预制方桩在软土地基处理中的应用——结合弥勒市甸溪河治理工程地基处理方案分析

李子伟 广东省水利水电建设有限公司

软土在江、河、湖、海等沿岸区域广泛分布，由于软土含水率高、压缩性强、抗剪强度小、承载力低，如果地基处理不当容易发生不均匀沉降，危及建筑物安全。地基处理有多种方法，其中以坚硬土层和基岩作为持力层做成深基础，则可发挥基础承载力高、稳定性好、沉降小、抗震性优越的效果，预制方桩就具有这样的特点，因此本文结合弥勒市甸溪河治理工程地基处理对预制方桩在软基处理中的应用进行了分析。

1.工程概况

弥勒市甸溪河治理工程位于云南省红河州弥勒市南盘江左岸一级支流，工程起自锦屏山，终至弥勒南连接线段（含蚂蝗沟段），全长24.8km。在口门区域需设置节制闸和泵站，用于排涝和防洪。由于地基中含有软土层，承载力较低，故需对地基进行处理。

根据地勘资料，地层从上至下依次为：

①人工填土，含少量碎石粉质黏土及黏土，棕褐色，结构松散，稍湿，可塑至软塑，厚度0.9～4m。

①-1耕植土、粉质黏土、黏土，灰褐色、灰色，结构松散，主要分布在右岸人工耕种农田区域，厚度0～0.8m。

②粉质黏土，褐红色，硬塑，稍湿，钻孔揭露岩芯为土柱状，厚度1.0～4.5m。

③粉质黏土，棕黄色、棕灰色、紫红色，可塑，稍湿，钻孔揭露岩芯为土柱状，厚度2.1～3.2m。

④粉质黏土，灰黄色，软塑，湿，局部揭露岩芯为可塑状，厚1.6～2.8m。

④-1有机质黏土，灰色、灰黑色，局部可见腐烂植物根系，可塑至软塑，厚度0～1.2m，呈透镜分布。

下伏基岩为石炭系下统摆佐组及大塘组，岩性为泥质灰岩、白云质灰岩，平均厚度8～9m。

上述各地层中，①层和①-1层承载力很小，不可作为持力层；②层估计承载力值170kPa，但因层厚较小，同时③层承载力只有90kPa，④层承载力60kPa，所以不足以作为持力层，建议将下伏基岩作为持力层，该层承载力估计在220kPa以上，且厚度均匀。

2.地基处理方案选择

根据口门建筑物基础地基土层分布、承载力变化规律，初拟出垫层法、水泥搅拌桩法、高压喷射注浆法、桩基础4个方案。这几个方案各有优劣，垫层法经济、施工便捷，但不适用于深厚软基，因为软基层太厚，开挖和置换工程量巨大，失去工程意义；水泥搅拌桩法施工质量可靠，但水泥用量大，施工要求严格，工期长；高压喷射注浆法加固深度大，适应地层能力好，处理效果可靠，但工艺复杂，造价较高；桩基础适于下部有硬土层的深厚软基，稳定性、可靠性都比较好，但施工费用较高。根据本项目地质条件、工期要求等因素决定选择工期较短、质量成熟可靠的桩基础方案。桩基础方案中，PHC管桩、预制方桩和钻孔灌注桩是常用的桩基础方法，根据以往工程经验判断，PHC管桩水平承载力相对不足，而本项目对水平承载力有一定要求，故不考虑PHC管桩方案。在预制方桩与钻孔灌注桩两个方案中，预制方桩在造价和工期两方面均有明显优势，所以最终确定施工便捷、经济性好的预制方桩方案。

按照地质条件及建筑物承载力要求，初拟预制方桩截面为300mm×300mm，采用梅花形布桩，桩间距取1400mm。桩端埋置于下伏基岩，结合实际情况取0.5m，设计桩长取5.6～14.5m。桩顶设置500mm厚水泥土褥垫层。

根据《建筑桩基技术规范》（JGJ 94-2008），单桩竖向极限承载力可按下式计算：

式中Quk、Qsk、Qpk—单桩竖向极限承载力及单桩总极限侧阻力、总极限端阻力的标准值；

u、qsik、li—桩身周长、单桩第层土的极限阻力标准值和第 层土的厚度；

α—桩端阻力修正系数；

qsk、Ap—桩端附近静探阻力标准值、桩端面积。

在天然地基中打入预制方桩，两者共同承担荷载可视为复合地基，按照《复合地基技术规范》（GB/T 50783-2012），复合地基承载力特征值可按下式计算：

式中fspk、fspk—复合地基承载力特征值与桩间土地基承载力特征值；

kp、ks—桩体实际竖向抗压承载力与桩间土地基实际承载力的修正系数；p

λ、λs—桩体竖向抗压承载力与桩间土地基承载力的发挥系数；

d、de—桩体直径与单根桩分担的地基处理面积的等效圆直径；

m—复合地基置换率；a

R、Ap—单桩竖向抗压承载力特征值与单桩截面积。

据式（1）可估算单桩竖向极限承载力Quk=1158kN，Ra=Quk/2=579kN，再据式（2）估算复合地基承载力特征值fspk=248kPa≥240kPa，满足口门建筑物对地基承载力的要求。

3.预制方桩施工要点

3.1 工艺流程

施工放样→桩机进场→方桩起吊→桩身校正→稳桩振打→检查验收→移至下一桩位。

3.2 施工放样

按照桩位图放出各桩位的准确位置，先定出桩基轴线，再放出各桩位中心坐标，在每个桩位上打入木桩或钢筋作为标记。桩机进场后一些桩位标记会受到影响，可从场外控制点引测和复核。

3.3 桩机进场、吊桩、校正

桩机进场、调试、就位、校核后，起吊方桩。起吊时，采用2台卷扬机2点水平吊至桩长一半的高度，桩尖近侧的卷扬机停止，桩尖远端的卷扬机继续起吊，当方桩由水平转至垂直状态时，卸下桩尖近侧的吊索，由桩尖远端卷扬机单点悬挂送入桩机龙门架内，桩顶套入桩帽。检查桩帽与桩顶对齐后，穿入保险插销并固定。控制桩身缓慢下降，当桩尖距地面10cm时停止，检查桩身是否垂直，然后使桩尖对准桩位。压桩，使桩入土0.5～1m左右，检测桩身垂直度偏差不超过0.5%时再继续施工。

3.4 稳桩振打

桩身施打采用静压与振打结合方式，即土层为软土时静压贯入，为硬土层时振打贯入，这种方式可减少桩头破裂、桩身混凝土剥裂现象，避免出现废桩。静压贯入是依靠桩机机械臂的力量将方桩压入，振打贯入则是利用振动力将方桩沉入土中，振动源来自风镐机，即将风镐机与桩帽顶部连接固定。启动振动后，可使桩容易贯入硬土层，若仍贯入困难可射水配合。通常振动时间不超过10～15min，应根据贯入速度调节振动时间与振动频率。如果下沉速度低于5cm/min应停下来查找原因，不可强行贯入，以免损坏桩身。贯入应一次完成，中途不可停歇。

3.5 检查验收

打桩结束后进行检查验收，复核桩顶标高，监理签字后才能移机至下一桩位施工。

4.预制方桩施工质量控制

4.1 合理选择打桩顺序

对于比较密集的预制桩，打桩顺序应由中部向左右或前后两个方向对称施打，或由中心向四周对称打桩，不可由一端向另一端打桩，以免因挤土效应而产生不均匀沉降。有长、短桩时，应先打长桩，后打短桩。

4.2 桩位精度控制

为防止桩位偏差，除了提高桩位放样精度以外，还应注意以下两点：一是施工前清理场地内的孤石及地下坚硬的障碍物，避免打桩时遇到这些障碍桩使尖挤向一边；二是控制沉桩速度，延缓挤土效应产生的偏移。

4.3 桩身垂直度控制

施工前，应对场地进行平整和加固，尤其是软基上应铺设碎石层，保证基座稳定，防止打桩过程中桩机倾斜。插桩时，在相互垂直的两个方向上观测桩身垂直度，并校正偏差。桩入土0.5～1m深，再次观测桩身垂直度。两次校正无误后才能进入正常施打程序。

4.4 沉桩深度与桩顶标高控制

接近沉桩深度前，根据水准仪测量的设置在送桩器上的刻度线标高估测距离沉桩深度的数值，当刻度线与水准线接近重合时应放慢打桩速度，两线完全重合时停打。采用水准测量，桩顶标高应控制在设计标高±50mm范围内。

5.预制方桩施工效益分析

采用静压与振打结合方式施工，比传统锤击法工效提升70%以上，施工费用降低30%以上，而且施工噪声大大减小，具有良好的经济效益、环境效益和社会效益。

6.结语

根据弥勒市甸溪河治理工程软基处理实践，预制方桩在施工速度、造价控制及质量可靠性方面的优势得到充分发挥，工程中未出现明显不均匀沉降、桩身破裂、断桩等质量事故，工程质量达到设计要求和规范规定，因此本工程采用预制方桩处理软基效果满意，值得在类似工程中推广应用。