刍议水池工程中沉管挤密抗拔防浮碎石桩的应用

■蒋新华 ■中国市政工程中南设计研究总院有限公司，湖北 武汉 430000

在建筑施工过程中，通常采用锚索锚固、锚杆、抗拔桩等手段来解决抗浮问题，但由于地基变形、沉降等会对建筑物造成很大的影响，因此，在进行抗浮处理时，还要考虑地基承载力的因素。在水池工程中采用沉管挤密抗拔防浮碎石桩进行地基处理，不但能有效的解决抗浮问题，还能有效的解决地基沉降、变形等问题，保证地理承载力符合设计要求。

1 工程地质概况

在某污水处理厂建设过程中，根据工程地质勘察报告及后期运行要求，将生物反应池设置在淤泥质粉质粘土上面，该施工现场的地质特点为:1层土质为人工回填土，土层厚度为0.5m-4.6m，回填土中含有60%-85%的碎石，碎石粒径为3cm-20cm，砂、粘性土含量比较少，该层结构的松散性没有经过处理，不适合做建筑物的天然地基持力层;2层土质为灰黄色粉质粘土，土质比较好，土层厚度为0.2m-3m，可以当作一般建筑物的天然地基持力层，但土层的分布不均匀，局部缺失现象比较严重，土层下部存在高压缩性灰色淤泥质粉质粘土;3层土质为灰色粉砂夹粘土，土质分布不均匀，厚度为3.5m-5.4m，该土层具有高压缩性，并且分布在整个区域;4层土质为灰黄色粘土，土质比较好，土层的力学性质比较好，土层为中压缩性、厚度为0.9m-7.5m。

2 地基处理方案

2.1 地基处理方案的确定

该工程生物反应池建设场地的地质土层中淤泥质土和粘土比较厚，不适合选用强夯处理;沉管灌注桩、预制钢筋混凝土桩能解决地基沉降、结构抗浮的问题，但该工程地质比较软弱，持力层只能选择4层粘土层，桩长需要在40m，而沉管灌注桩的桩长一般为30m，因此，选用预制钢筋混凝土桩为基础;建筑物需要进行抗浮处理，因此，需要采用沉管挤密抗拔防浮碎石桩处理地基沉降、抗浮等问题;由于预应力钢筋混凝土桩桩长比较长，工程费用比较高，因此，本工程采用沉管挤密抗拔防浮碎石桩作为地基基础处理方案。

2.2 沉管挤密抗拔防浮碎石桩的构造

沉管挤密抗拔防浮碎石桩由挤密碎石桩、抗拔钢筋束、抗拔锚固头三部分组成，挤密碎石桩能和土体组成一个新的受力体，有效的提高地基的承载力，同时挤密碎石桩还具有排水、消除砂层液化、挤密土层的效果;抗拔钢筋束和抗拔锚固头能为建筑物提供抗浮力，确保水池在浮力的作用下，也可以正常运行。

2.3 沉管挤密抗拔防浮碎石桩成桩工艺

本工程采用直径为500mm，使用震动夯扩灌注桩的桩基设备成孔。在进行成桩施工时，首先在设定的桩位上安装预制混凝土桩尖，然后将外管和内管对准桩尖用锤击沉管;当沉管达到设计要求后，将内管拔出，同时向管内灌注混凝土扩大头设计数量;然后将内管放在外管中进行夯扩，夯扩过程中缓慢的将内管拔起;内管拔起后，安装预先经过防腐处理的钢筋束，同时计算好充盈系数，并开始灌注碎石料，碎石料灌注结束后，将内管安装在外管中，开始振动拔管，桩管拔出地面后，成桩结束。

3 沉管挤密抗拔防浮碎石桩的原理

抗拔碎石桩的抗拔力是通过抗拔钢筋传递到扩大头，然后在传递到周围土体，上拔时，沉管挤密抗拔防浮碎石桩的扩大头的土抗力先达到极限，而此时沉管挤密抗拔防浮碎石桩侧摩擦阻力只达到极限值的一部分，因此，沉管挤密抗拔防浮碎石桩的总极限上拔力对应的位移比较小。沉管挤密抗拔防浮碎石桩的作用原理主要体现在以下几个方面。

3.1 挤密作用

在下沉桩管时，桩管会对周围砂层产生横向作用力，将土层中和桩管体积相同的土挤向周围土体，从而使得的周围的土体更加密实，在灌注碎石、振动等过程中也会将周围土体挤密，这样能有效的提高地基的抗剪强度。

3.2 置换作用

地基经过碎石桩加固后，会形成一个复合地基，当荷载作用在复合地基上时，碎石桩和土体的沉降量是相同的，但土体的压缩模量小于桩的压缩模量，荷载会集中在碎石桩上，这样会减少土体承受的荷载。

3.3 排水作用

当地震荷载施加在土层上时，土会发生收缩现象，土体空隙水压力会增加，土层中的砂土会处于离散状态，发生液化现象，沉管挤密抗拔防浮碎石桩的透水性比较好，能形成一个排水通道，发生地震时，能将产生的孔隙水压力及时排出，从而达到防止液化的效果。

3.4 形成复合地基

沉管挤密抗拔防浮碎石桩取代了同体积的粉土、细砂，沉管挤密抗拔防浮碎石桩能和周围的土地形成一个新的受力体，这样有效的改善原来地基的性能。

4 布桩要求

根据施工要求及地质状况，在进行生物反应池布桩时，要注意为保证底板地基土和周围软土层受力均匀，要在池底板边线均匀的布置两排沉管挤密抗拔防浮碎石桩，桩距为2020mm×2000mm，桩长为10.2m-10.5m，桩径为500mm;在进行复合地基承载力施工时，要进行单桩静载抗拔检测，从而保证复合地基的承载力符合设计要求。

沉管挤密抗拔防浮碎石桩施工结束后，要对整个地基的承载力进行试验，其具体过程为采用千斤顶、精密油压表组成的加载系统，用慢速维持荷载法对地基进行加载，每级施加的荷载为最大试验荷载的十分之一，在加载过程中要认真记录地基最大变形量及残余变形量。通过试验证明，沉管挤密抗拔防浮碎石桩满足本工程设计要求，能采用这种方法进行地基处理。

5 总结

沉管挤密抗拔防浮碎石桩能有效的对软弱地基进行处理，在水池工程中采用沉管挤密抗拔防浮碎石桩，能解决建筑物抗浮问题，提高地基的承载力、降低地基沉降量、减少地基压缩性、消除地基液化现象，沉管挤密抗拔防浮碎石桩对水池工程施工有十分重要的作用。

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