深厚软基加固在板桩岸壁码头工程中的设计研究

胡明

（1.中船第九设计研究院工程有限公司，上海 200090；2.上海海洋工程和船厂水工特种工程技术研究中心，上海 200090）

深厚软土地基中建造板桩岸壁码头存在以下问题：一是板桩墙后土压力大，墙前土可提供的抗力小，且开挖面土层软弱易产生较大变位，这就需要板桩具有更大的截面模量及更多的拉锚约束来解决受力大、变形大的问题；二是在岸壁开挖中，尤其对于深水岸壁，由于一侧挖深较深，墙前抗力不足，容易造成岸壁结构踢脚失稳，这就需要板桩插入开挖面以下更大深度；三是码头后侧堆载，在深厚软基中地面沉降更加显著，对于拉锚式板桩岸壁结构，锚碇块石棱体易发生较大沉降，从而造成水平拉杆侧斜，改变原设计受力情况，影响结构安全。

本文依托某板桩岸壁码头工程，研究了在深厚软土地基条件下，通过搅拌桩方式进行软基加固，提高土体力学特性，并研究了其设计方法，以期对同类项目具有借鉴意义。

1 工程概况

1.1 建筑物概况

某已建码头前沿线位于现有护岸大堤线内侧，总长400m，其中,包括300m 码头和上下游各50m 过渡段。码头宽度20m，面标高3.30m，前沿设计泥面标高-10.50m。平台位于码头场地后方，拟建后平台总长300m，宽度20m，平台面标高3.30m。（高程系统采用珠江基准面）

1.2 设计标准

（1）水工建筑物安全等级：顺岸码头、后平台水工建筑物设计安全等级为Ⅱ级；设计使用年限为50 年。

（2）主要荷载：①顺岸码头荷载：流动荷载为100t 平板车；码头面均载为码头前沿至前轨区域按10kPa 考虑，码头面其余区域按20kPa 考虑。②后平台荷载：流动荷载为模块车行走范围内(2.5m×8.5m)均载120kPa；均布荷载为30kPa。

1.3 设计水位

设计高水位:1.08m（高潮累积频率10%）

设计低水位:-1.55m（低潮累积频率90%）

极端高水位:2.21m（五十年一遇）

极端低水位:-2.17m（五十年一遇）

1.4 工程地质条件

拟建场区地貌单元属珠江三角洲冲、淤积平原。区内基本为第四系地层所覆盖，基岩以侵入花岗片麻岩为主。

拟建场地上部覆盖层属第四系河口～滨海相沉积层，主要由人工填土、淤泥质土、粘性土及砂土等组成，下部基岩以花岗片麻岩为主，挖深范围内主要为深厚的②3淤泥质粉质粘土，其下土层为③1粉质粘土、③2-1粉质粘土夹砂、③2-2中砂夹粉质粘土、④粉质粘土层，以下为中砂层。

②3层淤泥质粉质粘土，为近代沉积而成，饱和，呈流塑状，以淤泥质粉质粘土为主，局部为淤泥质粘土，夹有砂、粉土薄层，局部砂性较重，以细砂为主。该层在场地均有分布，厚度变化较大，层厚约为9.80～19.50m，平均厚度为15.70m，其压缩模量约2.70MPa。该层土具高含水量、易触变等特性，属力学性质差、具高压缩性的地基土层。

2 设计方案

顺岸码头总长400m，前沿泥面设计标高为-10.5m，后方地坪标高一般为+3.30m，采用拉锚钻孔排桩结构型式。

板桩墙结构：板桩墙采用钻孔灌注排桩，规格为Ф1200@1350mm，进入⑤层中砂约2m 考虑，桩长约33m。桩后采用一排Ф800@600 高压旋喷帷幕堵漏，帷幕底标高为-15.9m。钻孔排桩上设现浇钢筋混凝土箱型胸墙结构，胸墙承台底板底标高为-0.50m，板厚为0.8m，承台底板宽为6.80m。

锚碇墙结构：锚碇墙中心线距离码头前沿线一般为33m，锚碇墙高度4.4m，顶标高+2.1m，底标高-2.3m。墙前设干砌块石棱体，在标高-0.10m 处设钢拉杆一道，间距1450mm。

地基加固：为改善结构受力条件，对驳岸结构主动区和被动区第②3层淤泥质粘土层采用2Ф700@500双轴水泥搅拌桩格栅型加固。钻孔灌注桩排桩驳岸后方约11.5m 范围内加固深度为17.8m，加固体顶标高为-0.70m，底标高为-18.5m，置换率～50%。钻孔排桩前方软基处理范围一般为～10m，加固体顶标高为-10.50，底标高为-18.5m，置换率～60%。

码头后沿20m～40m 地坪范围设置后平台结构，平台长300m，宽20m，平台面标高+3.30。块石棱体顶面直接位于石渣垫层下，承担了一部分平台荷载，综合考虑，在后平台区域，约26.4m 范围内加固体深度为7m，加固体顶标高为-2.4m，底标高为-9.4m，置换率～50%。

3 加固地基的设计计算

采用水泥搅拌桩进行地基加固，改善土层力学性质，主要包括三部分：一为板桩墙后地基土的加固，减小板桩后土压力；二为板桩墙前地基加固，主要为提高墙前被动土压力和增加土水平刚度；三为平台区地基加固，提高地基承载力和增加竖向刚度。

3.1 主动加固区设计方法

墙后处理部分，主要考虑对主动破坏时的滑楔体范围，即墙后处理宽度为L=h0*tan（45°-ψs/2），墙后处理深度为h0。其中h0对应的零点为土压力应力零点，此部分可采用阶梯型搅拌桩加固。

复合土体综合强度指标可采用面积比法，复合土体内聚力和内摩擦角的计算公式根据文献[1]：

式3.1～3.3 中：

m-为复合地基置换率；

Csp、ψsp-分别为处理后复合土体的内聚力（kpa）和内摩擦角(°)；

Cs、Cp-分别为桩间土和桩体的内聚力（kpa），Cp 可取0.2qu～0.3qu，qu 可取28d 水泥土强度；

ψs、ψp-分别为桩间土和桩体的内摩擦角(°)，水泥内摩擦角ψp 可取20o～30o；

qu28-为桩体28 天龄期水泥土无侧限抗压强度（kpa）；

η-干法可取0.20～0.30，湿法可取0.25～0.33。

3.2 被动加固区计算方法

根据文献[1],被动区加固土体的宽度不宜小于基坑开挖深度的0.4 倍，且不宜小于4m；加固土体的深度不宜小于3m，宜为土压力应力零点位置高度hp。

图3.1 被动区加固范围示意图

当被动区加固宽度小于计算宽度时，复合土体指标可按下式计算：

式3.4～3.6 中：

Csp*、Cs、Csp-分别为被动区等效内聚力、桩间土内聚力及格栅加固土体复合内聚力（kpa）；Csp 计算可详见3.1 式；

ξ-为坑内被动区加固部分置换率；

a-加固区宽度；

b-沿墙边加固区宽度；

L-非连续布置加固体中心距。

3.3 复合地基竖向承载力计算

多桩型复合地基承载力特征值，应采用多桩复合地基静载荷试验确定，初步设计时可根据文献[2]进行估算采用下列公式估算：

式3.7～3.8 中：

m-为复合地基的面积置换率；

λ-为桩体的单桩承载力发挥系数；

Ra-为单桩承载力特征值（kN）；

Ap-为单桩的截面积（m2）；

β-为桩间土承载力发挥系数；无经验时可取0.9～1.0；

fsk-为处理后复核地基桩间土承载力特征值（kPa）；

Es、Ep、Esp-为土体、桩体、复合地基压缩模量（kPa）。

表3.1 主动区土体综合计算指标对比表

表3.2 板桩处理计算指标对比表

表3.3 处理前后地基土层计算指标对比表

4 结语

（1）采用搅拌桩对板桩后土体进行加固，范围主要为主动破坏时的滑楔体范围。处理后，可较大程度提高墙后复合土体内聚力，从而减小墙后土压力。

（2）采用搅拌桩对板桩前土体进行加固，可较大程度提高被动区土压力及变形刚度。墙前处理范围宜为被动滑楔体范围。墙前处理宽度或深度不能满足上述要求时，宜按处理体积占比被动滑楔体比例进行相应指标的等效。墙前m 值宜根据处理后等效土层的指标选用相近指标进行计算。

（3）采用搅拌桩对土体进行加固，可较大程度提高墙后复合地基的承载力及压缩模量。处理宽度主要为对沉降变形有所要求的区域，处理深度主要为软弱土层。通过地基处理，减小锚碇块石棱体沉降而造成的水平拉杆侧斜问题。