水泥攪拌樁配合PHC管樁共同施工的應(yīng)用研究

牟雨龍 王帥康 耿志華 閆紫燁 楊 旭

（中電建路橋集團有限公司，北京 100048）

0 引言

國內(nèi)地基處理技術(shù)較為多樣，將PHC管樁施工與深層水泥攪拌施工相結(jié)合，共同用于地基處理的提升還相對較少。該文研究基于江門市蓬江區(qū)道路工程PPP項目龍舟山道路及規(guī)劃三路，為提高施工地段地基承載力，通過PHC管樁與水泥攪拌樁共同施工進行地基加固處理，分析PHC管樁施打技術(shù)要點、管樁成樁靜載能力、樁身完整性以及水泥攪拌樁噴攪技術(shù)要點、水泥漿配制等方面；總結(jié)水泥攪拌樁與PHC管樁共同施工加固地基的控制要點，提高軟弱地基受荷承載能力。

1 工程概況

江門市濱江新區(qū)規(guī)劃三路（新昌路—濱江大道）及灝昌園周邊道路工程，西起新昌路，東至濱江大道；新建道路總長3340m，等級為城市次干路，設(shè)計時速30km/h，標準寬度30m，雙向六車道規(guī)模。在該路段分布有深厚層軟弱地基，為保證上部道路施工完整，必須采取技術(shù)手段對土體進行改良加固。

2 PHC預制管樁施工

2.1 總體工藝

水泥攪拌樁與PHC管樁共同施工的工藝，采用這2種加固方式各自的優(yōu)點，將二者結(jié)合可最大程度地發(fā)揮樁間土的承載作用。首先，對地基進行管樁施工，其具體施工工藝流程為測放樁位→樁機就位→穩(wěn)樁→管樁施打→接樁→繼續(xù)施打→樁機移位，PHC管樁施打以控制樁身垂直度以及將接樁質(zhì)量作為工序重點，PHC管樁施工流程如圖1所示。

圖1 管樁施工流程圖

2.2 試樁靜載試驗

在正式開工前，先做試驗樁施工。試樁施工控制要求與正式施工相同，通過對試樁試驗中選用的最終壓力值、插打深度、管樁連接焊接工藝以及參數(shù)等進行計算，得到管樁施打參數(shù)及施工經(jīng)驗，作為正式施工的重要依據(jù)。

樁基施打完成時間≥28d，在靜載樁基周圍樁基的施打完成時間≥14d后才可以進行靜載檢測。采用分級等量加載的方式對6根試樁進行加載以檢測其承載能力。靜載試驗按“慢速維持荷載法”進行，且每級荷載量為極限荷載量的10%。過程中應(yīng)保證荷載均勻連續(xù)傳遞，避免出現(xiàn)突然沖擊。靜載加載過程中，每級靜載加載完成后1h內(nèi)，按照每間隔15min測量記錄一次樁頂沉降。

卸載應(yīng)逐級等量進行，每級荷載卸載完成1h內(nèi)，按照每間隔20min測量記錄一次樁頂沉降量，直至將荷載完全卸載。荷載完全卸載后3h內(nèi)，每30min測量記錄一次樁頂殘余沉降量。試驗樁靜載試驗分析結(jié)果見表1。

表1 靜載試驗結(jié)果

通過對6根試樁靜載加載及卸載過程中管樁沉降及回彈變化情況的分析，得出圖2所示的管樁沉降量變化規(guī)律，圖中實線為加載過程中沉降量隨荷載的變化規(guī)律，隨著荷載不斷增加，沉降量上升；虛線為卸載過程中管樁回彈的變化規(guī)律，隨著不斷卸載，加載過程產(chǎn)生的沉降量逐漸回彈，荷載最終全部卸載完成后，管樁依然剩余殘留沉降量。通過對管樁最大沉降量及殘余沉降量的分析計算，得知管樁回彈率在25%左右。

圖2 管樁沉降量變化規(guī)律

2.3 樁位測放

根據(jù)區(qū)域內(nèi)樁位布置情況測放出區(qū)域角點位置處樁位，并用方格網(wǎng)法準確定位出施打區(qū)域內(nèi)各管樁施打點位，并進行標記，樁位中心偏差控制在20mm以內(nèi)。樁機就位后，對管樁點位進行復核，保證施打點位正確。

2.4 管樁施打質(zhì)量控制

PHC管樁采用柴油錘樁機進行施打，按照“由中間向兩側(cè)或由中間向四周或一側(cè)向另一側(cè)”的方式進行施打。并根據(jù)樁底標高不同，先深后淺插打；根據(jù)樁的樁徑和樁長，按照“大樁徑、長樁長優(yōu)先”的原則進行施打；如遇管樁施工地臨近建筑物，考慮插打地點距離建筑物的遠近程度，先施打近距離處管樁后施打遠距離處管樁。控制要求見表2。

表2 管樁施打控制標準

施打過程中避免樁機因二次移動造成管樁豎向受力變化而導致樁體傾斜的情況，施打過程連續(xù)進行，保證管樁在荷載作用下持續(xù)不間斷地壓送，直至PHC管樁在荷載作用下被壓送到地質(zhì)持力層。

管樁中心線和樁帽應(yīng)保持同軸，管樁施打垂直度控制在0.5%以內(nèi)，如果遇到垂直度偏差過大的情況，就需要對管樁進行調(diào)直糾偏。禁止施加側(cè)向沖擊力對管樁進行糾偏，避免對樁體造成損壞。

須接長的前節(jié)管樁應(yīng)保證有長度為0.5m~1m的樁體高于地面，以用于下節(jié)管樁端部焊接接長。在需要接長的管樁樁頭設(shè)置定位導向箍，以保證上下節(jié)管樁在接觸面的位置貼合緊密，保證管樁接頭接觸面水平錯位偏差≤2mm。

管樁拼接面采用圓周坡口槽焊進行拼裝焊接，按照二級焊接標準嚴格把控焊縫質(zhì)量，焊接強度不應(yīng)低于樁身強度。對焊接好的接頭進行自然冷卻處理，接頭自然冷卻時間≥4min，沒有完全冷卻前不能進行下一步施工。

插打管樁最終以插打到設(shè)計持力層，或者貫入度達到要求為評判依據(jù)。貫入度的計算如公式（1）所示。

式中：R為樁的承載力特征值，kN；取用1500；為安全系數(shù)；為入土的樁身外表面面積，m；為系數(shù)，取=1；為錘擊能量，kN·m，取用10；為貫入度；為樁錘沖擊部分的質(zhì)量，kN；q為樁及樁帽重，kN；為送樁重，kN；為錘擊恢復系數(shù)，取=0.2。

2.5 成樁質(zhì)量檢測

對管樁施打完成的管樁進行回彈檢測其樁身強度，對檢測強度不小于設(shè)計強度70%且≥15MPa的管樁采用低應(yīng)變檢測的方式來檢測樁基的樁身完整性，抽檢數(shù)量不少于10根。

低應(yīng)變檢測法檢測樁體完整性的主要原理為一維彈性直桿的應(yīng)力波反射波理論。

式中：為樁體質(zhì)點位移；為應(yīng)力波傳播速度；為低應(yīng)變應(yīng)力波的傳播方向；為低應(yīng)變應(yīng)力波應(yīng)力波傳播時間。

檢測錘敲擊管樁樁頂產(chǎn)生的應(yīng)力波由樁頂沿樁身方向傳遞至管樁底部，應(yīng)力波傳遞途中如遇樁身缺陷或者傳遞至樁底會產(chǎn)生反射信號，并傳回樁頂，對反射信號波形進行分析，從而判定樁身的完整性是否達標。根據(jù)反射信號得出樁基在樁頂處有細微反射信號波動，是由于靜壓荷載造成的完整性損失。在管樁焊接連接處及樁底位置處有明顯的信號波動，樁身其他位置無明顯波動，表明樁身整體完整性與實際情況相符，無明顯異常，圖3為低應(yīng)變基樁完整性檢測圖。

圖3 低應(yīng)變基樁完整性檢測圖

3 水泥攪拌樁施工質(zhì)量控制

3.1 深層攪拌工藝

PHC管樁成樁檢測質(zhì)量達標后才可以進行水泥攪拌樁施工，將配制好的水泥漿通過高壓泵壓送至攪拌機鉆頭，并隨攪拌頭下鉆泵送至地基中，使土體與水泥漿強制拌合，達到加固地基的效果。深層攪拌法來施工水泥攪拌樁的具體施工流程如圖4所示。

圖4 工藝流程圖

“四噴四攪”法施工水泥攪拌樁分為2個循環(huán)，深層攪拌機下鉆攪拌噴漿后進行提升攪拌噴漿為一個循環(huán)，循環(huán)內(nèi)下鉆和提升攪拌反向進行，連續(xù)噴漿，經(jīng)過兩個循環(huán)的噴漿攪拌達到“四噴四攪”的效果。

3.2 試樁試驗

同理，管樁施工中，采用深沉水泥攪拌法也需要進行試樁試驗，為下一步施工提供數(shù)據(jù)支持。對水泥攪拌樁施工中所涉及的幾項參數(shù)選擇不同的組合進行對比試驗，最終確定最優(yōu)的施工參數(shù)方案。試驗參數(shù)選擇見表3。

表3 試樁施工參數(shù)

通過對不同水灰比下攪拌機各項施工參數(shù)的對比，最終按照鉆進速度1.2m/min，提升速度0.9m/min，攪拌速度60r/min并保證噴漿時管道壓力維持在0.4MPa左右的施工參數(shù)進行攪拌施工。試樁應(yīng)在成樁14天后進行取芯來檢測樁身的強度，檢驗在試樁所采取的標準下，攪拌均勻程度和強度能否滿足施工要求。

3.3 水泥漿液配置

按照設(shè)計配合比配置攪拌樁所需用的水泥漿，并對漿體進行≥3min的充分攪拌，使?jié){體拌制均勻。將拌制好的漿液通過濾篩篩除大粒徑剩料。選用容量適宜的集料斗儲漿，保證噴漿攪拌過程中不會由于集料斗漿液不足而造成供料不及時的情況，保證料斗中有一定的余量。另外，要避免由于漿液儲存過多而導致還未使用的漿液沉淀，最后出現(xiàn)漿液濃度不足的情況。

綜合設(shè)計和現(xiàn)場施工情況，深層水泥攪拌樁所用水泥漿液配置應(yīng)按照式（3）進行計算。

式中：為水灰比；m為每m3水泥土中水泥漿用水量，kg/m3；m為每m3水泥土的水泥用量，kg/m3；w為水泥土的含水率，%；為天然含水率，%。

根據(jù)計算及土體自然條件綜合考量，選用0.55的水灰比配置水泥漿液，每延米樁體中各組分質(zhì)量比為∶∶=1∶5.06∶0.55。

3.4 深層攪拌施工控制

根據(jù)PHC管樁施打區(qū)域內(nèi)管樁位置進行測量，對水泥攪拌樁施工位置進行定位，在管樁間隔區(qū)域進行水泥攪拌樁施工，以加固樁間土體。深層水泥攪拌樁施工控制要點見表4。

表4 攪拌樁施工控制標準

在確保攪拌機鉆桿垂直以及漿液能夠正常噴出后，才可以啟動攪拌機進行下鉆，避免出現(xiàn)“空鉆不出漿”導致攪拌加固質(zhì)量不佳的情況。確保攪拌頭鉆動和下鉆進尺勻速進行，使水泥漿體在土體中充分攪拌結(jié)合。攪拌下鉆噴漿至設(shè)計樁底標高后，應(yīng)持續(xù)攪拌噴漿15 min并稍作間歇，然后按照反方向攪拌噴漿并提升鉆頭至規(guī)定高程。二次循環(huán)復攪至設(shè)計樁長后，反方向攪拌提升攪拌頭直至攪拌頭露出地面為止。為保證樁頭質(zhì)量，在提升攪拌頭噴漿時，攪拌頭應(yīng)提升至設(shè)計樁頂上方50 cm處，且提升到位后攪拌頭應(yīng)停滯幾分鐘，已達到控制成樁樁頭質(zhì)量的目的。

4 結(jié)語

綜上所述，利用PHC預制管樁結(jié)合深層水泥攪拌樁施工工藝加固處理軟弱土體地基，進一步提升了單一處理方式對軟土地基的加固處理效果。這種復合地基改善了地基剛度，充分利用了土體承載力+管樁承載力+樁間土的作用，極大地提高了復合地基的承載力減小了后期施工荷載所引起的地基沉降量，有利于保證地基的穩(wěn)定性。該文介紹的復合地基處理施工工藝及重難點工序的控制措施，對同類型工程中的地基加固處理施工具有一定的指導作用。