加芯搅拌桩复合地基处理在桥头软土地基处理中的应用

叶绍棠

（广州市市政工程设计研究总院有限公司，广东 广州 510060）

0 引言

近年来，华南地区市政道路建设进展迅猛，而在沿海地区市政项目中，由于沿海区域普遍存在较深软土的特殊性，在项目总投资中软基处理投资造价所占比例较大。经济合理的处理方案会在很大程度上促进项目的推进。

关于加芯搅拌桩设计、施工及机械设备的研究成果很多，国家与地方也发布了相关技术规范[1-6]，详细说明加芯搅拌桩复合地基处理的适用范围、承载力计算和检测等相关内容。但研究多集中于施工、检测经验积累，关于加芯搅拌桩设计要点的总结较少。陈佐林[7]根据沿海地区铁路站场施工特点，结合宁德站使用多向加芯搅拌桩进行地基处理施工的实际情况，对加芯搅拌桩施工工艺及施工质量控制进行了详细的阐述。刘鹏程[8]通过物理检测，利用ANSYS 有限元进行数值模拟，评价了加芯搅拌桩其关键技术参数选取的合理性。

本文结合项目自身特点，从技术可行性、造价成本、施工难度等方面对引道软基采用加芯搅拌桩的施工方式进行综合分析，保证了施工方案的合理性，有效推进项目建设。从实施情况看，项目在控制经济成本的情况下引道软基处理检测成果符合要求。本文总结了相关设计及施工技术，为后期项目建设选择更经济、更合理的处理方案积累经验。

1 工程概况

某项目位于南沙区黄阁镇，道路规划为城市主干路，道路红线宽度为60 m，双向8 车道，设计速度为60 km/h。场地蕉门水道环绕南北，绝大部分为沙田平原，土壤肥沃，地势平坦。

项目跨涌桥两端引道填土高度大于4 m，引道挡墙最大挡高约6 m，采用钢筋混凝土材质。根据地勘资料，桥头引道范围存在较深软土地质，需要进行软基处理。

2 工程地质概况

根据前期初勘报告及区域地质资料，场区内土层为人工填土、第四系三角洲海陆交互相沉积、冲洪积、残积土层，人工填土主要为素填土。桥头引道段部分地质钻孔如图1 所示。

图1 桥头引道段部分地质钻孔

3 加芯搅拌桩设计

本项目引道最大填土为4 m，挡墙最大高度为6 m，引道复合地基承载力为140 kPa，挡墙基底要求复合地基承载力为200 kPa。根据以上要求以及地层相应参数，结合南沙地区以往软基处理经验，水泥搅拌桩复合地基承载力难以达到要求，预应力管桩综合单价过高。加芯搅拌桩具有造价成本低、适用性强、施工简易等优势，故本项目引道及引道挡土墙软基处理采用加芯搅拌桩复合地基方案。

3.1 加芯搅拌桩简介

加芯搅拌桩是在多向搅拌桩基础上的一种技术延伸。利用水泥搅拌桩成桩后搅拌体处于松软状态且尚未固结时，及时采用静压或现场灌注的方式插入钢筋混凝土、素混凝土、型钢等各种芯桩而成桩，是混凝土桩和水泥搅拌桩的技术综合应用。

加芯搅拌桩的优势如下。

（1）充分发挥搅拌桩与预制桩的优点，成桩质量可控、可靠，易于监督、检查；桩体承载力高，工后沉降小。

（2）加芯水泥搅拌桩改善了荷载传递途径及深度，使复合桩全长范围内的侧阻力和桩端阻力得到充分发挥。

（3）芯桩截面尺寸及长度可根据荷载情况进行设计变更，芯桩接触的是已加固的水泥搅拌土，承载力高，抗震性好，能更有效地控制沉降。

（4）成桩速度快，后续工作少，桩身强度和承载力高。

（5）芯桩的插入还会挤扩周围水泥土体和桩周土体，使桩周土体的界面粗糙紧密，使侧摩阻力大幅提高。

3.2 加芯搅拌桩设计

3.2.1 承载力计算

选取本项目软弱土层最深的钻孔土层进行加芯搅拌桩单桩承载力计算验证。

加芯搅拌桩取外桩直径为500 mm，芯桩平均直径为175 mm，计算参数指标如表1 所示。

表1 计算参数指标

上述计算采用短芯桩，外桩桩径按￠500 mm，引道段按桩间距1.1 m，挡墙基底按间距0.9 m 等正方形布置，加芯搅拌桩桩长8.1m，桩底应进入下卧硬土层0.5 m 以上，采用湿法施工。芯桩首节采用顶截面为 200 mm×200 mm、底截面为 150 mm×150 mm 的倒四方棱台形，其他节芯桩采用截面为150 mm×150 mm的四方柱形，各节芯桩通过钢套筒连接。通过上述计算可知，单桩竖向承载力特征值为550 kN，满足设计要求值300 kN 的要求。

3.2.2 主要技术及构造要求

加芯搅拌桩属于劲性复合桩类型，原则上必须穿透软弱层至硬底。加芯搅拌桩施工具体要求与一般水泥搅拌桩一致，桩体所用水泥为42.5 级及以上的普通硅酸盐水泥，水灰比宜为0.55~0.65，水泥掺和量为12%~15%，其中设计水泥量不低于55 kg/m。

芯桩设计及构造要求应符合以下要求，加芯搅拌桩加固引道软基如图2 所示，挡墙底加芯搅拌桩布置如图3 所示。

图2 加芯搅拌桩加固引道软基

图3 挡墙底加芯搅拌桩布置

（1）当加芯搅拌桩设计桩长不超过9 m 时，采用单节预制芯桩。芯桩为倒四方棱台形，芯桩上端截面为200 mm×200 mm，下端截面为150 mm×150 mm，芯桩长度按设计桩长减去1 m 进行预制。混凝土强度等级不宜低于C20。配筋按吊装运输条件确定，主筋不小于4 根S00，箍筋采用冷拔钢丝φ5@250 mm，最小配筋率不宜小于0.4 %。

（2）对设计桩长大于9 m 以上的加芯搅拌桩，采用二节方法预制混凝土芯桩。上节芯桩为倒四方棱台形，其上端的截面尺寸为200 mm×200 mm，下端的截面尺寸为150 mm×150 mm，上节芯桩的长度h1是不等长的，可依据总设计桩长/2 的原则进行预制；下节为等截面的正方形，截面尺寸为150 mm×150 mm，下节长度h2可调节，h2=桩长H-上节长h1-1 m。混凝土强度等级不宜低于C20。配筋按吊装运输条件确定，主筋不小于4 根S00，箍筋采用冷拔钢丝φ5@250 mm，最小配筋率不宜小于0.4%。在混凝土芯桩的预制过程中，按图形要求，在上节的下端以及下节的上端需留插入镀锌钢管的预留孔，孔直径为φ63 mm，孔深155 mm，预制时注意孔应居中，以及芯桩端面与孔的垂直度。

（3）钢筋保护层厚度不得小于20 mm。

（4）混凝土芯桩节与节之间采用镀锌钢管对穿插入的方式连接。定长的镀锌连接钢管内须预先用M10 水泥砂浆灌满备用。

（5）混凝土芯桩接桩时，在节与节之间以及镀锌钢管与孔之间采用硫黄胶泥黏结剂固结。

3.3 加芯搅拌桩设计要点总结

本项目设计、施工工艺中的要点可总结如下。

（1）加芯搅拌桩属于劲性复合桩类型，原则上须穿透软弱层至硬底，采用正方形布置，桩径φ0.5 m，桩顶需铺0.6 m 厚垫层，垫层内铺设土工格栅。

（2）当加芯桩设计桩长不超过9 m 时，采用单节预制芯桩。设计桩长超过9 m 的加芯搅拌桩，采用二节方法预制混凝土芯桩，混凝土芯桩节与节之间采用镀锌钢管对穿插入的方式连接。定长的镀锌连接钢管内必须预先用M10 水泥砂浆灌满备用。

（3）施工中应保持多向加芯搅拌桩机底盘的水平和导向架的竖直，垂直度偏差不得超过1%。

（4）加芯搅拌桩属于非挤土桩，一般情况下对施工顺序无特殊要求。

（5）加芯搅拌桩下钻（提升）速度、供浆与停浆时间、下钻深度、喷浆高程及停浆面、单桩喷浆量应符合施工工艺的要求，桩端应原位喷浆搅拌10~30 s。

4 结语

（1）本文根据项目建设因素差异，从技术可行性、造价成本、施工难度等方面对加芯水泥搅拌桩施工方法进行综合分析，结果表明加芯搅拌桩具有承载力高、经济合理、抗震性好等优势。

（2）本文介绍加芯搅拌桩设计时承载力计算、主要技术及构造要求，主要包括设计加芯搅拌桩水泥型号、芯桩节段要求、芯桩接桩参数等经验，可为相关设计、施工案例提供借鉴与参考。

（3）本文总结加芯搅拌桩设计要点，分别在设计、施工、检测方面对加芯搅拌桩要点、关键问题进行总结，提出注意事项，促进后续加芯搅拌桩技术的发展和完善。