本發(fā)明涉及一種適用于沿海深厚吹填土地基處理的復(fù)合樁型結(jié)構(gòu)及施工方法。

背景技術(shù)：

我國(guó)擁有18000km的海岸線，沿海有遼寧、河北、天津、山東、江蘇、上海、浙江、福建、臺(tái)灣、廣東、廣西和海南等12個(gè)省、市、自治區(qū)，海涂非常發(fā)育，開(kāi)發(fā)潛力大。同時(shí)，隨著我國(guó)沿海城市經(jīng)濟(jì)建設(shè)的迅猛發(fā)展，沿海地區(qū)人口越來(lái)越多，對(duì)土地的需求量也越來(lái)越大，而利用沿海潮間帶淤泥灘地填海造陸則是緩解土地資源緊張局面的有效途徑。據(jù)初步統(tǒng)計(jì)，新中國(guó)成立以來(lái)我國(guó)已圍海造地約1.2萬(wàn)公頃，相當(dāng)于現(xiàn)有灘涂面積的55％，用吹填淤泥填海造陸已成為沿海城市土地開(kāi)發(fā)的重要手段。特別是在港口建設(shè)中，一方面，港口后方陸域的形成需要大量的工程填料，另一方面，航道與港池的擴(kuò)建又需要挖除大量的海底淤泥，若將挖除的淤泥用于填海造陸，不僅能大大降低近海拋泥棄淤對(duì)海洋環(huán)境的污染，還能夠節(jié)約造陸工程成本。

圍海造陸通常采用吹填方式形成，首先建造圍捻工程，將淺海進(jìn)行合圍，形成固定的吹填區(qū)域，然后，將疏浚航道底泥或淺海淤泥與海水以一定的比例混合成泥漿，并用吹管將其輸送至吹填區(qū)域，經(jīng)落淤、泌水、固結(jié)后形成陸域，因此，吹填淤泥具有特殊的工程性質(zhì)——高含水率、高壓縮性、高孔隙比、高靈敏度、結(jié)構(gòu)性差、固結(jié)程度低等。吹填土地基一般不能滿足工程需要，必須經(jīng)過(guò)加固處理才能使用。

對(duì)于吹填土地基，為滿足地基承載力和變形控制的要求，一般可采用堆載預(yù)壓法、真空聯(lián)合堆載預(yù)壓法、強(qiáng)夯法、水泥攪拌樁、擠密碎石樁、預(yù)制管樁、低強(qiáng)度樁復(fù)合地基法等，這些工法在吹填土地基中都起到一定的作用，但都有其適用范圍，存在著一定的局限性。堆載預(yù)壓受到工期限制，深層水泥土攪拌樁則受到攪拌處理深度和工后沉降等限制，預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土管樁則易受后期地基沉降誘發(fā)的樁側(cè)負(fù)摩阻力作用而出現(xiàn)承載力降低，且受其工程造價(jià)的限制，所以常用的地基處理方法并不能同時(shí)滿足承載力、變形控制和節(jié)約造價(jià)的要求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

發(fā)明目的：針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)，提供一種適用于沿海深厚吹填土地基處理的復(fù)合樁型結(jié)構(gòu)及施工方法，即可滿足承載力和變形控制的要求，又能縮短工期。

技術(shù)方案：一種適用于沿海深厚吹填土地基處理的復(fù)合樁型結(jié)構(gòu)，包括預(yù)應(yīng)力混凝土薄壁空心方樁和釘型雙向攪拌粉噴樁及上部褥墊層；所述預(yù)應(yīng)力混凝土薄壁空心方樁和釘型雙向攪拌粉噴樁沿橫向和縱向依次交替間隔布置，所述預(yù)應(yīng)力混凝土薄壁空心方樁的底部打入地基持力層；所述預(yù)應(yīng)力混凝土薄壁空心方樁的上部設(shè)置鋼筋混凝土承臺(tái)，所述鋼筋混凝土承臺(tái)頂面與釘型雙向攪拌粉噴樁頂面處于同一高程，所述褥墊層所述鋪設(shè)在預(yù)應(yīng)力混凝土薄壁空心方樁和釘型雙向攪拌粉噴樁的頂部，所述褥墊層中間鋪設(shè)鋼塑格柵。預(yù)應(yīng)力混凝土薄壁空心方樁可有效控制上部荷載至下部持力層，進(jìn)而控制吹填土地基變形量。釘型雙向攪拌粉噴樁較常規(guī)水泥土粉噴樁，能夠充分利用土中應(yīng)力傳遞規(guī)律，增強(qiáng)土體上部復(fù)合地基強(qiáng)度，大大提高單樁承載力，同時(shí)還能提高上部樁體置換率，增大樁間距，節(jié)省工程造價(jià)。褥墊層設(shè)置能夠改善復(fù)合地基中預(yù)應(yīng)力混凝土薄壁空心方樁、釘型雙向攪拌粉噴樁以及樁間土的共同作用特性，減少預(yù)應(yīng)力混凝土薄壁空心方樁的應(yīng)力集中，使得釘型雙向攪拌粉噴樁和樁間土在受荷初期便參與承擔(dān)荷載，保證樁土能夠共同承擔(dān)荷載。

進(jìn)一步的，所述預(yù)應(yīng)力混凝土薄壁空心方樁和釘型雙向攪拌粉噴樁的樁位縱橫等間距布置；橫向或縱向成排的釘型雙向攪拌粉噴樁中，相鄰的兩個(gè)釘型雙向攪拌粉噴樁的中間位置還設(shè)加設(shè)有一個(gè)釘型雙向攪拌粉噴樁，所述釘型雙向攪拌粉噴樁的長(zhǎng)度為吹填土地基厚度的1/3～1/2。

進(jìn)一步的，所述預(yù)應(yīng)力混凝土薄壁空心方樁的邊長(zhǎng)為0.45～0.6m，內(nèi)徑為0.25～0.35m，樁間距為3.0～3.6m；所述釘型雙向攪拌粉噴樁的上部擴(kuò)大頭樁徑為0.8～1.0m，所述擴(kuò)大頭高度4～6m，釘型雙向攪拌粉噴樁的下部樁徑為0.5～0.6m，樁間距為1.5～1.8m。

進(jìn)一步的，所述預(yù)應(yīng)力混凝土薄壁空心方樁上部的鋼筋混凝土承臺(tái)邊長(zhǎng)為1.6～1.8m，厚度0.4～0.5m，為現(xiàn)澆或預(yù)制的鋼筋混凝土承臺(tái)。

進(jìn)一步的，所述褥墊層采用碎石分兩層進(jìn)行鋪設(shè)，所述褥墊層的厚度不少于50cm，在褥墊層的底部和中間層各鋪設(shè)一層所述鋼塑格柵。

一種適用于沿海深厚吹填土地基處理的復(fù)合樁型結(jié)構(gòu)的施工方法，包括如下步驟：

步驟1，在沿海深厚吹填土地基區(qū)域確定預(yù)應(yīng)力混凝土薄壁空心方樁和釘型雙向攪拌粉噴樁的樁位，所述預(yù)應(yīng)力混凝土薄壁空心方樁的樁位和釘型雙向攪拌粉噴樁的樁位沿橫向和縱向依次交替間隔布置；

步驟2，預(yù)應(yīng)力混凝土薄壁空心方樁的施工：

預(yù)應(yīng)力混凝土薄壁空心方樁施工從加固區(qū)中心向兩側(cè)布樁，接樁均采用鋼端板焊接法焊接，焊好的樁接頭在自然冷卻采用靜壓法或者錘擊法開(kāi)始施打，施工過(guò)程中樁身垂直度偏差不大于0.5％，所述預(yù)應(yīng)力混凝土薄壁空心方樁的底部打入地基持力層，所有預(yù)應(yīng)力混凝土薄壁空心方樁施工完畢后，樁頂高差應(yīng)控制在15cm以內(nèi)；

步驟3，釘型雙向攪拌粉噴樁的施工：

釘型雙向攪拌粉噴樁施工從加固區(qū)中心向兩側(cè)布樁，釘型雙向攪拌粉噴樁上部擴(kuò)大頭采用四攪兩噴施工工藝，下部樁體采用二攪一噴施工工藝；其中，施工工藝參數(shù)為：水泥采用42.5礦渣水泥，水泥摻入量為被加固濕土質(zhì)量的12％～20％，鉆進(jìn)速度1.0～1.2m/min，提升速度0.5～0.8m/min，旋轉(zhuǎn)速度30～50轉(zhuǎn)/min，鉆進(jìn)時(shí)噴灰壓力0.4～0.7MPa；

步驟4，在每個(gè)預(yù)應(yīng)力混凝土薄壁空心方樁頂部采用現(xiàn)澆方法設(shè)置鋼筋混凝土承臺(tái)；

步驟5，褥墊層的施工：

在鋼筋混凝土承臺(tái)養(yǎng)護(hù)若干天后，在樁頂鋪設(shè)碎石墊層，碎石墊層共分兩層進(jìn)行鋪設(shè)，先在底部鋪設(shè)一層鋼塑格柵，再鋪設(shè)一層碎石墊層，經(jīng)碾壓后鋪設(shè)第二層鋼塑格柵，再鋪設(shè)一層碎石墊層，經(jīng)碾壓后即完成碎石墊層的鋪設(shè)。

進(jìn)一步的，所述預(yù)應(yīng)力混凝土薄壁空心方樁和釘型雙向攪拌粉噴樁的樁位縱橫等間距布置；橫向或縱向成排的釘型雙向攪拌粉噴樁中，相鄰的兩個(gè)釘型雙向攪拌粉噴樁的中間位置還設(shè)加設(shè)有一個(gè)釘型雙向攪拌粉噴樁。

進(jìn)一步的，所述預(yù)應(yīng)力混凝土薄壁空心方樁的邊長(zhǎng)為0.45～0.6m，內(nèi)徑為0.25～0.35m，樁間距為3.0～3.6m；所述釘型雙向攪拌粉噴樁的上部擴(kuò)大頭樁徑為0.8～1.0m，所述擴(kuò)大頭高度4～6m，釘型雙向攪拌粉噴樁的下部樁徑為0.5～0.6m，樁間距為1.5～1.8m。

有益效果：

1.預(yù)應(yīng)力混凝土薄壁空心方樁處理深度大，能夠加固深層的軟土，從而大幅度地減小地基變形；和預(yù)應(yīng)力管樁相比，相同體積混凝土形成的方樁外表面積大，且由于外形呈方形或多邊角型，在土層中樁體與土的休止角比圓形的表面大的多，使得在同等地質(zhì)條件下，方樁能獲得更大的承載力。預(yù)應(yīng)力混凝土薄壁空心方樁內(nèi)部形成的土塞可以進(jìn)一步提高樁體承載力。在預(yù)應(yīng)力混凝土薄壁空心方樁頂部設(shè)置的鋼筋混凝土承臺(tái)可以調(diào)整樁土荷載分擔(dān)比，充分發(fā)揮預(yù)應(yīng)力混凝土薄壁空心方樁的高承載力性能。

2.釘型雙向攪拌粉噴樁基于復(fù)合地基應(yīng)力傳遞與承載優(yōu)化原理，提高上部樁體置換率，重點(diǎn)加固上部附加應(yīng)力大的軟土層。和普通等截面水泥土粉噴樁相比，釘型雙向攪拌粉噴樁可以增加樁土錨固效果，在保證承載力的前提下，增大樁間距，節(jié)約工程造價(jià)。

附圖說(shuō)明

圖1復(fù)合樁型橫斷面示意圖；

圖2復(fù)合樁型俯視示意圖。

具體實(shí)施方式

用于沿海深厚型吹填土地基處理的新型復(fù)合樁型，包括預(yù)應(yīng)力混凝土薄壁空心方樁和釘型雙向攪拌粉噴樁及上部褥墊層。預(yù)應(yīng)力混凝土薄壁空心方樁和釘型雙向攪拌粉噴樁樁位依次縱橫等間距間隔設(shè)置，隔排設(shè)預(yù)應(yīng)力混凝土薄壁空心方樁，且同排的預(yù)應(yīng)力混凝土薄壁空心方樁與釘型雙向攪拌粉噴樁相互間隔設(shè)置。橫向或縱向成排的釘型雙向攪拌粉噴樁中，相鄰的兩個(gè)釘型雙向攪拌粉噴樁的中間位置還設(shè)加設(shè)有一個(gè)釘型雙向攪拌粉噴樁，并使得復(fù)合樁型結(jié)構(gòu)的外層均為釘型雙向攪拌粉噴樁，如圖2所示。

如圖1所示，釘型雙向攪拌粉噴樁的長(zhǎng)度為吹填土地基厚度的1/3～1/2。預(yù)應(yīng)力混凝土薄壁空心方樁的邊長(zhǎng)為0.45～0.6m，內(nèi)徑為0.25～0.35m，樁間距為3.0～3.6m；釘型雙向攪拌粉噴樁的上部擴(kuò)大頭樁徑為0.8～1.0m，擴(kuò)大頭高度4～6m，釘型雙向攪拌粉噴樁的下部樁徑為0.5～0.6m，樁間距為1.5～1.8m。預(yù)應(yīng)力混凝土薄壁空心方樁上部的鋼筋混凝土承臺(tái)邊長(zhǎng)為1.6～1.8m，厚度0.4～0.5m；褥墊層的厚度不少于50cm。

本實(shí)施例中，預(yù)應(yīng)力混凝土薄壁空心方樁和釘型雙向攪拌粉噴樁在平面上呈正方形布置，樁間距為1.7m，預(yù)應(yīng)力混凝土薄壁空心方樁樁間距為3.4m。預(yù)應(yīng)力薄壁方樁尺寸為0.45×0.45m，內(nèi)徑為0.25m，混凝土強(qiáng)度等級(jí)C80，樁長(zhǎng)為38m，打入持力層1m。預(yù)應(yīng)力混凝土薄壁空心方樁頂部采用尺寸為160×160×40cm的現(xiàn)澆鋼筋混凝土承臺(tái)，混凝土等級(jí)為C30。釘型雙向攪拌粉噴樁樁長(zhǎng)為15m，上部擴(kuò)大頭樁徑為0.9m，高5m，下部樁徑為0.5m，樁長(zhǎng)11m。鋼筋混凝土承臺(tái)頂面與釘型雙向攪拌粉噴樁頂面處于同一高程。預(yù)應(yīng)力混凝土薄壁空心方樁和釘型雙向攪拌粉噴樁頂部設(shè)置褥墊層。預(yù)應(yīng)力混凝土薄壁空心方樁和釘型雙向攪拌粉噴樁上部鋪設(shè)50cm的碎石墊層，分兩層進(jìn)行鋪設(shè)，底層和中間層各鋪設(shè)一層鋼塑格柵。

適用于沿海深厚吹填土地基處理的復(fù)合樁型結(jié)構(gòu)的施工方法，包括如下步驟：

步驟1，在沿海深厚吹填土地基區(qū)域確定預(yù)應(yīng)力混凝土薄壁空心方樁和釘型雙向攪拌粉噴樁的樁位，預(yù)應(yīng)力混凝土薄壁空心方樁的樁位和釘型雙向攪拌粉噴樁的樁位沿橫向和縱向依次交替間隔布置，并使得復(fù)合樁型結(jié)構(gòu)的外層均為釘型雙向攪拌粉噴樁。

步驟2，預(yù)應(yīng)力混凝土薄壁空心方樁的施工：

預(yù)應(yīng)力混凝土薄壁空心方樁施工從加固區(qū)中心向兩側(cè)布樁，接樁均采用鋼端板焊接法焊接，焊好的樁接頭在自然冷卻采用靜壓法或者錘擊法開(kāi)始施打，施工過(guò)程中樁身垂直度偏差不大于0.5％，預(yù)應(yīng)力混凝土薄壁空心方樁的底部打入地基持力層，所有預(yù)應(yīng)力混凝土薄壁空心方樁施工完畢后，樁頂高差應(yīng)控制在15cm以內(nèi)。

步驟3，釘型雙向攪拌粉噴樁的施工：

釘型雙向攪拌粉噴樁施工從加固區(qū)中心向兩側(cè)布樁，釘型雙向攪拌粉噴樁上部擴(kuò)大頭采用四攪兩噴施工工藝，下部樁體采用二攪一噴施工工藝。其中，施工工藝參數(shù)為：水泥采用42.5礦渣水泥，水泥摻入量為被加固濕土質(zhì)量的12％～20％，鉆進(jìn)速度1.0～1.2m/min，提升速度0.5～0.8m/min，旋轉(zhuǎn)速度30～50轉(zhuǎn)/min，鉆進(jìn)時(shí)噴灰壓力0.4～0.7MPa，內(nèi)鉆桿電流為20～30A，外鉆桿電流為60～100A。

具體施工過(guò)程：

(1)粉噴樁機(jī)定位；

(2)切土下沉，同時(shí)開(kāi)啟送灰泵向土體噴水泥粉，兩組葉片同時(shí)正、反向旋轉(zhuǎn)下沉，直到擴(kuò)大頭設(shè)計(jì)深度；

(3)收縮葉片，兩組葉片同時(shí)正、反向旋轉(zhuǎn)，攪拌機(jī)持續(xù)下沉，直到設(shè)計(jì)深度；

(4)提升攪拌，關(guān)閉送灰泵，兩組葉片同時(shí)正反向旋轉(zhuǎn)攪拌水泥土，至擴(kuò)大頭底面標(biāo)高；

(5)伸展葉片，改變內(nèi)外鉆桿的旋轉(zhuǎn)方向，將攪拌葉片伸展到直徑900mm；攪拌機(jī)提升，兩組葉片同時(shí)正反向旋轉(zhuǎn)攪拌水泥土，直到地表或設(shè)計(jì)樁頂標(biāo)高以上50cm；

(6)切土下沉，同時(shí)開(kāi)啟送灰泵，向土體噴水泥灰，兩組葉片同時(shí)正、反向旋轉(zhuǎn)切割、攪拌土體，直到擴(kuò)大頭設(shè)計(jì)深度；

(7)提升攪拌，關(guān)閉送灰泵，兩組葉片同時(shí)正反向旋轉(zhuǎn)攪拌水泥土，直到地表或設(shè)計(jì)樁頂標(biāo)高以上50cm，完成單樁施工。

步驟4，在每個(gè)預(yù)應(yīng)力混凝土薄壁空心方樁頂部采用現(xiàn)澆方法設(shè)置鋼筋混凝土承臺(tái)。具體施工過(guò)程為：先在樁頂綁扎鋼筋籠，設(shè)置現(xiàn)澆模板，再進(jìn)行混凝土澆筑，待混凝土凝固后拆除模板。

步驟5，褥墊層的施工：

在鋼筋混凝土承臺(tái)養(yǎng)護(hù)7天后，在樁頂鋪設(shè)碎石墊層，碎石墊層共分兩層進(jìn)行鋪設(shè)，先在底部鋪設(shè)一層鋼塑格柵，再鋪設(shè)一層25cm的碎石墊層，經(jīng)壓路機(jī)碾壓后鋪設(shè)第二層鋼塑格柵，再鋪設(shè)一層25cm的碎石墊層，經(jīng)碾壓后即完成碎石墊層的鋪設(shè)。

本發(fā)明在滿足地基承載力和變形控制的前提下，為節(jié)約工程造價(jià)，將預(yù)應(yīng)力混凝土薄壁空心方樁和釘型雙向攪拌粉噴樁聯(lián)合應(yīng)用來(lái)處理深厚吹填土地基，形成多元復(fù)合地基技術(shù)。一方面，預(yù)應(yīng)力混凝土薄壁空心方樁處理深度大，能夠加固深部的軟土層，從而大幅度地減小工后沉降；同時(shí)預(yù)應(yīng)力混凝土薄壁空心方樁內(nèi)部形成的土塞可以提高樁體承載力。另一方面，釘型雙向攪拌粉噴樁基于復(fù)合地基應(yīng)力傳遞與承載優(yōu)化原理，重點(diǎn)加固上部附加應(yīng)力大的軟土層，提高上部樁體置換率，解決地基承載力與穩(wěn)定的問(wèn)題。同時(shí)預(yù)應(yīng)力混凝土薄壁空心方樁頂部設(shè)置的鋼筋混凝土承臺(tái)可以用來(lái)調(diào)整樁土荷載分擔(dān)比，充分發(fā)揮預(yù)應(yīng)力混凝土薄壁空心方樁的高承載力性能。此外，碎石墊層能夠改善復(fù)合地基中預(yù)應(yīng)力混凝土薄壁空心方樁、釘型雙向攪拌粉噴樁以及樁間土的共同作用特性，減少預(yù)應(yīng)力混凝土薄壁空心方樁的應(yīng)力集中，使得釘型雙向攪拌粉噴樁和樁間土在受荷初期便參與承擔(dān)荷載，保證樁土能夠共同承擔(dān)荷載。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。