淺談現(xiàn)澆混凝土管樁在軟土地基處理應用
關鍵詞：現(xiàn)澆混凝土管樁，軟土地基，處理，應用
我國地域遼闊，地質(zhì)條件極為復雜，特別是在沿海地區(qū)及內(nèi)地湖河沉積地區(qū)存在著許多復雜的軟土地基，在這些地質(zhì)條件下修建高質(zhì)量的公路及建筑物都要進行軟基處理，以增加地基的穩(wěn)定性及減少沉降，軟基處理方法的選擇對工程質(zhì)量、工期和經(jīng)濟效益均有重要的影響，尋求使用較少的混凝土方量，以實現(xiàn)造價低、承載力高，并且地基的穩(wěn)定性增加明顯的新樁形成為巖土工程界的迫切需要解決的問題，正是考慮到實心樁及預制管樁的不足，工程實踐中開發(fā)了高效經(jīng)濟的現(xiàn)場澆筑混凝土管樁軟土地基加固技術和施工工藝，且已開始在高等級公路中推廣應用。本文就現(xiàn)澆混凝土管樁在公路軟土地基處理中的應用談一些體會。
一、工程概況
某公路工程地基土層為8m～18m深粉質(zhì)粘土，設計路堤填土最大高度為6.0m，通過堆載預壓、真空預壓、粉噴樁等方案比較，最終確定了澆筑混凝土管樁復合地基加固技術方案，設計樁長從6m～11.8m不等，設計直徑1000mm，壁厚120mm，混凝土等級C20，坍落度5cm～8cm，樁間距橫向3.0m，縱向間距排與排之間3.5m，采用正方形布置，設計7.8m長管樁豎向極限承載力600kN。
二、現(xiàn)澆混凝土管樁技術簡介
1、現(xiàn)澆混凝土管樁技術優(yōu)點
現(xiàn)澆混凝土管樁技術吸收了預應力混凝土管樁、振動沉管樁和振動沉模薄壁防滲墻等技術的優(yōu)點。該管樁樁身強度高，直徑可達1.5m，有效加固深度可達25m以上，施工工藝簡單，可操作性強，便于質(zhì)量控制、監(jiān)督，單樁承載力高而造價相對較低�，F(xiàn)澆混凝土管樁復合地基技術在高等級公路軟基加固中的使用，將有助于解決許多工程實踐問題，節(jié)約成本，縮短工期，提高工程質(zhì)量。
2、工作原理
現(xiàn)澆混凝土管樁是近年新發(fā)展的一種新型樁技術，類似沉管灌柱樁，涉及震動、沉管、撥管、澆筑混凝土等工藝。目前國內(nèi)做法有兩種，一是樁頭采用預制鋼筋混凝土樁尖，二是采用活瓣樁靴。其工作原理基本一致，即依靠沉腔上部錘尖的振動將內(nèi)外雙層套管所形成的環(huán)形腔體在預制樁頭（或活瓣樁靴）保護下打入預定的設計深度，在腔內(nèi)現(xiàn)澆混凝土，之后振動撥管，在環(huán)形城中土體與外部的土體之間形成混凝土管樁。澆筑混凝土管樁作為復合地基使用，利用剛性樁（類似沉管灌柱樁）的施工工藝提高常規(guī)復合地基（如水泥土樁）的單樁承載力作為復合地基，充分利用土體的承載樁、土共同作用共同變形，避免基礎由于淤泥震陷造成基礎土層脫空。本工程采用預制混凝土樁尖的振動機。
三、現(xiàn)澆混凝土管樁施工要點
1、施工準備
�。�1）施工前調(diào)查清楚施工區(qū)域內(nèi)地上、地下管線和周圍建筑物情況，采取保護或遷移措施，施工場地應整平夯實，土質(zhì)松軟時，應予換填。
�。�2）認清樁位并檢查樁位是否正確，若有偏差報請有關技術人員重新定位，如符合交底尺寸，既以木樁的鐵釘為準，放出本樁中心的騎馬樁，護筒內(nèi)徑通常比使用鉆頭直徑大（旋轉鉆大20CM），常用護筒用2～4CM厚鋼板焊成，頂端焊有吊耳。護筒頂部位置偏差不得大于5CM，護筒斜度不得大于1%。
�。�3）調(diào)制泥漿：灌入鉆孔中的泥漿，其比重在一般地層以1.1～1.3為宜，松散易塌的地層以1.4～1.6為宜。泥漿由粘土與水拌合而成，一般選擇塑性指數(shù)大于17。當缺少適宜的粘土時，可用較差的粘土，并摻入部分塑性指數(shù)大于25的粘土。若采用砂粘土時，其塑性指數(shù)不宜小于15，其中大于0.1MM的顆粒不宜超過6%。新制泥漿含量不宜大于4%，循環(huán)泥漿不得超過8%。粘土的備料數(shù)量：砂質(zhì)河床時，粘土備料數(shù)量約為鉆孔體積的70%～80%，砂、卵石層河床時其數(shù)量約為鉆孔體積的100%～120%
2、施工階段
�。�1）試樁。在正式施工之前，選擇具有代表性的位置做二根試樁，復核地質(zhì)資料以及設備配置、確定施工工藝參數(shù)，檢驗混凝土配合比等，并按照設計要求對試樁進行單樁承載力、小應變試驗檢測等，根據(jù)試驗結果復核、修正施工參數(shù)。待工藝試驗樁經(jīng)檢驗滿足設計和質(zhì)量要求后，進行大面積施工。
�。�2）靜載荷試驗。試樁完成28天，土體恢復固結后，進行單樁靜載和小應變試驗，檢測樁身的單樁承載力及樁身完整性，同時可判斷地質(zhì)情況進行是否滿足設計要求。
�。�3）樁尖制作及埋設。制樁時確保樁尖表面平整、密實，掉角深度不超過20mm，且局部蜂窩和掉角的缺損總面積不超過該樁尖表面全部面積的1%。內(nèi)外面圓度偏差不大于樁尖直徑的1%，樁尖上端內(nèi)外支承面平整度不超過10mm。預制樁尖全部標明編號和制作日期。
沉樁前，先把填碴清除，范圍1.5m×1.5m，再埋設樁尖。以便成樁后澆筑蓋板及墊層。樁機就位：移機就位后，調(diào)整樁機的水平度和垂直度，垂直度偏差小于1%，水平度誤差小于1%。
�。�4）振動沉管。根據(jù)不同的地表層條件，先把沉管壓到一定深度后，再開啟振動錘，直至設計深度，若以貫入度控制，則最終沉管深度以最后2min的下沉速度或電流控制。
沉管施工要連續(xù)進行，一次到達設計深度，如沉管中途上拔則須拔出地面，清除管中的淤土、固定活瓣后重新沉管。
若地下水豐富，水量較大時，沉管沉到一定深度后，在樁長的2/3或1/2處加入適量的干拌混凝土，再繼續(xù)下沉到設計深度。
�。�5）混凝土澆注。管靴下沉至設計深度后，即可灌注混凝土，同時外護壁套管和內(nèi)護壁管向上逐漸拔出。此時，管靴與內(nèi)外管分離，并同混凝土管體連成一體埋在軟地基中。最后，根據(jù)混凝土的實際方量和理論方量來計算其充盈系數(shù)、確定地下土層的地質(zhì)情況。振動、拔管和澆注混凝土要控制混凝土質(zhì)量，按沉管樁質(zhì)量控制要求，澆注面高出設計樁頂50cm。
混凝土拌和時間達到90秒以上，坍落度控制在7～9cm，首盤料坍落度小于7cm，其后適當加大。隨機試塊，每班一組。
3、施工應注意的問題
�。�1）利用樁架上垂線控制樁管的垂直度，并保持機架底盤水平。
（2）在樁尖與成孔器的接觸處的內(nèi)外側用纖維布密封防水滲水。
（3）沉管至設計標高后，應測量有無地下水進入或淤泥擠入，如有應在沉管前先灌入大于1m的樁身同級砼，以防止泥水進入管內(nèi)。
�。�4）管樁沉到設計位置后立即灌注，防止停機時間過長。
（5）灌至地面以上1/10樁長處時，開始上拔沉管。
�。�6）次加料到地面以上1/5～1/10樁長時進行，主要依據(jù)樁的充盈系數(shù)確定二次加料的位置及數(shù)量，現(xiàn)場人員經(jīng)常敲擊管壁，判斷管內(nèi)混凝土量，判斷是否添加混凝土，以免造成浪費或混凝土量不足。
（7）管樁灌滿混凝土后，先振動5～10s，再開始拔管，邊振邊拔，每拔0.5～1.0m，停拔振動5～10s。一般土層，拔管速度取1.2～1.5m/min。距離地面2～5m時，一次性拔出。
�。�8）混凝土強度達到設計強度的80%后，對樁頭進行處理。
�。�9）整平管樁間的土，壓實度大于93%。
4、施工質(zhì)量檢測
�。�1）樁基檢測。該樁基工程檢測分3種方式進行，即:①現(xiàn)場開挖:檢查樁身外觀質(zhì)量，該項工作在樁基完工14天后進行，檢查數(shù)量不得少于3根，開挖結果表明，樁身混凝土結構完整，無斷樁和空隙。②低應變檢測:采用反射波法對樁身完整性進行檢測，檢測數(shù)量為總樁數(shù)的25%。檢測機構“樁基低應變動力檢測報告”表明:樁身混凝土強度等級達到設計C20要求。實測各樁樁身完整，為A類樁。③靜載荷試驗:對單樁承載力進行檢測，檢測數(shù)量為3根樁，檢測合格。
（2）現(xiàn)場測試。在樁基實施過程中，進行了現(xiàn)場埋設儀器和測試研究，測試結果如下：
①樁周地表土的位移。從實測資料可以看出，在沉樁過程中對于地表土體的擠密近于指數(shù)形式的衰減。在距樁心2.5m處樁周土的位移量均小于2mm，說明本次設計的樁間距是合理的。
�、诔翗哆^程土壓力的變化。為了測試沉樁過程中的擠土壓力，在距施打樁中心1.5m和3m處成孔，在2.5m、5.0m、7.5m深度處埋設垂直向土壓力盒。樁機每下沉2m觀測一次;施打完成后不同時間進行觀測。成樁后在該樁側壁再埋設兩只土壓力盒，深度分別為2.5m和4m，目的是為了檢測在施打相鄰樁時該樁所受到的擠土壓力。從距沉樁中心3m處實測資料中反映出的特點:在單樁沉入時，且無相鄰樁存在的情況下，沉樁的擠土壓力在上部5m范圍內(nèi)近于一致的，下部由于土質(zhì)較硬擠土作用明顯，因此，在5m以下土壓力要高于上部壓力。隨著沉樁深度的變化，下部土壓力也隨之上升。
四、結語
現(xiàn)澆混凝土管樁是近年新開發(fā)出的新技術，由于它是新型薄壁結構，具有施工簡便快捷、無污染、節(jié)省投資等明顯優(yōu)點，也是對預制管樁的一大改進。為今后公路工程中類似問題的解決提供了一種比較理想有效的方法。
