吳愛群 中國(guó)鐵路上海局集團(tuán)有限公司新長(zhǎng)鐵路有限責(zé)任公司

1 PCC樁技術(shù)簡(jiǎn)介

PCC樁，即現(xiàn)澆混凝土大直徑管樁，英文全稱：Large Diameter Pipe Pile by using Cast-in-place Concrete，簡(jiǎn)寫為PCC樁（圖1）。

圖1 PCC樁構(gòu)造示意圖

2 成樁設(shè)備

PCC樁機(jī)設(shè)備主要由底盤（包括卷?yè)P(yáng)機(jī)）、龍門支架、振動(dòng)頭、鋼質(zhì)內(nèi)外套管空腔結(jié)構(gòu)、活瓣樁靴結(jié)構(gòu)、成模造漿器、進(jìn)料口和混凝土分流器等組成。

3 工作原理及成樁機(jī)理

3.1 工作原理

該技術(shù)在設(shè)備底盤和龍門支架的支撐下，依靠上部振動(dòng)頭的振動(dòng)力，將雙層鋼質(zhì)套管組成的空腔結(jié)構(gòu)及焊接成一體的下部活瓣樁靴沉入預(yù)定的設(shè)計(jì)深度，形成地基中空的環(huán)形域，在腔體內(nèi)均勻灌注混凝土，之后振動(dòng)拔管，灌注于內(nèi)管中土體與外部的土體之間便形成混凝土管樁。成模造漿器在沉樁和拔樁過程中，通過壓入潤(rùn)滑泥漿保證套管順利工作?；畎陿堆ピ诠軜洞蛉霑r(shí)閉合，在拔樁時(shí)自動(dòng)分開?；炷练至髌鞯淖饔檬沟贸凉苤械幕炷辆鶆蛎軐?shí)。

3.2 成樁機(jī)理

現(xiàn)澆混凝土大直徑管樁的施工機(jī)械振動(dòng)沉管由兩層鋼管組成，內(nèi)管與外管直徑相差20～30cm，振動(dòng)體的豎向往復(fù)振動(dòng)，將腔體模板沉入地層。由于腔體模板在振動(dòng)力作用下使土體受到強(qiáng)迫振動(dòng)產(chǎn)生局部剪脹破壞或液化破壞，土體內(nèi)摩擦力急劇降低，阻力減小，提高了腔體模板的沉入速度。振動(dòng)下沉?xí)r對(duì)樁側(cè)土體排土作用較小，并形成環(huán)形腔體模板，現(xiàn)澆注入混凝土，振動(dòng)、提拔鋼管產(chǎn)生的擠壓、振密作用使得環(huán)形腔體模板中的土芯和周邊一定范圍內(nèi)的土體得到密實(shí)，擠壓、振密的范圍與環(huán)形腔體模板的厚度及原位土體的性質(zhì)有關(guān)。同時(shí)混凝土從環(huán)形腔體模板下注入環(huán)形槽孔內(nèi)，從而形成了沉管、澆注、振動(dòng)、提拔一次性直接成樁的新工藝，保證了混凝土在槽孔內(nèi)良好的充盈性和穩(wěn)定性。該樁成樁機(jī)理為：

（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，澆注混凝土；當(dāng)振動(dòng)模板提拔時(shí)，同時(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。

（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）擠密作用

振動(dòng)沉模大直徑現(xiàn)澆混凝土管樁在施工過程中由于振動(dòng)、擠壓和排土等原因，對(duì)樁間土起到了相應(yīng)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)。

在形成復(fù)合地基時(shí)，為了保證樁與土共同承擔(dān)荷載，并調(diào)整樁與樁間土的豎向荷載及水平荷載分擔(dān)比例，以及減少基礎(chǔ)底面的應(yīng)力集中問題，在樁頂設(shè)置褥墊層，從而形成現(xiàn)澆混凝土大直徑管樁復(fù)合地基。

4 主要性能指標(biāo)

目前，既有施工機(jī)具的性能指標(biāo)如下：

（1）沉樁深度達(dá)到20 m～25 m；

（2）樁徑為1000 m～1 500 mm；

（3）管樁壁厚100 m～150 mm；

（4）混凝土可以多次加料；

（5）提升力達(dá)到30 t，壓樁力加上高頻振動(dòng)荷載達(dá)到100 t。

5 工程應(yīng)用--滬寧城際仙西聯(lián)絡(luò)線PCC樁工程

6.1 地質(zhì)地貌

仙西聯(lián)絡(luò)線是聯(lián)結(jié)南京南站與滬寧城際的一條客運(yùn)專線，為引進(jìn)PCC樁在鐵路地基加固的應(yīng)用，本次選擇L1DXK10+260～L1DXK10+610軟土地基地段，該段地形地貌為秦淮河一級(jí)階地，基底土質(zhì)為淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土，地勢(shì)平坦開闊，水塘沿線路中心分布，其中L1DXK10+315～L1DXK10+511、L1DXK10+530～L1DXK10+570為水塘，水塘一般寬為20 m～30m，局部最大達(dá)40 m～50 m，水深1 m～2 m，淤泥厚0.5 m。

5.2 工程地質(zhì)及水文地質(zhì)概況

（0）人工填土；

（1）-1 al+plQ4淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土：褐灰色，流塑（Ⅱ）；

（1）-2 al+plQ4粉質(zhì)黏土：褐黃～灰色，軟塑（Ⅱ）；

（1）-3 al+plQ4粉質(zhì)黏土：褐黃色，軟塑（Ⅱ）；

（1）al+plQ4粉質(zhì)黏土：褐黃色，硬塑，土質(zhì)均勻（Ⅲ）；

（2）alQ3粉質(zhì)黏土：褐黃色，硬塑（Ⅲ）；

（3）alQ3粉質(zhì)黏土夾碎石，粉質(zhì)黏土：褐黃色，硬塑（Ⅲ）；

（4）-1泥質(zhì)砂巖：全風(fēng)化，棕紅色（Ⅲ）；

（4）-2泥質(zhì)砂巖：強(qiáng)風(fēng)化，紫色、棕紅色（Ⅳ）；地下水不發(fā)育，測(cè)時(shí)水位埋深1.0 m～2.0 m，對(duì)混凝土無(wú)侵蝕性。

6 工程設(shè)計(jì)

6.1 主要技術(shù)指標(biāo)

樁徑1 m000mm，設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)815.5 m，管樁壁厚150 mm，混凝土標(biāo)號(hào)C20，群樁間距2.5 m，布置方式按梅花形布置，樁底進(jìn)入硬塑土層或全風(fēng)化基巖不小于1.5 m；樁頂設(shè)0.6 m厚碎石墊層夾土工格柵，總工作量19 487 m，砼用量約為8 769.2 m3。

6.2 施工參數(shù)

根據(jù)本工程特點(diǎn)和設(shè)計(jì)要求，確定主要施工參數(shù)為：

（1）現(xiàn)澆砼強(qiáng)度標(biāo)號(hào)，砼坍落度一般控制在60 m～80 mm，石子粒徑5 mm～25 mm；砂采用中粗砂;水泥采用普通硅酸鹽

32.5 等級(jí)。

（2）樁長(zhǎng)：按設(shè)計(jì)要求8 m～15 m；

（3）樁機(jī)垂直度偏差不大于1%,水平度不大于1%；

（4）樁位布置按設(shè)計(jì)要求三角形布置，樁中心誤差控制在100 mm以內(nèi);

（5）在一般土層內(nèi)拔管速度宜為1.0 m/min～1.2 m/min，在松散或稍密砂土層宜控制在0.6 m/min～0.8 m/min。

6.3 施工工藝

（1）施工流程圖（圖2）

施工前準(zhǔn)備→測(cè)量放樣→樁機(jī)安裝定位→試樁并提交試樁報(bào)告→全面施工→檢測(cè)與測(cè)試→退場(chǎng)。

圖2 工藝流程框圖

（2）施工要點(diǎn)

①為保證在含地下水層現(xiàn)澆管樁的質(zhì)量，保證成樁過程中地下水、流砂、淤泥不會(huì)自樁靴進(jìn)入管腔，澆筑采用二步法處理，即在成樁管下到地下水位以上即進(jìn)行第一次澆筑，先將樁靴完全封閉，然后繼續(xù)下到設(shè)計(jì)深度后進(jìn)行第二次澆筑成樁。

②為保證施工過程中樁與樁之間不互相影響，施工順序宜采用隔孔隔排進(jìn)行灌筑。

③如遇到較硬夾層，可利用專門設(shè)計(jì)的成模潤(rùn)滑造漿器在成樁過程中注入泥漿。

④內(nèi)外管應(yīng)鎖定后方可起吊裝配。

⑤混凝土應(yīng)以細(xì)石料為主，可適當(dāng)摻入減水劑，以利于腔體內(nèi)砼的流動(dòng)性。

⑥在遇到砂性土層時(shí)，宜放慢上提速度，軟土層內(nèi)的速度一般控制在1 m/min～3 m/min。

（3）施工措施與要求

①樁位測(cè)放：首先放出中心點(diǎn)，根據(jù)中心點(diǎn)放出足夠的邊界控制點(diǎn)，以中心點(diǎn)和邊界控制點(diǎn)為基準(zhǔn)，用鋼尺放出樁位。中心點(diǎn)和邊界控制點(diǎn)的位置偏差小于2 cm。為防止打樁產(chǎn)生的振動(dòng)造成場(chǎng)內(nèi)中心點(diǎn)或控制點(diǎn)偏差，在打樁前，應(yīng)根據(jù)場(chǎng)地情況，在場(chǎng)地最少兩側(cè)邊，距邊界外5 m處設(shè)放基準(zhǔn)線，此基準(zhǔn)線可在測(cè)放中心點(diǎn)時(shí)同時(shí)放出，也可在中心點(diǎn)測(cè)放完成后進(jìn)行，但應(yīng)保證此基準(zhǔn)線位置的準(zhǔn)確性和可靠性，并在打樁過程中不斷校核樁位。

②樁機(jī)就位并調(diào)整好樁機(jī)的水平度及垂直度，樁機(jī)水平度控制在1%以內(nèi)，垂直度控制在1%以內(nèi)，垂直控制以樁塔一側(cè)放置垂線，垂線長(zhǎng)度宜不小于樁塔高度的1/3。待各項(xiàng)設(shè)備到位并檢查合格后，進(jìn)行各單機(jī)的通電試驗(yàn)。樁機(jī)移機(jī)就位。

③利用沉管自重或鋼絲繩加壓將密封活瓣樁靴沉管壓入土中一定深度，無(wú)特殊情況，壓入深度應(yīng)在50 cm以上，然后開動(dòng)振動(dòng)錘起振沉管至設(shè)計(jì)樁底標(biāo)高。后使用測(cè)繩測(cè)量孔底是否有地下水進(jìn)入或淤泥擠入，如大于10 cm，應(yīng)在沉管前先灌入大于1米的不低于樁身標(biāo)號(hào)的混凝土。以此進(jìn)一步封閉套管內(nèi)腔，確保成樁質(zhì)量。嚴(yán)格控制最后30 s的電流、電壓值，其值按設(shè)計(jì)要求決定。

④試樁時(shí)以設(shè)計(jì)要求為依據(jù)，就施工有關(guān)參數(shù)：土層的貫入情況，沉管進(jìn)尺情況，砼的充盈系數(shù)，工作電流的大小，砼坍落度等有關(guān)參數(shù)，作好記錄，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試樁的實(shí)際情況，確定最后的施工技術(shù)參數(shù)，并依此作為確定整個(gè)工程樁體施工參數(shù)的主要依據(jù)。

⑤攪拌砼

管樁特點(diǎn)是混凝土用量較小，每延米僅0.45 m3，所以不用商品混凝土，采用現(xiàn)場(chǎng)攪拌混凝土。

進(jìn)場(chǎng)的砼原料：水泥、砂、碎石以及混凝土配合比必須經(jīng)具有相應(yīng)檢測(cè)資質(zhì)的檢測(cè)單位所出具的原料試驗(yàn)報(bào)告和混凝土配比報(bào)告，合格后原材料方能進(jìn)場(chǎng)使用?；炷林瓢璨捎脧?qiáng)制式砼攪拌機(jī)，攪拌時(shí)間不小于120s，砼的坍落度控制：60 mm～80 mm。砼按設(shè)計(jì)（即每50 m3或每臺(tái)班）要求制作試塊，且每機(jī)班組，日留置不少于三組砼試塊并進(jìn)行相應(yīng)養(yǎng)護(hù)。養(yǎng)護(hù)可在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置養(yǎng)護(hù)池或養(yǎng)護(hù)室，也可在試塊拆模后送至具有養(yǎng)護(hù)條件的養(yǎng)護(hù)室進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。到達(dá)齡期后及時(shí)送至檢測(cè)單位試壓。

因施工期處于秋冬季節(jié)，混凝土試塊養(yǎng)護(hù)特別應(yīng)注意養(yǎng)護(hù)環(huán)境的溫度和濕度。

⑥灌注砼至管頂

通過提升料斗將混凝土送入成孔器。

在灌注樁身砼之前，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。

沉管沉至設(shè)計(jì)樁底標(biāo)高后，利用提升料斗將砼從沉管上端的料斗口灌注砼至樁頂標(biāo)高，如樁頂離自然地面較近，需拔管超注時(shí)，應(yīng)注意不宜拔得過高，應(yīng)以控制在樁需注入的砼量為限。

混凝土適當(dāng)超灌，一般為50 cm，以使樁頂混凝土強(qiáng)度在鑿除樁頂浮漿后滿足設(shè)計(jì)要求。

詳細(xì)記錄灌注砼量，充盈系數(shù)嚴(yán)禁小于1.0，一般為1.05～1.2。結(jié)合本公司以往的施工經(jīng)驗(yàn)，充盈系數(shù)可在試樁總結(jié)和地質(zhì)情況中確定，依據(jù)此系數(shù)作為一次投料體積計(jì)算的參考依據(jù)。

⑦振動(dòng)拔管

樁管灌滿砼之后，邊振動(dòng)邊拔管，以確保混凝土密實(shí)性，拔管速度控制在1 m/min；在拔管過程中，應(yīng)分段添加砼，保持管內(nèi)砼面始終不低于地面或高于地下水位1.5 m～2.5 m以上。至樁頂以下2.0 m左右時(shí)應(yīng)添加足夠的混凝土一次性拔管到地面，對(duì)于地層變化的地段，由硬土層到軟土層或由軟土層到硬土層的界面處應(yīng)降低振動(dòng)拔管的速度，一般應(yīng)控制在1.0 m/min以下。

沉管上拔時(shí)同一土層中應(yīng)均勻控制，土層界面處應(yīng)適當(dāng)降低拔管速度，以免出現(xiàn)縮徑。在最后5 m應(yīng)一次性拔出中途不得停頓。

⑧移機(jī)

重復(fù)上述步驟，進(jìn)行下一樁的施工。如前樁芯土較高（一般高于50 cm）時(shí)，應(yīng)先人工清除后，方可移機(jī)。以防移機(jī)時(shí)樁機(jī)前端兩架壓腿將高出部分樁芯土碰倒造成樁頭部分壁厚不均。

⑨檢測(cè)

管樁結(jié)束，混凝土齡期達(dá)到后，按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行低應(yīng)變檢測(cè)和靜載試驗(yàn)。低應(yīng)變抽檢比例為總樁數(shù)的30%，靜載試驗(yàn)抽檢比例為1%，且不少于3根。

6.4 工程檢測(cè)

為確保管樁的施工質(zhì)量，可酌情選用下列方法進(jìn)行加固質(zhì)量檢測(cè)。

（1）在灌注混凝土前，應(yīng)對(duì)已成孔的中心位置如孔深、孔徑、垂直度等進(jìn)行認(rèn)真復(fù)測(cè)檢查，并填寫相應(yīng)的質(zhì)量檢查記錄和報(bào)告。

（2）沉樁過程中應(yīng)檢查每米進(jìn)尺貫入度、最后一米貫入度、最后三米貫入度及樁尖標(biāo)高、樁身垂直度等。

（3）對(duì)于更高要求的建造樁基和地質(zhì)條件復(fù)雜或成樁質(zhì)量可靠性低的樁基工程應(yīng)進(jìn)行成樁質(zhì)量監(jiān)測(cè)，采用可靠的動(dòng)態(tài)檢測(cè)。

（4）開挖檢測(cè)：選取1%端樁體進(jìn)行開挖，深度1.5 m左右，觀察成樁情況。

（5）抽樣檢驗(yàn)：整樁鉆孔取芯檢驗(yàn)樁身長(zhǎng)度，并制成試件，進(jìn)行抗壓實(shí)驗(yàn)，抽檢比例為0.5%。

（6）荷載試樁：抽檢比例為0.5%（單樁和復(fù)合地基各半）。

7 結(jié)束語(yǔ)

本工程經(jīng)過2008年11月初試樁至2009年1月底完工，在鐵路軟土地基加固中取得了明顯的工程效果，使用現(xiàn)澆混凝土大直徑管樁有以下優(yōu)點(diǎn)：

（1）節(jié)省了大量混凝土，從而大大降低造價(jià)。

（2）加快了施工進(jìn)度；并且可以調(diào)整成樁擠土方向。

（3）通過造漿器造漿，可以減少沉模時(shí)環(huán)形套模內(nèi)外摩擦阻力，保護(hù)樁芯和側(cè)壁土穩(wěn)定。

（4）混凝土分流器可以避免管腔中混凝土澆注時(shí)的離析和厚薄不均。

（5）采用振動(dòng)雙層套管成模工藝，灌注混凝土方量的相應(yīng)減少，施工速度較鉆孔灌注樁及粉噴樁要快，且質(zhì)量也容易控制，加固同等面積軟土地基效率提高40%以上。

（6）選擇大直徑管樁進(jìn)行地基加固，由于樁身表面積大，使單樁承載力大為提高.

（7）該樁型成樁質(zhì)量穩(wěn)定，可沉樁較深（25 m～35 m），樁體與樁周土形成剛性復(fù)合地基，復(fù)合層的變形很小，地基穩(wěn)定性得到提高。

通過現(xiàn)澆混凝土大直徑管樁復(fù)合地基技術(shù)在鐵路軟基加固中的使用，明顯節(jié)約了成本，大大縮短了工期，提高了工程質(zhì)量，具有廣泛的應(yīng)用前景。