论文部分内容阅读
摘 要： 随着社会经济的迅速发展，公路工程中广泛运用沉管灌注桩技术，可有效提高桩体承受力，减少工程结构沉降现象，更好保证工程稳定性。本文在充分了解沉管灌注桩作用原理的基础上，结合具体工程案例，对公路软基处理中沉管灌注桩施工工艺及注意事项进行了分析与探究。
关键词： 沉管灌注桩；软基处理；概况
一、沉管灌注桩的作用原理
沉管灌注桩是利用锤击打桩设备或振动沉桩设备，将带有钢筋混凝土的桩尖或带有活瓣式桩靴的钢管沉入土中，造成桩孔，然后放入钢筋骨架并浇筑混凝土，随之拔出套管，利用拔管时的振动将混凝土捣实，便形成所需要的灌注桩。它以锤击沉管灌注桩和振动沉管灌注桩最为常见。它们的施工工艺是：使用锤击式桩锤或振动式桩锤将一定直径的钢管沉入土中，造成桩孔，然后放入钢筋笼，浇筑混凝土，最后拔出钢管，便形成所需要的灌注桩。一般适用于粘性土、粉土、湿陷性黄土、淤泥、淤质泥土、稍密及松散的砂土及人工填土。具有施工操作简便、机械化程度高、速度快、工期短、造价低、适应范围广等特点，已经得到广泛应用。
二、工程概况
某公路工程全长111.6km，为双向六车道，路基宽35.0m，拟建公路路线主要分布于杭嘉湖冲湖积平原以及滨海平原地貌上，现状为大片农田，并分布较多河道与渔塘。勘察揭示，拟建公路沿线典型路基土层主要分布如下：
①层填土：色杂，结构松散，主要由粘性土组成，含植物根系，厚度0.5～1.0m。
②层亚粘土：灰黄色，软塑，饱和，高压缩性，含铁锰质氧化斑点，下部夹灰蓝色条纹，厚度1.5～2.0m。
③层淤泥质粘土：灰色，流塑，饱和，高压缩性，含有机质斑点，局部为淤泥，一般厚度在5.0～8.0m，局部路段可达15.0m以上。
④层亚粘土：褐黄—灰黄色，可塑，饱和，中压缩性，含铁锰质氧化斑点，一般厚度在4.0～6.0m，局部路段缺失，被③层淤泥质土切割。
⑤层亚粘土：灰色，软塑，饱和，中压偏高缩性，一般厚度在4.0～5.0m，局部地段缺失。
⑥层粘土：黄褐—褐黄色，硬塑，饱和，中压缩性，含铁锰质氧化结核及斑点，一般厚度在8.0～10.0m。为更好地解决公路软基问题，决定选取沉管灌注桩进行施工。
三、振动沉管灌注桩施工工艺
1、清表整平
清除原地面10～30cm厚的耕植土和杂物，场地低洼处应回填素填土，碾压整平，测量整平后的地面高程，地表过软路段应设置施工垫层，防止施工机械失稳或沉陷。
2、桩位放样
根据设计图纸放出Y型桩中心点，要求桩位中心距偏差小于2.0cm。在路基两侧外5.0m处设放两条基准线，随时校侧场地内桩位中心点位置因施工而造成的偏差。
3、桩机安装及成孔
成孔器的安装是桩机在沉桩前的最后一道关键性技术，在安装时需控制底套筒的环行空隙的密封性。调整好桩机的水平度及垂直度，桩机水平度控制在1.0%以内，垂直度控制在0.5%以内。桩机平整、稳固就位，埋好事先预制好的Y型桩预制桩尖，使成孔器的内外钢管底端分别顶住Y型预制桩尖的内外台阶支撑面，并铺纤维性布料，作为密封性材料，检验成孔器的垂直度（小于0.5%）。对中后，不能再移动机械设备，放下沉管并轻压入土体中50～100mm，振动锤激振下沉到设计标高。
4、混凝土灌注及振动拔管
在灌注桩身混凝土之前，根据本地区工程施工经验以及试打桩时的技术参数，预估充盈系数（本地区一般大于1∶15），计算投料方量，分批投料。待桩管灌满混凝土之后，先振动5～10s，再拔管，每拔0.5～1.0m停拔，振动5～10s；如此反复，至桩管全部拔出。在拔管过程中，应分段添加混凝土，每次向桩管内尽量多装混凝土，借其自重抵消桩身所受的孔隙水压力，一般保持管内混凝土面始终不低于地面或高出地下水位1.0～1.5m以上，使之有一定的扩散力。至桩顶2.0m左右时一次性拔管到地面，桩顶实际浇注面高出设计要求50cm，详细地记录灌注混凝土量，并计算混凝土的充盈系数。
由于Y型桩钢模结构改进，桩模内由于中隔板的设置，填补模孔用的模内混凝土料仓大为减小，模内混凝土必须及时跟上拔桩模速度逸出模外，才能充分填充桩模所造成的模孔，否则会影响成桩的混凝土充盈系数。解决措施为：减小骨料粒径；添加混凝土外加剂，以增加混凝土和易性，放慢拔管速度等。对于拔管速度，主要应根据土层性质、地下水等条件及工程技术要求，并参照本地区的经验数据确定，一般应控制在1.0m/min以下，其主要原则是：均匀有致，宜慢忌快，密振慢拔，边振边拔，振拔相间，只有这样方可使管内混凝土完全流出管外。对于流塑状态的淤泥质土，不宜多振，以边振边拔为宜。
5、桩头处理
在Y型桩成桩施工完毕14d后，挖出桩顶土渣，凿除泥浆层，铺筑盖板垫层。待基桩质量检测合格后，按设计要求进行盖板以及土工格栅等施工。
6、成桩质量检验
各路基处理路段Y型桩施工结束28d后，按照该段总成桩数的10%进行低应变动力试验，检测桩身完整性；按照该段总成桩数的1%（不少于3根）进行静载荷试验，检测单桩容许受压承载力，静载荷试验采用慢速维持荷载法。在低应变检测结果表明，桩身质量总体较好，未出现Ⅲ类、Ⅳ类桩，Ⅱ类桩约占检测桩数的15%～20%；单桩受压静载荷试验结果表明，单桩承载力全部满足设计要求。
四、公路软基处理中沉管灌注桩的注意事项
1、在软基段上根据设计文件和地质条件合理选择试桩的位置，并机具就位。？采用单打法进行沉桩作业，作业过程中根据沉管速度和电流变化确定地层地质变化情况。沉管至持力层标高或设计标高后，根据沉管时确定的地层地质变化情况，初步拟定拔管速度。在拔管过程中及时测定推算各种地层中混凝土的充盈系数，在不能满足要求时及时采取补救措施。
2、施工前应复核测量基线、水准基点和桩位。桩基轴线的定位点及施工地区附近所设的水准点应设置在不受桩基施工影响的地方。沉桩设备就位后必须平正、稳固，确保在施工中不发生倾斜、移动。为准确控制沉桩深度，应在机架或桩管上标志醒目的深度标记。桩身必须垂直。应在机架上相互垂直两面上分别设置两个0.5kg重的吊线锤，并划上垂直线。
3、沉管灌注桩施工中，应注意观察桩顶和地面有无隆起及水平位移情况，并应及时研究，采取措施。沉桩过程中桩突然下沉困难或不能下沉时，可能桩尖损坏或遇到地下障碍物，应及时将桩管拔出，进行研究处理后，重新插入进行施工。
4、检查成孔质量合格后应尽快灌注混凝土。在灌注过程中应用测锤测定混凝土的灌注高度，以检查灌注质量。灌注充盈系数不得小于1。加强施工管理，密切注意桩身混凝土有无发生缩颈及断桩等现象，若有发现应立即采取反插法或复打法及时处理。
五、结束语
综上所述，软土地基条件下，选用沉管灌注樁桩型处理地基，可以提高地基承载力，施工中只要选择好施工工艺，采用沉管灌注桩设计方案，施工是可行的，相对比较经济合理，施工速度较快，能满足桩基数量大的要求。
参考文献
[1] 徐立新，杨少华，段冰.高速公路Y形沉管灌注桩软基处理试验研究[J]. 岩土工程学报. 2007（01）.
[2] 刘晓华，刘京红，王印.沉管灌注桩施工中的质量问题及处理措施[J]. 水科学与工程技术. 2009（03）.
[3] 高友武.大口径沉管灌注桩遇复杂地质条件的处理方法[J]. 山西建筑. 2010（02）.
关键词： 沉管灌注桩；软基处理；概况
一、沉管灌注桩的作用原理
沉管灌注桩是利用锤击打桩设备或振动沉桩设备，将带有钢筋混凝土的桩尖或带有活瓣式桩靴的钢管沉入土中，造成桩孔，然后放入钢筋骨架并浇筑混凝土，随之拔出套管，利用拔管时的振动将混凝土捣实，便形成所需要的灌注桩。它以锤击沉管灌注桩和振动沉管灌注桩最为常见。它们的施工工艺是：使用锤击式桩锤或振动式桩锤将一定直径的钢管沉入土中，造成桩孔，然后放入钢筋笼，浇筑混凝土，最后拔出钢管，便形成所需要的灌注桩。一般适用于粘性土、粉土、湿陷性黄土、淤泥、淤质泥土、稍密及松散的砂土及人工填土。具有施工操作简便、机械化程度高、速度快、工期短、造价低、适应范围广等特点，已经得到广泛应用。
二、工程概况
某公路工程全长111.6km，为双向六车道，路基宽35.0m，拟建公路路线主要分布于杭嘉湖冲湖积平原以及滨海平原地貌上，现状为大片农田，并分布较多河道与渔塘。勘察揭示，拟建公路沿线典型路基土层主要分布如下：
①层填土：色杂，结构松散，主要由粘性土组成，含植物根系，厚度0.5～1.0m。
②层亚粘土：灰黄色，软塑，饱和，高压缩性，含铁锰质氧化斑点，下部夹灰蓝色条纹，厚度1.5～2.0m。
③层淤泥质粘土：灰色，流塑，饱和，高压缩性，含有机质斑点，局部为淤泥，一般厚度在5.0～8.0m，局部路段可达15.0m以上。
④层亚粘土：褐黄—灰黄色，可塑，饱和，中压缩性，含铁锰质氧化斑点，一般厚度在4.0～6.0m，局部路段缺失，被③层淤泥质土切割。
⑤层亚粘土：灰色，软塑，饱和，中压偏高缩性，一般厚度在4.0～5.0m，局部地段缺失。
⑥层粘土：黄褐—褐黄色，硬塑，饱和，中压缩性，含铁锰质氧化结核及斑点，一般厚度在8.0～10.0m。为更好地解决公路软基问题，决定选取沉管灌注桩进行施工。
三、振动沉管灌注桩施工工艺
1、清表整平
清除原地面10～30cm厚的耕植土和杂物，场地低洼处应回填素填土，碾压整平，测量整平后的地面高程，地表过软路段应设置施工垫层，防止施工机械失稳或沉陷。
2、桩位放样
根据设计图纸放出Y型桩中心点，要求桩位中心距偏差小于2.0cm。在路基两侧外5.0m处设放两条基准线，随时校侧场地内桩位中心点位置因施工而造成的偏差。
3、桩机安装及成孔
成孔器的安装是桩机在沉桩前的最后一道关键性技术，在安装时需控制底套筒的环行空隙的密封性。调整好桩机的水平度及垂直度，桩机水平度控制在1.0%以内，垂直度控制在0.5%以内。桩机平整、稳固就位，埋好事先预制好的Y型桩预制桩尖，使成孔器的内外钢管底端分别顶住Y型预制桩尖的内外台阶支撑面，并铺纤维性布料，作为密封性材料，检验成孔器的垂直度（小于0.5%）。对中后，不能再移动机械设备，放下沉管并轻压入土体中50～100mm，振动锤激振下沉到设计标高。
4、混凝土灌注及振动拔管
在灌注桩身混凝土之前，根据本地区工程施工经验以及试打桩时的技术参数，预估充盈系数（本地区一般大于1∶15），计算投料方量，分批投料。待桩管灌满混凝土之后，先振动5～10s，再拔管，每拔0.5～1.0m停拔，振动5～10s；如此反复，至桩管全部拔出。在拔管过程中，应分段添加混凝土，每次向桩管内尽量多装混凝土，借其自重抵消桩身所受的孔隙水压力，一般保持管内混凝土面始终不低于地面或高出地下水位1.0～1.5m以上，使之有一定的扩散力。至桩顶2.0m左右时一次性拔管到地面，桩顶实际浇注面高出设计要求50cm，详细地记录灌注混凝土量，并计算混凝土的充盈系数。
由于Y型桩钢模结构改进，桩模内由于中隔板的设置，填补模孔用的模内混凝土料仓大为减小，模内混凝土必须及时跟上拔桩模速度逸出模外，才能充分填充桩模所造成的模孔，否则会影响成桩的混凝土充盈系数。解决措施为：减小骨料粒径；添加混凝土外加剂，以增加混凝土和易性，放慢拔管速度等。对于拔管速度，主要应根据土层性质、地下水等条件及工程技术要求，并参照本地区的经验数据确定，一般应控制在1.0m/min以下，其主要原则是：均匀有致，宜慢忌快，密振慢拔，边振边拔，振拔相间，只有这样方可使管内混凝土完全流出管外。对于流塑状态的淤泥质土，不宜多振，以边振边拔为宜。
5、桩头处理
在Y型桩成桩施工完毕14d后，挖出桩顶土渣，凿除泥浆层，铺筑盖板垫层。待基桩质量检测合格后，按设计要求进行盖板以及土工格栅等施工。
6、成桩质量检验
各路基处理路段Y型桩施工结束28d后，按照该段总成桩数的10%进行低应变动力试验，检测桩身完整性；按照该段总成桩数的1%（不少于3根）进行静载荷试验，检测单桩容许受压承载力，静载荷试验采用慢速维持荷载法。在低应变检测结果表明，桩身质量总体较好，未出现Ⅲ类、Ⅳ类桩，Ⅱ类桩约占检测桩数的15%～20%；单桩受压静载荷试验结果表明，单桩承载力全部满足设计要求。
四、公路软基处理中沉管灌注桩的注意事项
1、在软基段上根据设计文件和地质条件合理选择试桩的位置，并机具就位。？采用单打法进行沉桩作业，作业过程中根据沉管速度和电流变化确定地层地质变化情况。沉管至持力层标高或设计标高后，根据沉管时确定的地层地质变化情况，初步拟定拔管速度。在拔管过程中及时测定推算各种地层中混凝土的充盈系数，在不能满足要求时及时采取补救措施。
2、施工前应复核测量基线、水准基点和桩位。桩基轴线的定位点及施工地区附近所设的水准点应设置在不受桩基施工影响的地方。沉桩设备就位后必须平正、稳固，确保在施工中不发生倾斜、移动。为准确控制沉桩深度，应在机架或桩管上标志醒目的深度标记。桩身必须垂直。应在机架上相互垂直两面上分别设置两个0.5kg重的吊线锤，并划上垂直线。
3、沉管灌注桩施工中，应注意观察桩顶和地面有无隆起及水平位移情况，并应及时研究，采取措施。沉桩过程中桩突然下沉困难或不能下沉时，可能桩尖损坏或遇到地下障碍物，应及时将桩管拔出，进行研究处理后，重新插入进行施工。
4、检查成孔质量合格后应尽快灌注混凝土。在灌注过程中应用测锤测定混凝土的灌注高度，以检查灌注质量。灌注充盈系数不得小于1。加强施工管理，密切注意桩身混凝土有无发生缩颈及断桩等现象，若有发现应立即采取反插法或复打法及时处理。
五、结束语
综上所述，软土地基条件下，选用沉管灌注樁桩型处理地基，可以提高地基承载力，施工中只要选择好施工工艺，采用沉管灌注桩设计方案，施工是可行的，相对比较经济合理，施工速度较快，能满足桩基数量大的要求。
参考文献
[1] 徐立新，杨少华，段冰.高速公路Y形沉管灌注桩软基处理试验研究[J]. 岩土工程学报. 2007（01）.
[2] 刘晓华，刘京红，王印.沉管灌注桩施工中的质量问题及处理措施[J]. 水科学与工程技术. 2009（03）.
[3] 高友武.大口径沉管灌注桩遇复杂地质条件的处理方法[J]. 山西建筑. 2010（02）.