预应力混凝土管桩在闽江驳岸除险加固地基处理中的应用

张风辉

(福州市水利水电开发公司，福建 福州 350001)

1 工程概况

近年来，由于人类活动干扰的加剧，闽江下游河道演变越来越强烈，总体上呈现下切趋势，潮汐动力效应增强，潮差增大。闽江北港公园段驳岸受洪、潮水长期冲刷，出现抛石护脚崩塌、挡墙面层开裂及基础底部下陷等现象，为解决驳岸存在的问题，保证闽江公园安全运行，实施了福州市闽江北港驳岸除险加固(公园段)工程。工程起于洪山桥下游，止于金山大桥，全长2.592 km。

挡墙建基面高程2.49 m，坐落于淤泥质土土层，经计算挡墙基底最大压应力为64.09 kPa，土层天然地基承载力不能满足设计要求，必需进行地基处理。

2 工程地质

本工程区域地貌主要为海陆交互堆积平原及侵剥蚀丘陵、台地地貌，受径流与潮流两方面影响，一天两次海潮经常淹没低滩地[1]。

根据钻孔和现场测绘结果揭露，地层自上而下分别为①杂填土：厚约3.4～8.6 m；②淤泥质土：以淤泥为主，夹薄层中细砂，含少量腐殖质，厚约6.7～7.8 m；③中砂：灰色、稍密，饱和，以石英砂粒为主，含少量泥质，级配较差，厚约4.3～8.0 m；④粉质粘土：厚约2.0～3.9 m。地基土层由超过以上两类的土层组成，且存在互层或夹层等的复杂结构，属多层结构(Ⅲ)。地基主要存在抗滑稳定差、渗漏及渗透变形、抗冲刷稳定性差等工程地质问题，地基工程地质条件属于差的D类。岩土层地质参数建议值详见表1。

工程区地下水主要为孔隙潜水和裂隙潜水。③中砂和④粉质粘土层为中等～强透水层，与闽受潮江水形成统一体，具有丰富的补给来源。场地地下水主要由大气降水和闽江水直接补给，水位埋深0.4～2.5 m，地下水位高。

表1 岩土层地质参数建议值表

3 原高压旋喷桩地基处理

3.1 地基处理方案

地基处理采用单管高压旋喷桩，桩长9 m，桩径600 mm，正方形布置，共四排，孔距及排距均为1.2 m，经计算复合地基设计承载力为97.64 kpa。

3.2 试桩效果及分析

3.2.1 试桩效果

根据设计施工参数和检验规范要求，抽取3根(172#桩、180#桩、188#桩)为试验桩，设计试桩顶高程5.40 m，桩底高程-9.60 m，桩长15 m。试桩施工完成后28 d取芯样检验完好性。检验发现，三根试桩长均未达到设计要求，桩身存在离析、夹砂、断桩等质量问题，具体试桩记录表见表2。

3.2.2 原因分析

综合分析工程场地地质、水文及水流条件，高压旋喷桩试桩效果差的主要原因有三点，分别是高压水气土体液化与渗流液化的耦合作用、潮汐动力的作用、回旋漩涡的淘刷作用。

(1)高水力坡降渗流与高压水气土体液化的耦合作用

根据地质资料，透水土层深厚：③中砂层、④粉质粘土均为中等～强透水层，厚度约12 m；渗透系数大：以上土层的渗透系数为k=1.5×10-1～1.5×10-2cm/s；地下水位高：埋深0.4～2.5 m，地下水水位受江水涨落潮的影响，砂层与闽江水形成一个统一体。从而导致砂层中存在高水力坡降，产生渗透压力形成渗漏通道。旋喷机具施工过程中将产生25 Mpa水平方向的高压气流，周边局部土体在高压脉动水气混合体中处于流滑液化[2]，与砂层中高水力坡降渗流，两者作用相互耦合，带走了土及水泥中的细颗粒，影响到高压旋喷桩试桩效果。

表2 试桩记录表

(2)潮汐作用的影响

工程位于闽江北港南岸，地处闽江下游赶潮河道，桩基基坑外江侧直接连通闽江，受到闽江河道感潮的影响，每日两次涨退潮过程的潮位变化直接作用于基坑的外江侧，基坑内外水位差随着闽江的潮位变化而变化。③中砂为本工程的主要渗透土层，渗透系数k=1.5×10-2cm/s，属强透水地层，涨退潮水将旋喷成桩中的水泥灰浆带走了，影响到高压旋喷桩试桩效果。

(3)河道回流漩涡的影响

本工程对岸下游180～380 m有两道闽江丁坝，一道丁坝顶宽约2.5 m，顶高程3.1～4.0 m，坝长145 m，另一道丁坝顶宽约2.3 m，顶高程1.4 m，坝长1 000 m，坝体常年位于水下，边界条件复杂。两道丁坝挡阻和闽江两涨两落潮水作用，使该河段产生回流漩涡，外江侧形成回流区，前沿流态激烈，水流形态复杂，历来也是河道险工段，也对高压旋喷桩施工质量提出更高的要求。

图1 驳岸地基处理结构断面图

4 预应力混凝土管桩地基处理

4.1 地基处理方案

考虑高压旋喷桩试桩效果差且建设工期短，经方案优化，拟采用预应力混凝土管桩，规格为PHC300A70管桩，混凝土强度等级不低于C80，外径300 mmm，内径160 mm，壁厚70 mm。桩长8 m，正方形布置，共四排，孔距及排距均为1.5 m，共布置312根桩，总长2 496 m。桩顶设厚500 mm砂褥垫层，保证桩、土共同承担荷载。

由驳岸地基处理结构断面图(图1)可知，管桩从上到下依次贯入的土层为淤泥质土7 m、中砂1 m。

4.2 地基承载力计算

根据《水工建筑物地基处理设计规范》(SL/T792-2020)[3]，复合地基承载力特征值按下式计算：

(1)

经计算，单桩复合地基承载力特征值fspk为106.92 kPa大于基底最大压应力64.09 kPa，经管桩地基处理后，地基承载力满足设计要求。

4.3 试验检验

(1)单桩复合地基静载荷试验统计结果如表3所示，静载荷试验点荷载与沉降量关系曲线(Q-s)如图2所示，单桩复合地基承载力特征值满足设计要求。

(2)抽检31根桩进行低应变检验，占总桩数的10%。检验结果表明，Ⅰ类桩31根，占抽检桩总数的100%，桩身完整性满足规范要求。

表3 单桩复合地基静载荷试验统计表

图2 Q-s曲线图

5 结语

福州市闽江北港驳岸除险加固(公园段)管桩地基处理于2021年5月底施工完成，工程运行至今，未发现异常，现场效果较好。高压旋喷桩作为闽江驳岸地基处理的常用方法之一，在高水力坡降与高压水气土体液化、潮汐作用以及河道回流漩涡复杂的特殊条件下，存在试桩效果和成桩质量差等问题。预应力混凝土管桩具有易规模化生产、质量易保证、施工速度快、工期短、检验方便等优点，可成为闽江驳岸地基处理的一种方法，为其他类似工程提供参考。