靳學(xué)軍

天津地區(qū)存在著許多復(fù)雜的海相沉積軟土地基，在高速公路建設(shè)過程中必須對(duì)軟土地基進(jìn)行加固處理，以增加地基的穩(wěn)定性及減少沉降。軟基處理方法的選擇使用對(duì)工程質(zhì)量、工期和經(jīng)濟(jì)效益均有重要的影響。因此，在高速公路建設(shè)中尋求使用較少的混凝土方量，以實(shí)現(xiàn)低造價(jià)、高承載力，并且地基穩(wěn)定性增加明顯的新樁型是現(xiàn)在我市高速建設(shè)單位的一個(gè)持久課題。

1 現(xiàn)澆薄壁管樁特點(diǎn)

1)現(xiàn)澆薄壁管樁樁身強(qiáng)度高，混凝土標(biāo)號(hào)可從C10～C30，直徑大可達(dá)1．5 m，有效加固深度可達(dá)25 m以上，施工工藝簡(jiǎn)單，可操作性強(qiáng)，便于質(zhì)量控制、監(jiān)督，單樁承載力高而造價(jià)相對(duì)較低。

2)現(xiàn)澆薄壁管樁復(fù)合地基可顯著減小地基的沉降量，加固效果好，為解決高等級(jí)公路軟土地基橋頭跳車問題及其他建筑物地基的加固提供了一種創(chuàng)新的方法。

3)與柔性樁方案相比，現(xiàn)澆薄壁管樁復(fù)合地基方案處理后的地基強(qiáng)度和剛度均有較大的提高，因此路堤可快速填筑，無需超載預(yù)壓，可大大節(jié)約高速公路的建設(shè)工期，從而產(chǎn)生較大的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。

4)現(xiàn)澆薄壁管樁加固后的地基承載力高，具有很好的抵抗水平位移的能力，路基穩(wěn)定性得到了極大的提高，路堤填筑過程中不存在失穩(wěn)問題。

5)現(xiàn)澆薄壁管樁處理后的地基沉降收斂快、工后沉降小，因此避免了橋頭接線處路基的二次開挖及補(bǔ)填方等問題，后期維護(hù)費(fèi)用低。

6)通過和其他軟基加固方案的比較，現(xiàn)澆混凝土薄壁管樁復(fù)合地基的工程造價(jià)與攪拌樁方案持平，但遠(yuǎn)低于高壓旋噴樁方案，同時(shí)還具有施工工期短、工后沉降小、后期維修養(yǎng)護(hù)費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)，因此該方案仍具有較大的優(yōu)越性。簡(jiǎn)言之，現(xiàn)澆混凝土薄壁管樁具有柔性樁的成本、剛性樁的效果。

2 適用范圍

1)適用于沿海地區(qū)及內(nèi)地湖河沉積地區(qū)等存在復(fù)雜的軟土地質(zhì)情況下施工。2)適用于在這些地質(zhì)條件下修建高質(zhì)量的公路及建筑物時(shí)采用的軟基處理方法，以增加地基的穩(wěn)定性及減少沉降。

3 工藝原理

3． 1 模板作用

在振動(dòng)力的作用下環(huán)形腔體模板沉入土中后，澆筑混凝土;當(dāng)振動(dòng)模板提拔時(shí)，混凝土從環(huán)形腔體模板下端注入環(huán)形槽孔內(nèi)，空腹模板起到了護(hù)壁作用，因此不會(huì)出現(xiàn)縮壁和塌壁現(xiàn)象。從而成為造槽、擴(kuò)壁、澆筑一次性直接成管樁的新工藝，保證了混凝土在槽孔內(nèi)良好的充盈性和穩(wěn)定性。

3． 2 振搗作用

環(huán)形腔體模板在振動(dòng)提拔時(shí)，對(duì)模板內(nèi)及注入槽孔內(nèi)的混凝土有連續(xù)振搗作用，使樁體充分振動(dòng)密實(shí)。同時(shí)又使混凝土向兩側(cè)擠壓管樁壁厚增加。

3． 3 擠密作用

振動(dòng)沉模大直徑現(xiàn)澆混凝土薄壁管樁在施工過程中由于振動(dòng)、擠壓和排土等原因，對(duì)樁間土起到一定的密實(shí)作用。擠壓、振密范圍與環(huán)形腔體模板的厚度及原位土體的性質(zhì)有關(guān)。

4 工藝流程及操作要點(diǎn)

管樁作為一種全新的軟基處理方法，單方混凝土提供的承載力較大，壁厚相對(duì)較薄，因此必須對(duì)從材料進(jìn)場(chǎng)到拔管移機(jī)等施工過程中的各個(gè)方面加強(qiáng)控制，通過相應(yīng)的控制措施及施工工藝來保證其質(zhì)量。

4． 1 工藝流程

工藝流程圖見圖1，根據(jù)施工過程中沉管在土中位置的變化流程又可簡(jiǎn)化成如圖2所示的流程。

圖1 施工工藝流程

圖2 沉管在土中位置的變化流程

1)施工前準(zhǔn)備:平整場(chǎng)地，清除樁位處地上地下一切障礙物，場(chǎng)地低洼時(shí)應(yīng)回填素填土，不應(yīng)回填大于30 cm直徑的石塊及樹根等有機(jī)物，并做好場(chǎng)地內(nèi)降水工作，在施工范圍外挖好排水溝。組織各種原材料復(fù)試，并在正式施工范圍外打一根樁來檢測(cè)施工機(jī)械。2)測(cè)量放線:利用全站儀測(cè)放軸線點(diǎn)，在施工軸線上將每個(gè)樁孔打上細(xì)竹樁進(jìn)行定位，使樁位偏差滿足施工技術(shù)要求。3)樁機(jī)就位:樁機(jī)到達(dá)指定樁位、對(duì)中，應(yīng)使起吊設(shè)備保持水平。應(yīng)保證樁機(jī)的平整度和導(dǎo)向架的垂直度，使樁機(jī)主腿的垂直度偏差不得超過1%，樁機(jī)就位，樁管中心與樁中心偏差不大于20 mm。使樁管在自由狀態(tài)下對(duì)準(zhǔn)樁位，樁位對(duì)好后，不能再動(dòng)機(jī)械設(shè)備。在打每根樁時(shí)，都需要校正主機(jī)的水平，達(dá)到要求方可進(jìn)行打樁的施工。4)沉管至樁底:利用沉管自重或鋼絲繩加壓壓入土中一定深度，然后開動(dòng)振動(dòng)錘起振，沉管至設(shè)計(jì)樁深。5)混凝土澆筑及運(yùn)輸:如采取商品混凝土，施工前應(yīng)了解廠家生產(chǎn)情況，計(jì)算好混凝土運(yùn)輸時(shí)間以保證混凝土澆筑的連續(xù)性;如若采取現(xiàn)場(chǎng)拌合混凝土需做好原材料檢測(cè)試驗(yàn)，以保證其施工質(zhì)量，混凝土漿體的運(yùn)輸采用小型機(jī)動(dòng)翻斗車運(yùn)輸，施工道路修平壓實(shí)，以防振動(dòng)離析?；炷吝\(yùn)至薄壁管樁前慢慢倒入混凝土分離器中，通過卷揚(yáng)機(jī)將混凝土分離器提升至薄壁管樁入料口處，倒入混凝土。6)在灌注樁身混凝土之前，應(yīng)根據(jù)工程施工經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合地質(zhì)報(bào)告預(yù)估充盈系數(shù)，計(jì)算投料體積，制定分批投料計(jì)劃。7)重復(fù)上述第3)步驟～第6)步驟，進(jìn)行下一樁的施工。8)薄壁管樁7 d后，采用人工方式將薄壁管樁管內(nèi)上面0．5 m范圍的土方清除干凈并整平，挖出的土方應(yīng)堆放在適宜的地點(diǎn)，然后用人工回填C15混凝土，在回填時(shí)C15混凝土應(yīng)邊振動(dòng)邊回填，在填筑到厚度后用人工將表面處理平整。9)在施工時(shí)應(yīng)檢測(cè)混凝土的坍落度，在5 d后進(jìn)行開挖1 m～1．5 m深檢查現(xiàn)澆薄壁管樁的完整性，在區(qū)域內(nèi)全部完成14 d后應(yīng)通過小應(yīng)變檢測(cè)。

4． 2 操作要點(diǎn)

現(xiàn)澆混凝土薄壁管樁施工工藝較為簡(jiǎn)單，但在具體施工中應(yīng)注意以下幾點(diǎn):

1)施工前應(yīng)整平場(chǎng)地，并應(yīng)在管樁施工場(chǎng)地附近設(shè)置基準(zhǔn)點(diǎn)，其位置應(yīng)不受打樁影響，管樁樁位應(yīng)從基準(zhǔn)點(diǎn)引出測(cè)放;2)打樁前應(yīng)處理高空和地下障礙物。樁機(jī)移動(dòng)的范圍內(nèi)除應(yīng)保證樁機(jī)垂直度的要求外，并應(yīng)考慮地面的承載力，施工場(chǎng)地及周圍應(yīng)保證排水溝暢通;3)管樁復(fù)合地基采用的滿堂布置的方式，對(duì)其樁位的中心允許偏差不得超過20 cm;4)必須保證主機(jī)機(jī)身施工時(shí)處于水平狀態(tài)，保證導(dǎo)向架的垂直度，偏差不得超過1%;5)成孔達(dá)到設(shè)計(jì)深度后，驗(yàn)收深度，并做好成孔施工記錄;6)澆筑混凝土前，測(cè)量孔底有無滲水和淤泥擠入，用測(cè)繩測(cè)得擠入淤泥厚度小于30 cm時(shí)不處理;大于30 cm時(shí)，應(yīng)拔出成孔器，重新下樁尖成孔;當(dāng)滲水較多時(shí)，宜用器具抽吸，少量滲水則投入水泥，再用空氣吹混水水泥成漿;若遇樁端為滲透性較大非粘性土層，樁尖沉入到該層前預(yù)灌1 m的混凝土，以阻止?jié)B水;7)沉腔達(dá)到設(shè)計(jì)深度后，應(yīng)立即灌注混凝土，盡量減少間隔時(shí)間;8)沉管時(shí)，如遇到地下障礙物時(shí)，應(yīng)及時(shí)將樁管拔出，待處理后，方可繼續(xù)施工;9)應(yīng)在沉管的外側(cè)或樁架上設(shè)置標(biāo)尺，以便確認(rèn)孔深是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求;10)管樁的實(shí)際澆筑混凝土方量不得小于理論計(jì)算體積，實(shí)際管樁的充盈系數(shù)應(yīng)在1．1以上;11)拔管后移機(jī)時(shí)應(yīng)對(duì)樁頭進(jìn)行初步處理，多余的混凝土應(yīng)及時(shí)清運(yùn)，應(yīng)對(duì)樁頭進(jìn)行堆土養(yǎng)護(hù);12)沉腔樁尖可采用活瓣樁尖，樁尖中心應(yīng)與樁管中心線重合;13)拔管是影響樁身質(zhì)量的關(guān)鍵工序，也是造成擴(kuò)、縮頸甚至斷樁的重要因素。

5 材料

薄壁管樁混凝土對(duì)原材料要求與普通混凝土相同，采用C15混凝土，混凝土坍落度控制在70 mm～90 mm;碎石石子粒徑宜控制在2．5 cm以下;砂子采用天然砂;水泥采用礦渣32．5水泥;一般人或牲畜飲用的露天水源均可，遇有可疑水源時(shí)，應(yīng)進(jìn)行試驗(yàn)鑒定。

6 機(jī)具設(shè)備

現(xiàn)澆沉模薄壁管樁機(jī)一臺(tái)，強(qiáng)制式混凝土攪拌機(jī)一臺(tái)，裝載機(jī)一臺(tái)，發(fā)電機(jī)組一套，抽水泵兩個(gè)，小型運(yùn)輸車兩輛。振動(dòng)沉模大直徑現(xiàn)澆薄壁管樁機(jī)具如圖3所示。

圖3 現(xiàn)澆薄壁管樁樁機(jī)正及側(cè)面圖

7 效益分析

1)加固效果好，質(zhì)量可靠?，F(xiàn)澆薄壁管樁方案作為一種復(fù)合地基方案，可顯著減少地基的總沉降和工后沉降，縮短工后沉降歷時(shí)，限制軟土的側(cè)向變形，防止了路基失穩(wěn)，能較好的改善橋頭跳車問題。2)處理深度大。按目前的機(jī)械設(shè)備，現(xiàn)澆混凝土薄壁管樁的處理深度可達(dá)25 m以上，地質(zhì)條件的適應(yīng)性強(qiáng)。3)施工效率高。每根樁的加固面積很大且無需預(yù)壓，大大提高了施工效率，縮短了施工工期，加快了工程進(jìn)度。4)施工質(zhì)量易于保證。

現(xiàn)澆混凝土薄壁管樁的質(zhì)量監(jiān)控措施可以參照灌注樁標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行即可，不存在偷工減料，沉樁不到位等工程弊端。5)質(zhì)量檢測(cè)簡(jiǎn)單快捷。可通過小應(yīng)變檢測(cè)樁身的完整性，通過高應(yīng)變檢測(cè)單樁的承載力，還可以人工開挖對(duì)樁的完整性進(jìn)行直接觀測(cè)，對(duì)于測(cè)試不合格的樁，可進(jìn)行樁內(nèi)補(bǔ)強(qiáng)。6)經(jīng)濟(jì)性優(yōu)越。管樁的施工費(fèi)用跟攪拌樁的較為接近，但其檢測(cè)費(fèi)用省，而且因沉降土方及后期修補(bǔ)的費(fèi)用均較其他方案省。綜合上述分析從造價(jià)、施工質(zhì)量、檢測(cè)方法、加固效果等方面看，選擇現(xiàn)澆混凝土薄壁管樁作為高速公路深厚軟基的加固方案在技術(shù)上是可行的、經(jīng)濟(jì)上是合理的。

［1］ 江蘇省現(xiàn)澆混凝土薄壁管樁(PCC樁)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)［S］．

［2］ 溫學(xué)鈞．公路路基現(xiàn)澆薄壁管樁復(fù)合地基設(shè)計(jì)方法［J］．公路，2002(11):11．