試論軟基加固中預制管樁施工技術(shù)的應用

鄭建章 李改玲

摘 要：自改革開放以來，我國公路事業(yè)迎來了高速發(fā)展時期，伴隨公路項目規(guī)模的持續(xù)擴大，越來越多項目修建于不良地基之上，尤其是軟土地基。軟土地基物理力學性能較差，對路基穩(wěn)定性和承載能力影響很大。為此，本文結(jié)合具體工程案例，提出了兩種加固方案，經(jīng)試驗分析可知，預制管樁在軟基加固中應用效果顯著。

關(guān)鍵詞：軟基加固;預制管樁;工程概況

中圖分類號：U416.1 文獻標識碼：A

1 軟土地基的概述

對于軟土地基，其定義是指含有大量有機物質(zhì)的強度低、壓縮性高的軟弱土層。由于軟土強度低、具有較大沉降量，若處理不好，往往會嚴重影響施工質(zhì)量，甚至影響行車安全。相比其他地基，軟土地基的物理力學性質(zhì)存在很大不同，其特點如下：

（1）高壓縮性。軟土的孔隙比在1以上，且具有較大含水量，容重小，土內(nèi)含有大量有機物質(zhì)，因此，具有較高壓縮性，穩(wěn)定性不足。在條件相同的情況下，軟土塑限值越大，則軟土的壓縮性越高。（2）抗剪強度低。軟土地基的抗剪強度不高，因此，在施工現(xiàn)場，可做原位試驗。（3）透水性低。軟土具有較低的透水性能，垂直層面基本不存在透水情況，不利于排水固結(jié)，沉降時間長，進而會對地基強度造成一定影響。（4）觸變性。作為一種絮凝狀結(jié)構(gòu)性沉積物，軟土未遭到破壞時，則具有一定結(jié)構(gòu)強度。若被擾動，破壞結(jié)構(gòu)，強度將快速下降，甚至被稀釋，這就說明軟土具有觸變性的特點。在振動荷載作用下，軟土地基很可能發(fā)生側(cè)向滑動、沉降等情況。（5）流變性。土的變形在荷載持續(xù)影響下，伴隨時間的增加，其變形量將越來越大。相比瞬時強度，其長期強度較小，不利于地基穩(wěn)定。（6）不均勻性。粉細砂透鏡體是軟土層常見的夾雜物，此物質(zhì)在平面、垂直方向上差異性極為顯著，基于此類物質(zhì)的存在，往往會出現(xiàn)地基不均勻沉降現(xiàn)象。

2 工程概況

某公路工程為雙向四車道，沿線分布大量軟土，為第四系沖洪積堆積體。在地表和地下水的長期作用下，表層黏土和淤泥質(zhì)土受到了很大影響，具有孔隙率較大、承載力低等特點，呈流塑-可塑狀態(tài)。地下水位于天然地面以下1.5 m，按照由上而下的順序，該區(qū)域巖土層分別為粉質(zhì)黏土、淤泥質(zhì)土、圓礫土。最初，為解決軟弱地基問題，決定采取堆載預壓+合袋裝砂井排水固結(jié)方案，雖然該處理方法在軟基加固當中技術(shù)相對成熟，且具有良好的應用效果。但存在工后沉降大、工期緊張等缺點?；诖?，必須根據(jù)工程實際，合理選擇軟基加固方案。

3 施工方案選擇

結(jié)合本工程實際情況，提出了兩種軟基處理方案，即預制管樁和水泥攪拌樁處理方案。軟基處理方法的具體應用情況如下：

（1）水泥攪拌樁。水泥攪拌樁施工中，采用的固化劑為水泥、石灰等材料，利用深層攪拌設備，強制攪拌軟土和固化劑，從而產(chǎn)生一系列的物理化學反應，增強地基的強度、整體性。這種施工方法的優(yōu)點如下：第一，固化劑摻入土層內(nèi)，可大幅提升原有土層的利用率;第二，于周邊建筑物來講，攪拌沉入基本不會造成影響;第三，選擇固化劑時具有很強的靈活性，可根據(jù)地質(zhì)土質(zhì)情況，合理選擇;第四，施工過程中，噪音、污染不大。其缺點為施工質(zhì)量控制難度大，深層加固效果有限等。據(jù)相關(guān)規(guī)范可知，水泥攪拌樁適宜處理深度在15 m以內(nèi)，最大處理深度為15 m。允許路堤最大填高為6 m～8 m，處理后地基承載力為140 kPa。

（2）預制管樁。預制管樁法是指預制鋼筋混凝土預應力管樁經(jīng)靜壓樁機或者動力打樁機向沉入地基，通過管樁將地面荷載傳遞給深層硬土層，與此同時，樁間土也可承擔一定荷載。樁承式加筋路堤是預制管樁的加固原理，是指利用路基填土的土拱效應，將主要荷載作用到樁上，通過對樁間距、樁帽大小等適當調(diào)整，進行單樁承載力設計，加固地基。其優(yōu)點在于施工控制簡單、技術(shù)工藝較為成熟，多在深厚軟土地基加固中應用。據(jù)相關(guān)規(guī)范可知，預制管樁適宜處理深度在6 m～30 m，最大處理深度為40 m。允許路堤最大填高為8 m～10 m，處理后地基承載力為200 kPa。

4 水泥攪拌樁試樁施工要點

基于本工程具有較高地下水位，且高壓縮性淤泥質(zhì)土為表覆土體，15 m為路基最大填筑高度，在施工中極易出現(xiàn)剪滑破壞及沉降過大現(xiàn)象。因此，加固時決定采用水泥攪拌樁法。其參數(shù)為0.5 m樁徑、1.5 m樁間距，布設按正三角，15 m為平均處理深度。為了保證施工質(zhì)量，采取P.O 42.5水泥為固化劑，按照被加固土質(zhì)12%～20%的比例摻入，并在0.45～0.50之間控制水灰比。為了檢驗水泥攪拌樁加固方案是否可行，需做試樁試驗分析。

（1）試驗分組。按照工程實際情況，水灰比控制在0.45～0.50之間，為此，本文選取4個試樁進行兩種水灰比對比分析。即0.45、0.50，水泥摻量同樣選取兩類，即14%、18%;并按照不同施工工藝進行對比分析。分組試驗情況如下：

樁號1：采取“二噴二攪”，水灰比0.50，水泥摻量14%;樁號2：采取“二噴二攪”，水灰比0.45，水泥摻量14%;樁號3：采取“0 m～7 m二噴二攪”、“7 m～15 m二噴四攪”，水灰比0.50，水泥摻量18%;樁號4：采取“0 m

～7 m二噴二攪”、“7 m～15 m二噴四攪”，水灰比0.45，水泥摻量18%。

（2）施工工藝。按照施工要求，具體流程為樁機就位—攪拌下沉—噴攪提升—正循環(huán)攪拌噴漿下沉—重復攪拌噴漿提升—移位。

（3）試驗檢測分析。成樁7d之后，查看樁頭情況，可知，4根試樁樁頭處水泥土攪拌具有均勻性，且樁徑相比設計值略大一些。成樁28d之后，再次進行載荷試驗。通過試驗可知，4根試樁的承載力特征值在115 kPa～127 kPa之間，均無法達到規(guī)定值150 kPa，表明承載力不足，無法滿足施工要求。

5 預制管樁施工要點

為了檢驗預制管樁在軟基加固中的應用效果，本文采取PHC管樁加固處理。具體參數(shù)為0.4 m管樁外徑，2.5樁間距，布設形式為正三角性，保證樁端從軟土層穿入，直至持力層。結(jié)合施工現(xiàn)場情況，選取標準長度8.0 m、10.0 m、12.0 m的樁型焊接接長組合的PHC管樁選用標準長度，以靜力壓樁法為主要壓樁方式。具體施工流程如下：

（1）清表整平。施工前，需保證施工作業(yè)面清潔、無雜物。要利用機械設備提前清理干凈地表雜物，比如樹根、草皮等，若部分軟土路段，可直接采取片石換填，隨后通過壓路機進行壓實整平。為避免管樁被水浸泡，可提前挖設臨時排水溝。

（2）樁位放樣。根據(jù)設計圖紙等要求，準確確定樁位坐標，并做好編號。樁位放出后，通過石灰進行標注。

（3）壓樁。樁機移機到施工樁位，在與管樁一端相距0.3L處綁扎鋼絲繩并進行起吊，隨后放入樁機進行壓樁施工。開啟壓樁設備后，為避免因擠壓出現(xiàn)土體隆起現(xiàn)象，應按照“中間-四周”的順序進行沉樁。

（4）接樁。接樁過程中，上一節(jié)沉樁樁頭應在地面1 m

以上，新接樁節(jié)要和原裝節(jié)軸線統(tǒng)一。焊接前期，要清理干凈接頭部分的銹蝕、泥污。此外，為加快焊接速度，可同時采取2臺焊機進行施工。當焊接完接頭后，需放置8 min進行自然冷卻。

（5）試樁檢測。按照施工現(xiàn)行規(guī)范規(guī)定，軟基加固施工中PHC管樁單樁承載力特征值需控制在750 kN以上。通過試驗檢測可知，本工程靜載荷儀加載至最大值1 500 kN，對應沉降量為2.91 mm，滿足相關(guān)規(guī)定。由此表明，在軟基加固當中PHC管樁效果顯著，可達到施工要求。

6 結(jié)束語

綜上所述，經(jīng)試驗檢測可知，水泥攪拌樁加固土體的有效深度較小，且樁基承載力不足，適用性不強。但是PHC管樁的應用，無論是單樁承載力，亦或是沉降量均可達到規(guī)范要求，由此說明，預制管樁在軟基加固中具有良好的應用效果。

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