钻孔灌注桩在蒙河治理工程中的应用

王山峰

（临沂市水利水电工程建设监理中心，山东 临沂 276000）

在蒙河河道治理过程中，需要新建较多的建筑物，软土地基承载力较低且分布较广，对软土地基进行处理尤为重要。地基加固处理方法众多［1-4］，准备选择合适的加固措施，需要准确获取软土地基地层分布情况和岩土体类型及特征［5-6］。本文结合蒙河地质特征，对新建构筑物地基加固处理方法及效果进行分析。

1 工程概况

蒙河河道全长62.0km，流域面积634km2，流域成扇状分布。其中沂南县境内河道长37km，流域面积305.4km2，河口宽200～400m，干流平均坡度1.14%。

本次治理工程位于临沂市李官镇境内，治理范围为蒙河的下游段右岸，即蒙河大桥—兰山区—沂南县县界（中泓桩号K5+450～K10+040），治理河段长4.59km，右岸长4.954km（K右0+000～K右4+954）。 防洪标准为20年一遇（P=5%）。

本次主要治理右岸防洪堤工程长4.71km，铺设防汛道路长4.71km，险工护砌工程1处，总长0.31km，新建穿堤管涵5座，桥梁3座，上堤坡道15条。

2 地基岩土体特征

新建桥梁位于蒙河右堤桩号0+860处，宽6.0m，跨径13.0m。现状该处支流主河槽宽30m，左右岸滩地局部仅存0.50m，滩地高程85.71～86.20m，朝外为阶地，阶地顶高程88.61～89.79m。地层自上而下分别论述：

2.1 壤土

呈褐黄色，为可塑～硬可塑状态，局部夹含铁猛线。层厚2.80m，该层层底高程89.24m，主要分布于拟建场地蒙河右岸。

2.2 砂壤土

褐黄～黄褐色，稍密，局部含少量粉砂。层厚2.40～3.40m，该层层底高程85.84～88.60m，分布于蒙河两岸。

2.3 中粗砂

黄褐色，松散～稍密，干～饱和，主要成分为石英、长石。层厚3.30～3.50m，层底高程82.54～85.10m，分布于蒙河两岸。

2.4 砾质粗砂

黄褐色，稍密～中密，湿～饱和，主要成分为石英、长石。层厚0.40m，层底高程84.70m，分布于拟建场地蒙河左岸。

2.5 灰岩

弱风化，块状构造，中厚层状结构，溶蚀裂隙一般发育，充填方解石，岩芯呈短柱、长柱状，锤击声脆。该层未穿透，最大揭露厚度4.70m，分布于整个场地。

3 钻孔灌注桩加固机理及施工工艺

3.1 加固机理

钻孔灌注桩在碎石土地层处理中较为常用，通过高压将水泥浆液由钢管压入地层中。在高压作用下，水泥浆液在结构松散的地层中扩散，水平方向扩散增加了钻孔灌注桩的直径，竖向扩散增长了灌注桩的长度，随着浆液与原本松散的碎石层胶结、固结，从而形成整体性质较好、强度较高的复合地基，提高地基承载力。

3.2 施工工艺

钻孔灌注桩采用泥浆护壁钻进和水下浇筑混凝土施工工艺。钻孔灌注桩施工工序如图1。

钻孔过程中，泥浆质量直接影响到钻孔孔壁的稳定性，从而间接影响到钻进速度和混凝土浇筑质量。需在现场结合地层分布特征、钻机钻进性能等因素进行护壁泥浆的配比试验，保证在钻进过程中孔壁具有相对可靠的稳定性。泥浆具备黏度高、固相低及不分散的特点，选用PHP泥浆可满足要求。

图1 施工工序

4 加固效果数值模拟分析

4.1 数值模拟模型建立

采用数值模拟方法对钻孔灌注桩的加固效果进行研究。根据承载力强度特征将地层分为壤土层、砂壤土+中粗砂层、砾质粗砂层、灰岩层4层。根据设计长度建立桩长（10～15m，以10.0m为例），桩端持力层为灰岩层。使用FLAC3D软件进行数值模拟分析，如图2。

图2 数值模拟模型

4.2 侧向位移分析

在钻孔灌注桩中间部位不同深度设计监测点，监测桩间土的侧向变形，结果如图3。

图3 不同埋深桩间土侧向位移

由图3可知，在地面以下2.8m处侧向变形最大为15.4mm，此处为壤土和砂壤土分界处，由于壤土强度较低，因此变形量最大。通过模拟主体工程施工过程，侧向位移的发生是由上至下依次发生的，最大侧向位移不大于20.0m，可满足工程设计要求，钻孔灌注桩控制侧向变形效果较好。

4.3 沉降量分析

通过数值模拟结果，分析钻孔灌注桩和桩间土的沉降变形响应，监测结果如图4。

图4 桩土沉降监测结果

由图4可知，在主体施工的初始阶段，钻孔灌注桩和桩间土沉降变形量基本一致，当沉降变形达5.0mm时，地基上覆荷载增大，此时，桩间土沉降量迅速增大，且增加速率大于钻孔灌注桩沉降增加速率，直至主体工程施工完成后，短时间内沉降差值达到最大值，此后，随着上覆荷载的稳定，桩间土与钻孔灌注桩的变形逐渐趋于协调，两者差值逐渐降低，钻孔灌注桩与桩间土共同承担上覆荷载。

4.4 桩土应力比分析

钻孔灌注桩与桩间土所受荷载的比值即为桩土应力比，如图5。

在工程建设初期，上覆荷载较小，处于桩间土承载力范围内，此时，钻孔灌注桩与桩间土之间的应力比较小，随着主体工程的施工，荷载逐渐增大，桩土应力比逐渐增大，最大值为1.82，桩土沉降差值也在此时达到最大值 （主体工程完工后短时间内达到最大值），之后上覆荷载的稳定后，桩土沉降差值趋于一致，桩间土固结承载力提高，桩土之间的应力比又逐渐降低，直至达到稳定。

图5 桩土应力比

5 结语

（1）钻孔灌注桩是处理砂土地基的一种常用桩基类型，利用水泥浆液将松散碎石土凝结形成强度较高的复合地基，从而满足承载力要求。

（2）结合工程新建构筑物特点，使用FLAC软件进行加固效果分析，使用钻孔灌注桩对桩间侧向位移及地基沉降等变形具有较好的控制作用，当主体工程施工完成后，随着外加荷载的稳定，桩土应力比逐渐缩小，桩土变形达到协调。