薄壁筒樁技術(shù)在軟基處理中的應(yīng)用及試驗研究

齊辛偉 方海珊 李 輝

1 概述

浙江某高速公路是國家重點公路建設(shè)規(guī)劃的一條縱向公路——黑龍江嘉蔭—福建南平支線(南通—嘉興)的重要組成部分，也是浙江省交通建設(shè)規(guī)劃“十八連”之一連。公路全長111.495 km，其中嘉興段主線全長102 km，其中橋長30.5 km，占全線29.9%，軟土地基處理占74.6 km，占全線 73.1%。軟土孔隙比1.047～1.210，壓縮系數(shù)0.53 MPa-1～0.87 MPa-1，各合同段一般均有20 m～25 m的深厚軟土，其中 11，14，15合同段最深厚處可達34 m～47 m。設(shè)計采用了塑料排水板、水泥攪拌樁、預(yù)應(yīng)力管樁等7種地基處理方法，根據(jù)橋頭、箱頭或一般路段，分別采用欠、等、超載預(yù)壓處理，其中采用筒樁+土工格柵處理軟土層深度較厚并且填土較高的橋頭、涵洞、通道等路段。

我國目前的主導(dǎo)樁型有鉆孔灌注樁、振動灌注樁、人工挖孔樁、預(yù)應(yīng)力管樁、預(yù)制方樁以及用于軟基處理的各種柔性、半柔性樁(如水泥攪拌樁與粉噴樁、砂石樁或碎石樁)。

2 薄壁筒樁施工工藝原理及流程

預(yù)制環(huán)形樁靴，樁靴上部凸出，下部呈環(huán)錐狀;施工時把環(huán)形樁靴套入內(nèi)外套管之間，內(nèi)外套管的下端面與樁靴上部環(huán)形凸面的內(nèi)外側(cè)相接觸;套管上部與壓蓋相連，內(nèi)套管上部錐管穿過壓蓋，插入施力壓頭與出泥孔導(dǎo)通;將樁靴尖頭壓入土層;接著振動下沉，在成筒形孔的同時亦同步自動排出軟土;放入鋼筋籠，灌注混凝土，最后拉出內(nèi)外套管即成筒狀樁基。其施工流程如圖1所示。為了選擇樁型，在樁基工程論證中，根據(jù)勘測部門提供的初勘資料，以同一鉆孔進行單樁承載力分析比較，現(xiàn)以薄壁筒樁承載力為基礎(chǔ)，計算各樁混凝土量進行造價分析，對現(xiàn)澆薄壁筒樁與目前我國使用頻率較高的4種傳統(tǒng)樁型——振動灌注樁、鉆孔灌注樁、預(yù)制方樁、預(yù)應(yīng)力管樁作出技術(shù)和經(jīng)濟指標的初步對比(見表1)。從表1可知，對比中選用的現(xiàn)澆薄壁筒樁的外徑1 000 mm，內(nèi)徑880 mm，筒樁壁厚0.12 m，縱然如此，它亦較4種對比樁型造價低。此外，還應(yīng)指出，所做的樁基礎(chǔ)對比并未考慮現(xiàn)澆薄壁筒樁的內(nèi)側(cè)摩阻力及樁靴的樁底反力。因此，現(xiàn)澆薄壁筒樁實際的單樁承載力明顯超過2 990 kN。

表1 樁基礎(chǔ)方案比較

3 試驗概況

選取K8+662～K8+715路橋過渡段筒樁處理軟基試驗段數(shù)據(jù)進行分析，場地地處沖湖積平原，地形平坦。采用筒樁對其橋臺過渡段進行變剛度地基處理，設(shè)計筒樁均為外徑1 000 mm，壁厚120 mm，混凝土為C25，試樁S1的樁長為20 m;S2的樁長為25 m。試驗段共選取5根單樁和一組四樁復(fù)合地基豎向靜載荷試驗。同時，選取樁長18 m，分三種情況進行試驗。其中，試樁A19-1被挖去土心7 m，試樁A19-2的土心 18 m全部挖去，以便進行對比試驗。

3.1 單樁豎向靜載試驗

試驗采用慢速加載法，試樁結(jié)果見圖2及表2。從圖2試樁曲線可見:試樁曲線平緩光滑，無明顯的拐點，說明筒樁在力學(xué)性質(zhì)較差的土層中亦能表現(xiàn)出良好的受力特性。

由表2可見S1和S2的樁型均表現(xiàn)出良好的承載性能，樁長25 m筒樁的極限承載力1 200 kN，樁長20 m的筒樁極限承載力已達900 kN。這說明:樁周土力學(xué)特性較差時，樁長對樁豎向承載力的影響不很明顯;而當(dāng)樁周土力學(xué)性質(zhì)較好，適當(dāng)加長筒樁長度可獲得較大的承載力。測試表明:空心樁的單樁承載力值比實體樁要低，約低20%～30%。由此可證明，內(nèi)側(cè)摩阻力確實存在，提高量值一般在20%～30%。

表2 樁基礎(chǔ)方案比較

3.2 復(fù)合地基試驗

四樁復(fù)合地基試驗，樁長均為18 m，樁間距2.5 m，以粉質(zhì)黏土為持力層，主要是通過承臺試驗了解群樁效應(yīng)對承載力的影響和樁土應(yīng)力分擔(dān)比，并在樁頂土體不同位置埋設(shè)了土壓力計，測試結(jié)果見圖3，圖4。結(jié)果表明，在試驗加荷結(jié)束時仍無明顯拐點出現(xiàn)，說明群樁仍未破壞。

由圖4可看出，樁間土中心點處平均應(yīng)力與樁側(cè)平均應(yīng)力大致相同且分擔(dān)的應(yīng)力較小，隨荷載的增加變化不明顯，但樁土應(yīng)力比隨著荷載的增大而增大，荷載越高，應(yīng)力比增大的也相對較快，對于沉降到9.57 mm時，承載力主要由筒樁承擔(dān)，約占總承載力的70%～80%。同時可看出，由于群樁效應(yīng)，承載力衰減百分量小于10%，這是因為到5 000 kN時，群樁荷載仍未達到極限，由單樁豎向承載試驗可知，四根樁最大荷載5 600 kN，故可以分析樁間距2.5 m時，筒樁承載力富余量大，樁間土壓縮變形小，群樁效應(yīng)不是特別明顯。

4 結(jié)語

1)現(xiàn)澆薄壁筒樁作為一種新型樁基技術(shù)，具有成樁快速、工藝簡單、成本低、承載力高、質(zhì)量易于控制、污染少等特點。2)在與振動灌注樁、鉆孔灌注樁、預(yù)制方樁、預(yù)應(yīng)力管樁對比分析的過程中可以看到，薄壁筒樁應(yīng)用前景非常廣闊，經(jīng)濟效益極其可觀。3)在與目前國內(nèi)廣泛使用的鉆孔灌注樁進行承載力及經(jīng)濟技術(shù)分析發(fā)現(xiàn)，在相同條件下，薄壁筒樁不僅造價低廉，而且承載力也在鉆孔灌注樁之上，具有良好的優(yōu)良性能。4)試驗表明，筒樁豎向承載力高且總沉降量小，在土質(zhì)較差的情況下主要以摩擦樁為主。筒樁為剛性樁，混凝土環(huán)體與內(nèi)外土體共同構(gòu)成復(fù)合地基，極大地提高了地基的承載力，地基受力以筒樁為主，約占總承載力的70%～85%，沉降以樁間土為主，而且混凝土樁體壁為一較好的排水通道，有利于樁間土的排水固結(jié)，提高地基的強度和穩(wěn)定性。

[1] JGJ 94-94，建筑樁基技術(shù)規(guī)范[S].

[2] 曾國熙，盧肇鈞，蔣國澄.地基處理手冊[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社，1988.

[3] 黃宏偉.微型預(yù)制樁單樁承載力時效現(xiàn)場試驗分析[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報，2000，19(5):666-669.

[4] 張曉青.淺談幾種軟土地基處理的方法[J].山西建筑，2009，35(6):153-154.