MC勁性復合樁在深厚砂層水利工程中的應用

胡海生，袁運濤

（1.蘇錫通科技產業園區建設工程安全質量監督站，江蘇 南通 226017；2.河海大學巖土工程科學研究所，江蘇 南京 210098;3.江蘇華巖建設有限公司，江蘇 蘇州 215101）

近年來，勁性復合樁作為地基處理的手段發展較為迅速，作用機理研究不斷深入，應用范圍也逐步擴大。李俊才等［1］根據現場靜載試驗、應力監測及ABAQUS 有限元計算結果，研究了素混凝土勁性水泥土復合樁的受力性狀，分析總結了素混凝土勁性復合樁的承載機理。錢于軍等［2］進行了大量試樁試驗，包括一般管樁與水泥土-管樁復合樁，并量測了復合樁中樁身軸力的傳遞。張志華［3］將MC 勁性復合樁成功應用于某高層住宅中。李立業等［4-5］研究表明混凝土芯樁與水泥土樁之間有很強的黏結力，一般不會成為承載力的控制條件，需要進一步的定量研究。陳邱云［6］研究表明：MC勁性復合樁具備了剛性樁和半剛性樁兩種類型單元樁的優點,能夠經濟有效地增強地基承載力。陳家冬等［7］對比分析了勁性復合樁的碳排放量、工程造價與施工工藝，結果表明，勁性復合樁不僅具有良好的經濟優勢和施工效率，而且更為節能環保,具有廣闊的推廣價值。另外，對MC 勁性復合樁的受力機理及應用范圍也有進一步的研究［8-10］。

MC 勁性復合樁自研發以來，在水利工程中的應用較少，缺乏相關的工程經驗。本文以江蘇省南通市某深厚砂層臨江取水泵閘工程為例，詳細分析了MC勁性復合樁施工工藝、質量控制要點、設計技術指標的檢測方法及檢測結果。

1 工程概況

新通海沙南通開發區上段岸線綜合整治圍堤續建工程位于江蘇省南通市蘇通大橋的北翼，為新通海沙岸線現存缺口段的蘇通大橋上下游各約1.0 km范圍內的堤防工程，主要包括新建斜坡堤、新建直立堤、新建取水泵閘和新建排水閘等，工程全長2 031 m。

新建取水泵閘包含箱涵、泵室、海漫段、消力池、上下游翼墻底板等結構。下覆土層為深厚且承載力較低的砂層。采用MC勁性復合樁進行地基加固處理，共293根，如圖1所示。外芯樁徑φ700 mm，內芯樁徑φ220 mm，外芯高程范圍在-3.1~-14 m，內芯長8 m，方型布置。

圖1 取水泵閘基礎平面布置

地基加固影響范圍內的主要有②~④共3 個土層，其中②層及④層存在透鏡體②-T、④-T：②-1粉砂夾粉土，局部夾薄層粉質黏土及細砂，水平層理，松散，局部稍密；②-T 粉砂，夾薄層粉質黏土，水平層理，中密；③粉砂與粉土，夾細砂及層狀粉質黏土，水平層理，稍密～中密；④-T 粉質黏土夾粉土，局部夾青灰色粉砂，水平層理,粉質黏土軟塑～軟可塑，干強度中等，中等韌性；④粉砂夾細砂，夾粉土及薄層灰褐色粉質黏土，中密。各土層參數如表1所示。

表1 主要土層物理力學性質指標

2 實施過程分析

MC勁性復合樁施工時先進行外層水泥攪拌樁（M 樁）的施工，在攪拌樁中心水泥土初凝前采用振動沉管灌注樁機打入素混凝土芯樁（C樁）。

2.1 深層水泥攪拌樁（M樁）施工

水泥攪拌樁采用濕噴法施工，其工藝流程如圖2 所示。

圖2 M樁施工工藝流程

采用單軸深層攪拌樁機，機上配有灰漿拌制機、集料斗、灰漿泵、灌漿記錄儀等設備。膠凝材料為P.O.42.5級水泥，水泥摻量16%，施工過程中按照“四攪兩噴”的工藝施工，水灰比控制為0.5，漿液比重≥1.8 g/cm3，噴漿流量80~100 L/min，下鉆速度1.0~1.2 m/min，提升速度0.5~0.8 m/min，注漿壓力≥0.4 MPa。

樁機安裝時用枕木墊平、墊實，在樁機上測出標高控制線，并用紅漆在機架上劃出深度標志，機架正面、側面和攪拌管嚴格控制垂直度，攪拌頭對準樁位，并用線錘測量樁架垂直度，經檢查符合要求后進行鉆進。

按照試樁確定的配合比拌制水泥漿。攪拌機預攪下沉同時，后臺拌制固化漿液，拌好待用的漿液倒入集料池中。預攪下沉至設計深度后，開動灰漿泵坐漿30 s，把水泥漿壓入軟土層中，以300~500 mm/min 的均勻速度，邊提升、邊攪拌、邊噴漿，使水泥漿與土體充分拌和。為保證水泥攪拌樁樁端、樁頂及樁身質量，第一次提鉆時應在樁底部停留30 s。

為使土層與水泥漿攪拌均勻，用同樣方法，進行二次攪拌下沉、提升噴漿，即將深層攪拌機重復攪拌下沉、提升噴漿，施工的要求同第一次。

2.2 振動沉管灌注樁（C樁）施工

施工工藝：測量定位→樁機就位→振動沉管→灌注混凝土→振動拔管→成樁。

樁機就位后，核對樁位無誤后套入樁尖，并調整垂直度，振動沉管，沉至設計深度后，向樁管內灌滿混凝土，開啟振動5~10 s，然后拔管，邊拔邊振，每拔0.5~1.0 m，停拔振動5~10 s，直至樁管全部拔出，拔管速度控制在1.2~1.5 m/min。

采用C30 混凝土灌注，混凝土塌落度控制在80~100 mm，拔管過程中，采用垂線法檢查管內混凝土高度，保持管內混凝土高度至少在2 m 以上或不低于地面，不足時及時補充混凝土。

在試打前開展現場生產性工藝試樁試驗。本工程試樁根數為2 根，通過試樁試驗確定攪拌機械的灰漿泵送量、灰漿經輸漿管到達攪拌機噴漿口的時間、提升和下沉攪拌速度等施工參數。

3 實施效果分析

MC勁性復合樁開挖實景如圖3~4。

圖3 MC勁性復合群樁開挖實景

圖4 MC勁性復合單樁開挖實景

從開挖效果來看，外層攪拌樁樁身成型效果較好、內部素混凝土樁基本位于中心，偏差滿足設計要求。內外樁之間連接性整體較好。由于C樁的剛度和強度高于M樁，上部荷載會集中分布于C樁上，再由C樁依次傳遞至M樁、樁側及樁端土體。

采用振動沉管施工內部C 樁，C 樁和M 樁緊密嚙合，M 樁經振密擠擴提高密實度及強度，有效傳導。

3個點位M樁取芯率均超過90%，連續性較好，未見因C樁后施工導致的夾泥、夾砂、水泥土內部砂向底部沉淀等不良性狀。

采用慢速維持荷載法對2 根樁（測點1 和測點2）的單樁豎向承載力和1 根勁性復合樁（測點3）的復合地基承載力進行了靜載檢測。

如圖5所示，單樁靜載測點1樁徑700 mm，樁長8 m。最大加載量1 000 kN，最大位移量6.9 mm，最大回彈量4.52 mm，回彈率65.04%。

圖5 單樁靜載測點1 Q~S曲線

如圖6所示，單樁靜載測點2樁徑700 mm，樁長8 m。最大加載量1 000 kN，最大位移量10.30 mm，最大回彈量5.06 mm，回彈率49.13%。

圖6 單樁靜載測點2 Q~S曲線

如圖7 所示，復合地基靜載測點3 設計荷載290 kPa，壓板面積3.240 m2，最大加載量：290 kPa，最大位移量31.94 mm，最大回彈量21.63 mm，回彈率67.72%。

圖7 復合地基靜載測點3 Q~S曲線

通過樁基靜載荷檢測，MC 勁性復合樁單樁豎向承載力和復合地基承載力均滿足設計要求。

4 結 語

本文結合工程實例，詳細分析了MC 勁性復合樁施工工藝、質量控制要點、設計技術指標的檢測方法及檢測結果，得出如下結論：

（1）MC 勁性復合樁在深厚砂層水利工程的應用是可行的；

（2）可通過單樁靜載及復合地基靜載檢測對比驗證MC勁性復合樁的加固效果；

（3）深層水泥攪拌樁及振動沉管樁的施工對MC 勁性復合樁的實施效果至關重要，各單體樁樁位允許偏差為±10 mm，垂直允許偏差為0.5%，應嚴格控制；

（4）MC勁性復合樁施工對場地條件要求低，相較于常規水泥攪拌樁承載力得到較大提升。