水下预制桩复合地基在重力式码头地基处理中的应用

张铭强 江平 徐小梅

摘 要：本文以浙江某重力式码头为例，介绍水下预制桩复合地基在重力式码头地基处理中的应用。

关键词：水下预制桩复合地基;地基处理;重力式码头

中图分类号：U656.1+11          文献标识码：A            文章编号：1006—7973（2021）04-0134-03

预制桩复合地基以摩擦型或端承型刚性桩作为竖向增强体的复合地基，如钢筋混凝土桩、预应力管桩、预应力方桩等。预制桩复合地基通过设置桩帽、控制桩间距和回填土厚度来调节桩土荷载分担比，形成“土拱效应”，可有效增加桩体承担荷载的比例，发挥桩的承载能力，有效减少复合地基的沉降。目前预制桩复合地基桩帽结构主要采用现浇混凝土，但现浇桩帽需要干地施工，为了将预制桩复合地基应用于水下，拟以水下水泥搅拌体桩帽结构代替干地现浇混凝土桩帽，充分利用水泥搅拌体可水下施工和水泥搅拌体与预制桩之间的耦合连接，承担上部荷载，提高地基承载力，有效控制地基工后沉降。本文结合浙江省岱山县大衢渔港扩建工程，介绍水下预制桩复合地基在重力式码头地基处理中的应用。

1工程概况

浙江省岱山县大衢渔港扩建工程按600HP渔船为设计船型进行设计，码头结构采用重力式，码头采用抛石基床，码头下部结构采用C30预制方块，码头上部结构采用C30现浇块石混凝土结构，码头典型断面如图1所示。设计高水位1.95m（85国家高程系，下同），设计低水位-1.75m。

工程区域属于软土地质，地基原始承载力无法满足重力式码头结构，须进行地基处理，码头地基处理采用水下预制桩复合地基，桩基采用浙江省建筑标准设计结构标准图集《机械连接先张法预应力混凝土竹节桩》（2016浙G32）附录中的”400-370-60-A”型，每根桩包含接桩和a型-开口型钢桩尖，桩长25m左右。

2工程地质

参照工程勘察报告，本工程区域地层具体如下：

第（②）层：淤泥质粉质粘土（Q42+3m），层厚1.50～23.30米，层顶埋深0.00～0.00米，层底标高-26.60～-3.20米。灰色，饱和，流塑，高压缩性，韧性中等，干强度中等，含少量贝壳碎片和腐殖质，局部含少量粉细砂团块，摇震反应慢，切面无光泽。

第（④1）层：粉质粘土（Q32-2al+l），层厚0.40～7.80米，层顶埋深11.20～22.90米，层底标高-30.60～-16.30米。灰黄～青灰色，可塑，局部硬塑，中偏低压缩性，断面可见铁锰质氧化物和黄褐色斑块，干强度中等，韧性中等。局部含少量砾砂。

第（④2）层：粘土（Q32-2m），层厚2.20～10.70米，层顶埋深18.20～21.80米，层底标高-34.50～-22.70米。灰色、青灰色、灰黄色，软～可塑，中等压缩性，粘粒含量较高，切面光滑，干强偏高，韧性强。

第（⑤1）层：粉质粘土（Q32-1al+l），层厚1.90～18.00米，层顶埋深13.00～32.50米，层底标高-42.50～-19.10米。青灰色，可塑，局部硬塑，中偏低压缩性，断面可见铁锰质氧化物和黄褐色斑块，干强度中等，韧性中等。局部含少量碎石。

淤泥质粉质粘土层，饱和，流塑，下部软塑，高压缩性，韧性中等，干强度中等，该两层物理力学性质极差，不能做基础持力层。粉质粘土层，物理力学性质较好，可以做基础持力层。

3码头地基处理设计

3.1 地基处理设计标准

（1）地基承载力不小于120kPa;

（2）工后沉降不超过10cm。

3.2 地基处理设计

根据工程区域的地质条件和设计承载力，桩长以穿透软土层为控制标准，梅花形布置，间距2.5m，桩基布置如图2所示;为了将上部荷载有效地分配到管桩上，桩顶设置直径1.2m，高度2.0m水泥搅拌体桩帽竹节桩嵌入桩帽1.0～1.5m，桩基桩帽耦合如图3所示，桩帽上部铺设一层钢塑土工格栅以调整桩土间的荷载分担比。

4码头地基处理施工

施工工艺流程：测量定位—搅拌机（船机）就位—喷浆下沉—施工下部桩体—提升搅拌—伸展叶片—切土下沉—提升搅拌—桩帽完成—插入预制桩。

4.1 桩帽施工及质量检验

（1）原材料、外加剂及水灰比：水泥土搅拌体桩帽固化剂42.5的硅酸盐水泥，掺量为18%，同时外掺石膏和木质素磺酸钙，掺量分别为水泥用量的2% 和0.2%;水泥浆液的水灰比应控制在0.45～0.5范围内。

（2）强度要求：试桩在达到28d龄期后应全部进行标准贯入试验和取芯进行室内无侧限抗压强度测试，要求标贯击数N63.5>20;无侧限抗压强度不小于1.0MPa。

（3）桩帽质量控制：贯穿在施工的全过程，检查重点是水泥用量、桩帽长、搅拌头转数和提升速度、复搅次数和复搅深度、停浆处理方法等。

（4）桩帽施工质量检验：成桩3d内，可用轻型动力触探（N10）检查每米桩身的均匀性，检验数量为施工总桩数的1%;成桩28d后，用双管单动取样器钻取芯样做抗压强度检验，检验数量为施工总桩数的0.5%。

4.2 机械连接先张法预应力混凝土竹节桩施工及质量检验

水泥搅拌桩帽施工完成后，采用静压法打入预制桩，使预制桩与水泥搅拌体桩帽耦合连接。

机械连接先张法预应力混凝土竹节桩沉桩施工步骤：

（1）沉桩时必须固定端大螺帽朝上，张拉端小螺帽朝下，不得混淆。

（2）预应力混凝土竹节桩的混凝土必须达到设计强度及龄期（常压养护28d或蒸压养护1d，常压养护14d）后方可沉桩。

（3）预应力混凝土竹节桩起吊垂直度在80度以内时严禁单点拖拉。

（4）第一节预应力混凝土竹节桩插入地面时的垂直度偏差不得超过0.5%，与第二节以上的预应力混凝土竹节桩、桩锤、桩帽或送桩器应与桩身在同一中心线上。

（5）禁止采用将上下节桩轴线形成夹角的方法调整上节桩的垂直度。

（6）沉桩过程中应经常观测桩身的垂直度，若桩身垂直度偏差超过0.5%时，应找出原因并设法纠正;严禁用移动桩架等强行回扳的方法纠偏。

（7）每一节桩应一次性连续打（压）到底，接桩、送桩应连续进行，尽量减少中间停歇时间。

（8）沉桩过程中，出现贯入度反常、桩身倾斜、位移、桩身或桩顶破损等异常情况时，应停止沉桩，待查明原因并进行必要的处理后，方可继续施工。

（9）沉桩宜采用静压法，顶压式，桩帽或送桩器之间应加设弹性衬垫，沉桩按标高控制。

5结语

本文提出了一种应用于水下预制桩复合地基的耦合式桩帽结构，包括水下打设水泥搅拌体桩帽、水上打设预制桩、预制桩与水泥搅拌体桩帽的耦合连接，其特征在于：拟以水下水泥搅拌体桩帽结构代替干地现浇混凝土桩帽，充分利用水泥搅拌体可水下施工，无需临时围堰和止水帷幕的优点，达到降低成本，缩短施工周期的目的。通过采用应用于水下预制桩复合地基的耦合式桩帽结构，大大拓宽预制桩复合地基的水下应用范围，实现无围堰、无止水、無降水施工;提高了工程安全性，并节约了工程投资。

参考文献：

[1]JTS 147-2017，水运工程地基设计规范[S].

[2]JGJ220-2012，建筑地基处理设计规范[S].

[3]GB/T50783-2012，复合地基技术规范[S].

[4]龚晓南.地基处理手册（第三版）[M].北京：中国建筑工业出版社，2008.

本研究由浙江省交通运输厅科研计划项目（2018016）资助。