基于对上部结构受力均匀的考虑，对各区的补桩数量进行调整，具体方案见表5。其中C区补桩数与原计算结果存在差异，原因是实际试桩发现该区域地质情况差于地质钻孔NS4所揭露的地质情况，因此对该区的地基沉降情况重新进行复核。

3#空箱处增补9根管桩目的是让其与上闸首处沉降保持相对协调，把可能出现的相对沉降差预留在3#、4#空箱交接处，以便于止水措施的处理。此外，B区、C区及E区由于外侧有大量填土，因而在导航墙填土侧增补一排管桩，以分担填土的压力，减少大面积填土对其沉降和稳定的影响。

（3）加固方案的工作量

本方案的主要工程量是补打管桩和补打搅拌桩，其工程量为：补打管桩183根，平均长约27 m，共施打4941 m；增加搅拌桩435根，每根长10 m，共施打搅拌桩4350 m。

4 结语

经补打管桩及搅拌桩联合加固后，加固区域总体沉降可达到55 mm左右，与非加固区域的沉降基本相协调。该工程于2012年12月建成交付使用，截止至2013年底，运行正常，沉降和不均匀沉降情况比较理想。

加固工程完成后，建议增加底板底压力监测，以了解搅拌桩及管桩各自真实的荷载分担情况。同时，不同基础形式之间仍可能存在不均匀沉降，建议加强不同基础形式之间的止水处理措施，应做好底板下砂垫层的防渗处理。本方案具有施工速度快，技术指标可操作性强，加固效果明显，在珠海地区水船闸软基加固处理有较好的示范效果。

参考文献

[1] 李兆勇.论水泥搅拌桩+PHC桩在淤泥软土地基中的应用[J].城市建设，2013（11）.

[2] 邵学富.PHC管桩单桩竖向承载力的确定方法[J].南通大学学报（自然科学版），2007（4）.

[3] 苗金丽，王凤梅，陈枝东.静压预应力高强混泥土管桩竖向承载力及沉降特性[J].施工技术，2008（S1）.endprint

II.加固措施

拟在B区墙后新增3排搅拌桩，间距为1.0 m×1.0 m，深度为10 m；C区墙后新增6排搅拌桩，间距为1.0 m×1.0 m，深度为10m；在E区新增L形（平面）的搅拌桩，间距为1.0 m×1.0 m，深度为10 m。加固后整体稳定安全系数计算结果表明，采取加固措施后B区、C区及E区的整体稳定安全系数分别为1.15，1.161及1.196，均满足规范要求。

3 加固方案的调整及修正

（1）现场试桩及静载试验情况

经在G区、A区及C区做单桩静载试验，以确定补打管桩的静载P与沉降S实际关系曲线。管桩采用PHC-AB400（95）型管桩，施打方式为静力压桩。结果如下：

G区1#试验桩试打最大压桩力为1041 kN，压入桩长为29.0 m；

A区2#试验桩试打最大压桩力为1176 kN，压入桩长为28.5 m；

C区3#试验桩试打最大压桩力为1221 kN，压入桩长为27.5 m。

从以上试验结果可以看出，当压桩力达到1041～1221 kN试，其压入长度为27.5～29.0 m，与上述计算结果稍有出入，原因是各区域地质情况变化起伏较大，各桩穿越土层实际长度与计算结果有差异。

对试验桩进行单桩静载荷试验，以确定其载荷P与沉降S的实际关系，试验结果见表4及图1。

从以上试桩结果可以看到，当各试桩承受荷载为900 kN时，其实际沉降量为4.3～10.0 mm，平均约8.0 mm。

（2）加固方案的修正

根据上述计算结果，基于对上部结构受力均匀的考虑，对各区的补桩数量进行调整，具体方案见表5。其中C区补桩数与原计算结果存在差异，原因是实际试桩发现该区域地质情况差于地质钻孔NS4所揭露的地质情况，因此对该区的地基沉降情况重新进行复核。

3#空箱处增补9根管桩目的是让其与上闸首处沉降保持相对协调，把可能出现的相对沉降差预留在3#、4#空箱交接处，以便于止水措施的处理。此外，B区、C区及E区由于外侧有大量填土，因而在导航墙填土侧增补一排管桩，以分担填土的压力，减少大面积填土对其沉降和稳定的影响。

（3）加固方案的工作量

本方案的主要工程量是补打管桩和补打搅拌桩，其工程量为：补打管桩183根，平均长约27 m，共施打4941 m；增加搅拌桩435根，每根长10 m，共施打搅拌桩4350 m。

4 结语

经补打管桩及搅拌桩联合加固后，加固区域总体沉降可达到55 mm左右，与非加固区域的沉降基本相协调。该工程于2012年12月建成交付使用，截止至2013年底，运行正常，沉降和不均匀沉降情况比较理想。

加固工程完成后，建议增加底板底压力监测，以了解搅拌桩及管桩各自真实的荷载分担情况。同时，不同基础形式之间仍可能存在不均匀沉降，建议加强不同基础形式之间的止水处理措施，应做好底板下砂垫层的防渗处理。本方案具有施工速度快，技术指标可操作性强，加固效果明显，在珠海地区水船闸软基加固处理有较好的示范效果。

参考文献

[1] 李兆勇.论水泥搅拌桩+PHC桩在淤泥软土地基中的应用[J].城市建设，2013（11）.

[2] 邵学富.PHC管桩单桩竖向承载力的确定方法[J].南通大学学报（自然科学版），2007（4）.

[3] 苗金丽，王凤梅，陈枝东.静压预应力高强混泥土管桩竖向承载力及沉降特性[J].施工技术，2008（S1）.endprint

II.加固措施

拟在B区墙后新增3排搅拌桩，间距为1.0 m×1.0 m，深度为10 m；C区墙后新增6排搅拌桩，间距为1.0 m×1.0 m，深度为10m；在E区新增L形（平面）的搅拌桩，间距为1.0 m×1.0 m，深度为10 m。加固后整体稳定安全系数计算结果表明，采取加固措施后B区、C区及E区的整体稳定安全系数分别为1.15，1.161及1.196，均满足规范要求。

3 加固方案的调整及修正

（1）现场试桩及静载试验情况

经在G区、A区及C区做单桩静载试验，以确定补打管桩的静载P与沉降S实际关系曲线。管桩采用PHC-AB400（95）型管桩，施打方式为静力压桩。结果如下：

G区1#试验桩试打最大压桩力为1041 kN，压入桩长为29.0 m；

A区2#试验桩试打最大压桩力为1176 kN，压入桩长为28.5 m；

C区3#试验桩试打最大压桩力为1221 kN，压入桩长为27.5 m。

从以上试验结果可以看出，当压桩力达到1041～1221 kN试，其压入长度为27.5～29.0 m，与上述计算结果稍有出入，原因是各区域地质情况变化起伏较大，各桩穿越土层实际长度与计算结果有差异。

对试验桩进行单桩静载荷试验，以确定其载荷P与沉降S的实际关系，试验结果见表4及图1。

从以上试桩结果可以看到，当各试桩承受荷载为900 kN时，其实际沉降量为4.3～10.0 mm，平均约8.0 mm。

（2）加固方案的修正

根据上述计算结果，基于对上部结构受力均匀的考虑，对各区的补桩数量进行调整，具体方案见表5。其中C区补桩数与原计算结果存在差异，原因是实际试桩发现该区域地质情况差于地质钻孔NS4所揭露的地质情况，因此对该区的地基沉降情况重新进行复核。

3#空箱处增补9根管桩目的是让其与上闸首处沉降保持相对协调，把可能出现的相对沉降差预留在3#、4#空箱交接处，以便于止水措施的处理。此外，B区、C区及E区由于外侧有大量填土，因而在导航墙填土侧增补一排管桩，以分担填土的压力，减少大面积填土对其沉降和稳定的影响。

（3）加固方案的工作量

本方案的主要工程量是补打管桩和补打搅拌桩，其工程量为：补打管桩183根，平均长约27 m，共施打4941 m；增加搅拌桩435根，每根长10 m，共施打搅拌桩4350 m。

4 结语

经补打管桩及搅拌桩联合加固后，加固区域总体沉降可达到55 mm左右，与非加固区域的沉降基本相协调。该工程于2012年12月建成交付使用，截止至2013年底，运行正常，沉降和不均匀沉降情况比较理想。

加固工程完成后，建议增加底板底压力监测，以了解搅拌桩及管桩各自真实的荷载分担情况。同时，不同基础形式之间仍可能存在不均匀沉降，建议加强不同基础形式之间的止水处理措施，应做好底板下砂垫层的防渗处理。本方案具有施工速度快，技术指标可操作性强，加固效果明显，在珠海地区水船闸软基加固处理有较好的示范效果。

参考文献

[1] 李兆勇.论水泥搅拌桩+PHC桩在淤泥软土地基中的应用[J].城市建设，2013（11）.

[2] 邵学富.PHC管桩单桩竖向承载力的确定方法[J].南通大学学报（自然科学版），2007（4）.

[3] 苗金丽，王凤梅，陈枝东.静压预应力高强混泥土管桩竖向承载力及沉降特性[J].施工技术，2008（S1）.endprint