淺談薄壁管樁（PCC樁）在高速公路軟基處理中的應用與效果

■汪利清

（廣東省核工業地質局二九三大隊廣東廣州510800）

淺談薄壁管樁（PCC樁）在高速公路軟基處理中的應用與效果

■汪利清

（廣東省核工業地質局二九三大隊廣東廣州510800）

現澆薄壁管樁技術在高速公路軟基處理中起著非常重要的作用。高速公路軟基處理的好壞，與道路在計劃運營期內的路況良好度、行駛車輛的速度以及是否可以安全行駛等有著密切的關系。因此，處理好高速公路軟土地基的工作對于高速公路的整體修建是非常關鍵的問題之一。現澆薄壁管樁是復合地基的一種全新技術，它具有樁直徑大、樁間距大、單樁承載力高、混凝土用量省、工后沉降小和可以處理深層軟土等的優點。

現澆薄壁管樁 軟基處理 高速公路 PCC樁應用

1　前言

高速公路軟土地基的處理,是關系到能否在計劃營運期內保持道路路況良好、保證行車速度及安全運行的關鍵問題之一。隨著我國在軟土地基上修建高速公路數量越來越多,已經積累了相當豐富的經驗,對軟基處理的設計、施工工藝、設備、材料、檢測等手段已逐漸趨于成熟。但由于軟土性狀千差萬別、地質資料代表性的局限及設計參數誤差等因素影響,往往使處理后的效果與設計預想產生較大差異。

2　現澆薄壁管樁技術概述

現澆薄壁管樁又簡稱PCC樁，是一項軟基處理的新技術。它結合了振動沉管樁、振動沉模薄壁防滲墻和預應力混凝土管樁等技術的優點。PCC樁的成樁工藝采用的是振動沉腔灌注法。該法方采取的是自動排土振動灌注而成樁，是依靠管腔頂部的振動力將里外雙層套管所形成的環形腔體自動沉入事先預定的設計深度，再在腔體內灌注混凝土，然后振動拔管。此時，環形域中的土體與外部土體之間便形成了混凝土管樁。這樣的一次性直接成管樁的新技術，使得混凝土在槽孔內保持有良好的穩定性和充盈性。

與預制樁和傳統的實心樁相比，PCC樁具有以下幾方面的優點：首先是PCC樁的表面積大，使得單方混凝土的承載力高；其次，可節省大量的混凝土原材料，從而減少預算，降低成本造價；然后，由于該樁的成樁工藝采用了振動沉腔灌注法，以及設備自身的優點和灌注混凝土量的減少，使施工速度比鉆孔灌注樁和靜壓樁以及其他一般的沉腔灌注樁要快，而且，成樁質量更穩定，可沉樁也較深；此外，由于PCC樁樁身表面積大，單樁承載力高、影響面積大、加固范圍大，該樁型的成樁質量穩定，能夠沉樁較深，使樁體與樁周的土形成了剛性復合地基，進而大幅度的提高了承載力。而且，該樁的可調性強，能夠有效的減少沉降，提高地基的穩定性。目前，PCC樁在高速公路軟基處理中已得到廣泛的應用，使用效果也很好，對軟土地基處理問題有了很大的幫助。

3　PCC樁復合地基設計計算

PCC樁是一種新型樁，其設計計算理論尚不完善。已有學者從理論上對其進行了研究PCC樁復合地基為豎向增強體復合地基，豎向增強體復合地基承載力計算通常有兩種思路：一種是先分別確定樁體的承載力和樁間土的承載力，根據一定的原則疊加這兩部分承載力得到復合地基的承載力，這種方法稱為復合求和法：另一種是把樁體和樁間土組成的復合土體作為整體來考慮，確定復合地基的承載力。在進行承載力驗算時，從偏于安全的角度出發，對樁芯土體提供的承載力以及樁的端阻力均未作考慮。PCC樁復合地基沉降計算分為兩部分：加固區土層壓縮量S1和下臥層壓縮量S2。S1的計算方法主要采用復合模量法，將復合地基加固區中增強體和基體兩部分視為一復合地基，采用復合壓縮模量Ecs來評價復合土體的壓縮性，即是利用Esp=Epm+E/(l～m)來計算，采用分層總和法計算加固區土層壓縮量,即是利用S=∑σzi×hi/Esi。計算S2時，作用在下臥層上的荷載比較難以精確計算。結合目前工程中實際情況，PCC樁采用壓力擴散法計算。

結合場地地質條件，本次PCC樁設計設置了7個參數不同的加固區，在各區中分別采用了如下幾種設計參數，樁徑：1000mm，1240mm；壁厚：100mm，120mm；間距：2.8m，3.0m，3.3m；樁長：16.0m，18.0m。為了保證樁與土共同承擔荷載，并調整樁與樁間土之間豎向荷載及水平荷載的分擔比例以及減少基礎底面的應力集中問題，在樁頂設置褥墊層。本次PCC樁設計采用了兩種褥墊層方案：50cm碎石加兩層土工格柵；60cm灰土加兩層土工格柵。為利于PCC樁受力，將樁頂標高50cm樁芯土體取出，并重新回填50cm 厚C15素混凝土至設計標高封頂。PCC樁平面布置采用方形布置。管樁布置圖如下所示。

PCC樁平面布置圖

B～B橫斷面

4　PCC樁質量檢測

PCC樁是一種新型的樁型，它具有樁直徑較大，樁間距較大，混凝土用量省和工后沉降小等優點。其中，單樁混凝土提供的承載力比其它樁型混凝土提供的承載力有明顯的提高。不過，一方面，由于PCC樁與其他樁型相比，壁厚較薄，因此使得對其質量要求比較嚴格。不僅要嚴格地執行管樁的施工要求，而且成樁以后的質量檢測也要非常重視。為了更好更有效的檢查PCC樁的施工質量，檢測混凝土澆筑的連續性、完整性和均勻程度等，可采用開挖檢測法和低應變測試法對管樁進行檢測，低應變檢測數據按百分之十的比例來控制。

另一方面，鑒于PCC樁的樁型與實樁的不同，動力檢測時，在樁頂測試的四點必須是均勻對稱的，可采用鐵錘、尼龍棒等擊發方式。選擇最佳的擊發和接收距離，對測試波曲線進行采集。最后，可從檢測結果判斷出低應變試驗的效果是否滿意。可以從得出的波形圖中，獲取各樁身的質量情況等。另一種方法，即開挖檢測法，是檢測各種樁質量的最直觀有效的方法。可以現場開挖多根樁，然后根據開挖的情況，來判斷施工的PCC樁內外壁的光滑完整度。檢測是否有斷樁、夾泥、凹陷、離析等不良現象，進而可以判斷施工的質量。在有的開挖檢測中，出現有這樣的現象，即：個別樁的樁頂一米左右的區域內出現壁厚不均勻或樁傾斜。經研究分析得出，此現象主要是因成樁后移機過程中沉管擠壓推動地表多余的混凝土引起的。如果，在以后的施工中，拔管后，移機前將樁頂多余的混凝土徹底清除，并將沉管盡量向上移，且移機時樁機的管盡量不從剛施工好的樁頂壓過，這樣，便不會再出現樁頂部分區域的壁厚不均勻或傾斜等現象。

工藝流程

5　PCC樁在施工方面的工作

5.1施工準備

（1）施工材料與機械設備的準備。采用經檢驗合格的打樁機, C15混凝土采用商品混凝土。

（2）施工前首先進行3根試驗樁施工,以確定施工工藝、技術參數等,保證單樁承載力要求。待樁施工完成14d后進行單樁承載力試驗和樁身完整性檢測,經檢驗合格后再大批進行施工,且要嚴格按試樁得到的參數進行施工。

（3）樁位放樣。首先放出中心點。要求中心點的位置偏差<150mm。另外場地南側和北側距邊界外5m處設放兩條基準線,隨時校測場地內樁位中心點的位置因打樁而造成的偏差,在驗收合格后,再按正三角形平面布樁,樁距3.0m。

5.2施工方法

（1）沉樁施工。樁徑不小于設計樁徑;樁壁厚度不小于設計厚度。保證主機機身施工時處于水平狀態,保證導向架的垂直度,偏差不超過1%。在施工過程時處于水平狀態,保證導向架的垂直度,偏差不超過1%。在施工過程中如果遇沉管小角度偏差可以利用樁機自身作適當調整,如果發生嚴重傾斜應終止沉樁,查明原因后再施工。沉管時,采用在沉管和主塔上做標記的方法確認樁尖是否達到標高,以上兩項請監理驗收合格后再進行下道工序。

（2）混凝土澆注。沉樁到達設計標高后通過使用測繩放入空腔來測定腔體內是否進泥、進水并請監理驗收。淤泥厚度<30cm時不予處理;>30cm時,應重新沉樁。

混凝土通過沉管上部料口灌入腔體內,一次性加滿,沉腔12cm壁厚起到了導管的作用不會造成混凝土的離析。沉管在上撥過程中前臺操作人員用錘敲擊外沉管判斷混凝土是否相對沉管下落,以此判別活瓣打開與否,如果活瓣沒有打開應撥出沉管重新成樁。全部撥出地面后使地下土體形成12cm厚管狀土模保證了成樁的壁厚。

在灌注樁身混凝土之前,應根據工程施工經驗,結合地質報告預估充盈系數,計算投料體積。灌注混凝土至樁頂標高,如樁頂離自然地面較近,需拔管超注時,應注意不宜拔得過高(用鐵錘敲擊外管判斷),應以控制在樁需注入的混凝土量為限。

沉腔內灌滿混凝土后開始拔管,再確定活瓣打開的情況下邊上撥邊投混凝土,至樁管全部拔出。詳細地記錄灌注混凝土量,充盈系數嚴禁<1.0,一般為1.3。

（3）振動拔管。沉腔達到設計深度后開始灌注混凝土、拔管,拔管速度控制在1.2～1.5m/min;在拔管過程中,應保持管內混凝土面始終不低于地面或高于地下水位1.0～1.5m以上。至樁頂2.0m左右時一次性拔管到地面,對于地層變化的地段,由硬土層到軟土層或由軟土層到硬土層的界面處應降低振動拔管的速度,一般應控制在1.0m/min以下。

沉管全部拔出后振動數分鐘使粘在管壁內的混凝土振落,并在每天收工時用水沖洗內管,如沉管內有殘余混凝土可在其凝固后通過敲打外管管壁和開動錘頭震動的方法除去。保證混凝土下落通暢。

固體含量與水泥含量的比值

（4）移機。重復上述步驟,進行下一樁的施工。

6　結束語

管樁的發展早在上世紀六十年代末已經開始，從上世紀六十年代末的PC管樁，到七十年代的先張法預應力混凝土管樁，再到從日本引進的PHC管樁等，一直到現在相對更加完善的PCC樁。管樁在近二十多年的發展歷程中，不斷得到完善和改進。隨著生活水平等各方面的發展，道路水平也在不斷提高。為了人們的交通更加便利，國家更好的發展，修建的高速公路也越來越多。但是并非所有土地的地質都很好，其中就出現有很多的軟土區域。PCC樁在高速公路軟基處理中發揮了非常重要的作用，擔任著尤其重要的角色。目前，現澆薄壁管樁技術在高速公路軟土地基處理中已得到廣泛的應用。

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