薄壁筒樁技術(shù)在軟基處理中的應用及試驗研究

齊辛偉 方海珊 李 輝

1 概述

浙江某高速公路是國家重點公路建設規(guī)劃的一條縱向公路——黑龍江嘉蔭—福建南平支線(南通—嘉興)的重要組成部分，也是浙江省交通建設規(guī)劃“十八連”之一連。公路全長111.495 km，其中嘉興段主線全長102 km，其中橋長30.5 km，占全線29.9%，軟土地基處理占74.6 km，占全線 73.1%。軟土孔隙比1.047～1.210，壓縮系數(shù)0.53 MPa-1～0.87 MPa-1，各合同段一般均有20 m～25 m的深厚軟土，其中 11，14，15合同段最深厚處可達34 m～47 m。設計采用了塑料排水板、水泥攪拌樁、預應力管樁等7種地基處理方法，根據(jù)橋頭、箱頭或一般路段，分別采用欠、等、超載預壓處理，其中采用筒樁+土工格柵處理軟土層深度較厚并且填土較高的橋頭、涵洞、通道等路段。

我國目前的主導樁型有鉆孔灌注樁、振動灌注樁、人工挖孔樁、預應力管樁、預制方樁以及用于軟基處理的各種柔性、半柔性樁(如水泥攪拌樁與粉噴樁、砂石樁或碎石樁)。

2 薄壁筒樁施工工藝原理及流程

預制環(huán)形樁靴，樁靴上部凸出，下部呈環(huán)錐狀;施工時把環(huán)形樁靴套入內(nèi)外套管之間，內(nèi)外套管的下端面與樁靴上部環(huán)形凸面的內(nèi)外側(cè)相接觸;套管上部與壓蓋相連，內(nèi)套管上部錐管穿過壓蓋，插入施力壓頭與出泥孔導通;將樁靴尖頭壓入土層;接著振動下沉，在成筒形孔的同時亦同步自動排出軟土;放入鋼筋籠，灌注混凝土，最后拉出內(nèi)外套管即成筒狀樁基。其施工流程如圖1所示。為了選擇樁型，在樁基工程論證中，根據(jù)勘測部門提供的初勘資料，以同一鉆孔進行單樁承載力分析比較，現(xiàn)以薄壁筒樁承載力為基礎，計算各樁混凝土量進行造價分析，對現(xiàn)澆薄壁筒樁與目前我國使用頻率較高的4種傳統(tǒng)樁型——振動灌注樁、鉆孔灌注樁、預制方樁、預應力管樁作出技術(shù)和經(jīng)濟指標的初步對比(見表1)。從表1可知，對比中選用的現(xiàn)澆薄壁筒樁的外徑1 000 mm，內(nèi)徑880 mm，筒樁壁厚0.12 m，縱然如此，它亦較4種對比樁型造價低。此外，還應指出，所做的樁基礎對比并未考慮現(xiàn)澆薄壁筒樁的內(nèi)側(cè)摩阻力及樁靴的樁底反力。因此，現(xiàn)澆薄壁筒樁實際的單樁承載力明顯超過2 990 kN。

表1 樁基礎方案比較

3 試驗概況

選取K8+662～K8+715路橋過渡段筒樁處理軟基試驗段數(shù)據(jù)進行分析，場地地處沖湖積平原，地形平坦。采用筒樁對其橋臺過渡段進行變剛度地基處理，設計筒樁均為外徑1 000 mm，壁厚120 mm，混凝土為C25，試樁S1的樁長為20 m;S2的樁長為25 m。試驗段共選取5根單樁和一組四樁復合地基豎向靜載荷試驗。同時，選取樁長18 m，分三種情況進行試驗。其中，試樁A19-1被挖去土心7 m，試樁A19-2的土心 18 m全部挖去，以便進行對比試驗。

3.1 單樁豎向靜載試驗

試驗采用慢速加載法，試樁結(jié)果見圖2及表2。從圖2試樁曲線可見:試樁曲線平緩光滑，無明顯的拐點，說明筒樁在力學性質(zhì)較差的土層中亦能表現(xiàn)出良好的受力特性。

由表2可見S1和S2的樁型均表現(xiàn)出良好的承載性能，樁長25 m筒樁的極限承載力1 200 kN，樁長20 m的筒樁極限承載力已達900 kN。這說明:樁周土力學特性較差時，樁長對樁豎向承載力的影響不很明顯;而當樁周土力學性質(zhì)較好，適當加長筒樁長度可獲得較大的承載力。測試表明:空心樁的單樁承載力值比實體樁要低，約低20%～30%。由此可證明，內(nèi)側(cè)摩阻力確實存在，提高量值一般在20%～30%。

表2 樁基礎方案比較

3.2 復合地基試驗

四樁復合地基試驗，樁長均為18 m，樁間距2.5 m，以粉質(zhì)黏土為持力層，主要是通過承臺試驗了解群樁效應對承載力的影響和樁土應力分擔比，并在樁頂土體不同位置埋設了土壓力計，測試結(jié)果見圖3，圖4。結(jié)果表明，在試驗加荷結(jié)束時仍無明顯拐點出現(xiàn)，說明群樁仍未破壞。

由圖4可看出，樁間土中心點處平均應力與樁側(cè)平均應力大致相同且分擔的應力較小，隨荷載的增加變化不明顯，但樁土應力比隨著荷載的增大而增大，荷載越高，應力比增大的也相對較快，對于沉降到9.57 mm時，承載力主要由筒樁承擔，約占總承載力的70%～80%。同時可看出，由于群樁效應，承載力衰減百分量小于10%，這是因為到5 000 kN時，群樁荷載仍未達到極限，由單樁豎向承載試驗可知，四根樁最大荷載5 600 kN，故可以分析樁間距2.5 m時，筒樁承載力富余量大，樁間土壓縮變形小，群樁效應不是特別明顯。

4 結(jié)語

1)現(xiàn)澆薄壁筒樁作為一種新型樁基技術(shù)，具有成樁快速、工藝簡單、成本低、承載力高、質(zhì)量易于控制、污染少等特點。2)在與振動灌注樁、鉆孔灌注樁、預制方樁、預應力管樁對比分析的過程中可以看到，薄壁筒樁應用前景非常廣闊，經(jīng)濟效益極其可觀。3)在與目前國內(nèi)廣泛使用的鉆孔灌注樁進行承載力及經(jīng)濟技術(shù)分析發(fā)現(xiàn)，在相同條件下，薄壁筒樁不僅造價低廉，而且承載力也在鉆孔灌注樁之上，具有良好的優(yōu)良性能。4)試驗表明，筒樁豎向承載力高且總沉降量小，在土質(zhì)較差的情況下主要以摩擦樁為主。筒樁為剛性樁，混凝土環(huán)體與內(nèi)外土體共同構(gòu)成復合地基，極大地提高了地基的承載力，地基受力以筒樁為主，約占總承載力的70%～85%，沉降以樁間土為主，而且混凝土樁體壁為一較好的排水通道，有利于樁間土的排水固結(jié)，提高地基的強度和穩(wěn)定性。

[1] JGJ 94-94，建筑樁基技術(shù)規(guī)范[S].

[2] 曾國熙，盧肇鈞，蔣國澄.地基處理手冊[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社，1988.

[3] 黃宏偉.微型預制樁單樁承載力時效現(xiàn)場試驗分析[J].巖石力學與工程學報，2000，19(5):666-669.

[4] 張曉青.淺談幾種軟土地基處理的方法[J].山西建筑，2009，35(6):153-154.