振動(dòng)沉管樁技術(shù)在路基加固工程中的應(yīng)用

■李曼(衡水市公路勘測(cè)設(shè)計(jì)所，衡水　053000)

振動(dòng)沉管樁技術(shù)在路基加固工程中的應(yīng)用

■李曼
(衡水市公路勘測(cè)設(shè)計(jì)所，衡水053000)

摘要本文以京港澳高速河北某段為例，介紹了振動(dòng)沉管樁技術(shù)以及在路基加固工程中的應(yīng)用情況和常見(jiàn)問(wèn)題與應(yīng)對(duì)措施，可為以后類似的工程提供一些可借鑒的經(jīng)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞振動(dòng)沉管技術(shù)路基加固應(yīng)用

1　前言

隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要，我國(guó)高速公路事業(yè)發(fā)展迅猛，而很多高質(zhì)量的道路需要承載力很強(qiáng)的路基作為支撐，這就需要采取特殊工藝對(duì)路基進(jìn)行處理。振動(dòng)沉管樁技術(shù)作為一種較為常見(jiàn)的路基加固技術(shù)，經(jīng)過(guò)多年發(fā)展已經(jīng)相當(dāng)成熟，應(yīng)用也很廣泛，尤其適合于一些軟土地基。

2　振動(dòng)沉管樁技術(shù)介紹

振動(dòng)沉管樁的本質(zhì)就是依靠混凝土樁來(lái)提高地基承載力，即將帶有活瓣樁尖的鋼管模具沉入土中，一直打到設(shè)計(jì)的位置，之后向樁內(nèi)放置鋼筋，再灌注混凝土漿液，之后在振動(dòng)漿液的同時(shí)往上提拔鋼管模具，最后便形成了混凝土樁，施工過(guò)程如下圖1所示。

振動(dòng)沉管樁技術(shù)由于設(shè)備簡(jiǎn)單、技術(shù)要求較低，且施工速度快，加固效果明顯，目前已經(jīng)在高層建筑、水利設(shè)施和重要交通區(qū)域等地基加固工程中應(yīng)用很多[1]。

圖1　振動(dòng)沉管樁技術(shù)施工工序示意圖

3　工程概況

京港澳高速(圖2)是連接北京到香港澳門的重要交通線，對(duì)促進(jìn)南北經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會(huì)交流具有重大意義，其中河北段全長(zhǎng)約224km，貫穿九個(gè)縣市。位于保定市石橋鄉(xiāng)境內(nèi)一長(zhǎng)約3km的路段，由于地勢(shì)較低采用填筑雜土方法，部分地段需建設(shè)高架橋。由于本路段地質(zhì)條件不好，導(dǎo)致路基承載力較差，因而需采取特殊措施提高路基承載力。在對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行地質(zhì)勘探后，得到本路段土層結(jié)構(gòu)如表1所示。經(jīng)過(guò)研究分析，最終確定采用振動(dòng)沉管樁技術(shù)對(duì)該路段路基進(jìn)行加固處理。

表1　施工地段土層結(jié)構(gòu)情況

圖2　京港澳高速公路

4　振動(dòng)沉管樁技術(shù)在路基加固工程中的具體應(yīng)用

振動(dòng)沉管樁技術(shù)的施工工藝流程如下：布置樁位→埋設(shè)樁尖→鉆機(jī)就位→振動(dòng)沉管至設(shè)計(jì)深度→下放鋼筋籠→灌漿、振動(dòng)、拔管→成樁。

4.1布置樁位

振動(dòng)沉管技術(shù)一般都按照梅花形來(lái)布設(shè)樁位，根據(jù)本路段土層結(jié)構(gòu)情況，設(shè)計(jì)樁孔深度為20m，樁徑400mm，按照公式(1)計(jì)算出砼樁設(shè)置密度，最終得到本項(xiàng)目砼樁位置安設(shè)示意圖(如圖3)。

式中, Rsp——加固后地基承載力，kPa；

m——砼樁的置換率；

Rp——砼樁自身強(qiáng)度；

Ap——砼樁橫截面積；

β——樁間土地折減系數(shù)，取值范圍0.5～1.0；

Rs——天然地基承載力，kPa。

通過(guò)計(jì)算(部分公式省略)得出砼樁間距為3.0m。在本項(xiàng)目中，砼樁位置是利用經(jīng)緯儀、鋼卷尺等工具聯(lián)合確定的，確定之后，測(cè)量人員通過(guò)撒石灰粉對(duì)其進(jìn)行標(biāo)明[2]。

圖3　砼樁位置布置示意圖

4.2埋設(shè)樁尖和樁機(jī)就位

當(dāng)具體樁位確定完成后就要進(jìn)行埋設(shè)樁尖作業(yè)，此時(shí)需要重新測(cè)量樁位的準(zhǔn)確性，監(jiān)理人員需要監(jiān)督。樁尖和樁位之間的偏差應(yīng)小于10cm，此外還要保證樁尖的垂直度和穩(wěn)定性。

結(jié)合本項(xiàng)目地質(zhì)條件和施工要求，施工方采用的是型號(hào)為DZ60振動(dòng)沉管灌注機(jī)械，該套設(shè)備具有施工工藝簡(jiǎn)單、對(duì)環(huán)境無(wú)污染、成樁質(zhì)量較高等優(yōu)點(diǎn)。為了保證工期，本項(xiàng)目選擇兩套設(shè)備同時(shí)施工，且保持一定的距離，避免相互影響。此外應(yīng)保證施工機(jī)械的平穩(wěn)，若有沉陷現(xiàn)象產(chǎn)生，表明填土作業(yè)不合格，則應(yīng)停止施工，再次壓實(shí)填土。

4.3放置沉管和鋼筋籠

樁機(jī)就位之后，樁管套住樁尖，保證其足夠牢固，從左右和前后兩個(gè)角度共同校正樁管的垂直度，其誤差不得大于1%。在打樁之前，應(yīng)先將樁尖壓入土中一定的深度，之后再進(jìn)行試打。在打樁時(shí)要密切注意電機(jī)電壓和電流值以及沉管垂直度的變化，若超出標(biāo)準(zhǔn)范圍則應(yīng)立即停工，找出問(wèn)題并調(diào)整之后再開(kāi)工。需要特別注意：為了防止地面泥水進(jìn)入樁內(nèi)，使用草繩在樁尖的臺(tái)肩處纏繞幾道，保證樁尖和樁壁的密封性。

制作鋼筋籠的材料應(yīng)保證其質(zhì)量合格，其各項(xiàng)指標(biāo)也要滿足設(shè)計(jì)要求，具體見(jiàn)下表2。當(dāng)鋼筋籠質(zhì)量驗(yàn)收合格后，則可下放到樁管內(nèi)[3]。

表2　鋼筋籠的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)

4.4灌漿、振動(dòng)和拔管

本項(xiàng)目采用的灌漿材料組成為：425#普通硅酸鹽水泥，中粗粒徑河砂和直徑≤30mm的碎石。設(shè)計(jì)的砼強(qiáng)度等級(jí)為C20，坍落度6～8cm，要求配料時(shí)攪拌時(shí)間不低于90s，以保證各項(xiàng)指標(biāo)符合要求。

在灌漿之前，應(yīng)檢查樁管內(nèi)是否干凈，樁管是否吞樁尖，如果一切完好，則進(jìn)行第一批灌漿作業(yè)，第一批灌漿應(yīng)盡可能保證足量，在灌漿作業(yè)的同時(shí)也沉管振動(dòng)。灌滿之后應(yīng)停振5～10s，然后進(jìn)行拔管作業(yè)。拔管速度是成樁質(zhì)量的重要因素，一般將其控制在0.5～0.8m/min。此外，在淤泥等一類容易縮徑的土層中，每次提拔0.5～1.0m的距離后應(yīng)停止振動(dòng)5～10s；每拔1m的高度后，應(yīng)反插幾次，確保漿液的充盈系數(shù)大于1.1。下一次加料要及時(shí)，每次都要確保管內(nèi)漿液高度維持在2.0m左右，防止出現(xiàn)空洞和夾層等現(xiàn)象。

5　振動(dòng)沉管樁常見(jiàn)問(wèn)題及應(yīng)對(duì)措施

(1)在飽和的淤泥質(zhì)土層中施工時(shí)，由于淤泥土靈敏度較高且壓縮性能較強(qiáng)，土體在受到振動(dòng)時(shí)產(chǎn)生孔隙水壓力，但一旦樁管被拔出，則四周的土體會(huì)擠壓新澆注的砼樁，造成砼樁產(chǎn)生縮頸現(xiàn)象，大大降低其承載力。對(duì)于這類問(wèn)題，在施工時(shí)應(yīng)嚴(yán)格控制拔模具速度，一般要小于0.8m/min，此外還要使模具內(nèi)新澆注的砼柱高度大于2m，使下部保持足夠的壓力[4]；

(2)在一般情況下，為了保證施工速度，我們會(huì)采取幾臺(tái)樁機(jī)同時(shí)施工，而樁機(jī)作業(yè)時(shí)對(duì)土體的振動(dòng)力很大，還可能造成共振現(xiàn)象，在很多情況下由于樁機(jī)之間的相互影響會(huì)造成砼樁產(chǎn)生變形甚至被振斷。這類問(wèn)題可通過(guò)科學(xué)管理來(lái)避免，首先合理布置打樁位置和順序，盡可能加大各樁機(jī)間距，此外，保證樁機(jī)工作時(shí)的相互不協(xié)調(diào)性，避免發(fā)生共振；

(3)當(dāng)砼樁長(zhǎng)度較大時(shí)且注漿密實(shí)度較低或當(dāng)?shù)氐叵滤惠^高造成壓力較大時(shí)，容易導(dǎo)

致較多的水隨著樁體上升而升高，最終造成樁體被稀釋，使?jié){液和鋼筋離析。遇到這一問(wèn)題時(shí)，需要在砼樁位置空隙處打一排排水孔，孔深應(yīng)和樁體深度相當(dāng)，若地下水較多，還需在孔內(nèi)加裝小型抽水設(shè)施[5]。

6　結(jié)束語(yǔ)

據(jù)上可以了解到振動(dòng)沉管樁技術(shù)施工工藝簡(jiǎn)單，對(duì)施工人員的專業(yè)技能要求較低，這個(gè)優(yōu)點(diǎn)也是工程質(zhì)量的重要保證。通過(guò)應(yīng)用這項(xiàng)技術(shù)，該路段路基承載強(qiáng)度增加了近50%，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。但在應(yīng)用振動(dòng)沉管樁技術(shù)時(shí)也要高度重視易出現(xiàn)的問(wèn)題，加強(qiáng)質(zhì)量監(jiān)督，這才是保證工程質(zhì)量的關(guān)鍵所在。參考文獻(xiàn)

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