廢舊輪胎樁靴現(xiàn)澆薄壁管樁施工技術(shù)及其工程應(yīng)用

周劍偉,袁航新,朱曉艷

(1.浙江省交通工程建設(shè)集團有限公司,杭州 310051;2.浙江大宇交通工程有限公司,浙江 紹興 312000)

0 引 言

橋頭跳車是公路工程建設(shè)中常見的質(zhì)量缺陷,被稱為浙江省公路質(zhì)量的三大通病之一。常見的防治措施包括地基處理、路堤處理和路面處理等多種。近年來,一種具有自主知識產(chǎn)權(quán)的薄壁管樁軟土地基處理技術(shù)被引入地基和路堤處理,在防治橋頭跳車方面取得了良好的效果。按照專利資料介紹,最早薄壁管樁采用的樁靴為鋼筋混凝土預(yù)制樁靴。該種樁靴在實際應(yīng)用中存在成本較高,需要預(yù)先安排場地預(yù)制影響工期,另外在施工過程中遇到地質(zhì)條件變化較大容易出現(xiàn)樁靴偏位甚至破裂等問題。

廢舊輪胎被稱為黑色污染。據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計,我國輪胎年產(chǎn)量超過1.5億條,居世界第三位,每年產(chǎn)生的廢舊輪胎超過1億條,并以每年兩位數(shù)的速度增長。如何合理處理廢舊輪胎,減輕 “黑色污染”,是全社會需要考慮的重要問題。

在上海某高速公路橋頭軟土地基施工中,進(jìn)行了廢舊輪胎替代預(yù)制鋼筋混凝土樁靴進(jìn)行薄壁管樁施工,取得了良好的技術(shù)、經(jīng)濟和環(huán)境效益,現(xiàn)介紹如下,供相關(guān)技術(shù)人員參考。

1 施工技術(shù)

1.1 工藝流程

廢舊輪胎樁靴薄壁管樁施工工藝流程見圖1。

圖1 施工工藝流程

1.2 工藝原理及操作要點

1.2.1 場地平整

施工前進(jìn)行測量放樣,對場地進(jìn)行整平,排水通暢,坡度符合路拱坡度。要求土基壓實度大于93%,如不滿足要求,鋪設(shè)宕渣或摻加石灰進(jìn)行處理;如遇填浜處,先按填浜處理方法填至原地面,再施打樁,打樁范圍可不鋪設(shè)土工格柵;遇設(shè)涵管處,先清淤填砂,素土填浜,后打樁,樁頂在涵管基礎(chǔ)下50cm。

1.2.2 沉樁施工

(1)采用高頻打樁錘,錘的選擇將根據(jù)工程實際地質(zhì)條件、樁的直徑、結(jié)構(gòu)、樁布置的密集程度及施工條件選用。

(2)管樁的直徑及厚度不得小于設(shè)計值。施工時,主機機身保證處于水平狀態(tài),導(dǎo)向架的垂直度不得超過1%。

(3)沉管時若遇到地下障礙物時,及時將樁管拔出,待處理后方可繼續(xù)施工。

(4)嚴(yán)格控制最后30s的電流、電壓值,其值按設(shè)計要求或根據(jù)試樁和當(dāng)?shù)亟?jīng)驗確定。

(5)沉腔樁靴采用廢棄汽車橡膠輪胎。

(6)沉腔內(nèi)灌滿混凝土后,先振動5～10 s,再開始拔管,邊振動邊拔,每拔0.5～1.0 m停拔振動5～10 s;如此反復(fù),至管樁全部拔出。在一般土層內(nèi),拔管速度宜為1.2～1.5 m/min。

(7)樁頂標(biāo)高以平整后原斷面標(biāo)高為準(zhǔn),樁施打完成后,樁間土整理至地平整平標(biāo)高。

(8)經(jīng)監(jiān)理檢驗合格后,進(jìn)入下一道工序。

1.2.3 混凝土澆筑

(1)沉腔達(dá)到設(shè)計深度后,檢查腔體內(nèi)是否進(jìn)泥、進(jìn)水,符合要求后立即灌注混凝土。

(2)混凝土連續(xù)澆筑,嚴(yán)禁有夾層和斷樁,澆筑后的樁頂標(biāo)高高出設(shè)計標(biāo)高至少20 cm,澆筑后注意保護(hù)樁頭,不得在樁頭上行走。

(3)管樁的實際澆筑混凝土量不得小于理論計算體積。

(4)混凝土的粗骨料直徑:卵石不宜大于50 mm,碎石不宜大于40 mm;坍落度宜為80～150 mm。

(5)澆筑時,混凝土的溫度不得低于0℃,當(dāng)氣溫低于0℃,采取保溫措施。在樁頂混凝土未達(dá)到設(shè)計強度50%以前不得受凍。當(dāng)氣溫高于30℃時,根據(jù)具體情況對混凝土采取緩凝措施。具體施工可見圖2和圖3。

圖2 成孔器示意圖

圖3 成樁過程示意圖

1.2.4 樁頭處理及其他工序

(1)澆筑后的樁頂應(yīng)高出設(shè)計標(biāo)高至少50 cm,達(dá)到齡期后,鑿除浮漿層。

(2)樁基 (含樁帽)施工完成后,清理、整平原宕渣面,必要時進(jìn)行補充填筑,壓實后鋪設(shè)土工格柵。

2 工程應(yīng)用

項目位于上海的某處,起點樁號K4+300,終點樁號K9+650,全長5 350 m,工程穿越松江區(qū)和青浦區(qū),其中道路工程長3 944 m,橋頭軟土地基處理段總長度800 m,共設(shè)計薄壁管樁29372延米。

(1)地質(zhì)條件

根據(jù)地質(zhì)資料,道路沿線在勘探深度范圍內(nèi)土層分布復(fù)雜,自上而下可分為8層、15個亞層,其中①層為近代人工堆填土,②～⑤層為第四紀(jì)全新世Q4沉積層,⑥層～⑧層為第四紀(jì)上更新世Q3沉積層。該層分布厚度8～15 m,均勻性差,以流塑狀為主,物理力學(xué)性質(zhì)較差。

(2)傳統(tǒng)樁靴存在的問題

樁靴的作用為切土與止水?；畎陿堆タ梢灾貜?fù)利用多次,比較經(jīng)濟。按設(shè)計要求,本項目試樁階段采用活瓣樁靴進(jìn)行薄壁管樁施工。由于施工區(qū)域海相沉積土粘性比較強。成孔器打設(shè)到預(yù)定位置,灌注混凝土后,由于粘性土的包裹作用,活瓣樁靴無法打開導(dǎo)致混凝土無法正常灌注。在與業(yè)主、設(shè)計院、監(jiān)理多次討論后,變更為混凝土預(yù)制樁靴,施工效果明顯改善。但由于地下水位較高,鋼筋混凝土樁靴密封性較差的問題暴露無遺。

(3)利用廢舊輪胎做樁靴解決問題

在當(dāng)時地質(zhì)情況下,活瓣樁靴由于粘性土包裹無法打開導(dǎo)致混凝土無法正常灌注,改用混凝土預(yù)制樁靴后,又因為地下水位較高,容易進(jìn)水,無法保證成樁質(zhì)量。因此,必須尋找一種既有一定密封性,又有一定強度的樁靴來做替代,經(jīng)過多方比較,并再次通過專家們討論決定,采用廢舊輪胎代替混凝土預(yù)制樁靴。從試樁過程看,新工藝從根本上克服了筒腔進(jìn)水與進(jìn)泥土的問題,試樁取得成功。

(4)薄壁管樁施工

設(shè)計薄壁管樁直徑1 m,壁厚12 cm,根據(jù)試樁經(jīng)驗,采用直徑為1.05 m的廢舊輪胎分割成兩半作為樁靴 (圖4)。不同的管樁直徑,可以選擇不同規(guī)格尺寸的廢舊輪胎。由于當(dāng)前汽車保有量和物流運輸量的不斷攀升,廢舊輪胎數(shù)量也急驟增加,利用廢舊輪胎作為樁靴,既節(jié)約了混凝土預(yù)制樁靴,又變廢為寶,解決了廢舊輪胎的 “黑色污染”問題,獲得了良好的經(jīng)濟和社會效益。

圖4 廢舊輪胎樁靴

施工機械主要參數(shù)見表1。沉樁施工開始,利用機械本身的重量,進(jìn)行靜壓沉樁,沉樁5～7 m左右,開動振動錘,振動沉樁,沉樁時間由于樁長不同而不同,15 m長的樁一般控制在20 min左右。沉腔內(nèi)灌滿混凝土后,先振動5～10 s,再開始拔管,邊振邊拔,每拔0.5～1.0m停拔振動5～10 s;如此反復(fù),至成孔器全部拔出。在一般土層內(nèi),拔管速度宜為1.2～1.5 m/min。

沉樁完成、灌注混凝土之前,采用測繩加干凈的鐵塊探頭進(jìn)行薄壁筒腔內(nèi)的水、泥土檢測。將鐵塊探頭通過測繩放置筒腔內(nèi),直到底部,并上下拉幾次,再將鐵塊拿出,查看鐵塊上是否有泥土,或者變濕的現(xiàn)象,即可了解底部有無進(jìn)水或者泥土。施工中,由于廢舊橡膠輪胎與沉管貼合較好,少有進(jìn)水及泥土現(xiàn)象發(fā)生。

表1 DJ120KS-1000-16型振動打樁機振動錘技術(shù)參數(shù)表

(5)成樁質(zhì)量檢測

施工完成后,按JTG/T81-01-2004《公路工程基樁動測技術(shù)規(guī)程》要求進(jìn)行成樁質(zhì)量的小應(yīng)變檢測和高應(yīng)變檢測。檢測結(jié)果表明,樁身完整性良好(Ⅰ類樁),極限承載力1 024 kN,滿足設(shè)計要求。

為了進(jìn)一步驗證樁身質(zhì)量,對典型樁進(jìn)行了開挖(圖5)。開挖情況表明,樁體內(nèi)、外壁表面光滑,壁厚檢測在15～18 cm之間,符合設(shè)計的要求,總體呈波狀起伏,未發(fā)現(xiàn)薄壁坍落、嚴(yán)重縮頸等不良現(xiàn)象。少量樁也存在樁頭淺部存在壁厚均勻度差、局部凹陷或扭曲,原因為成孔器拔出后,無導(dǎo)向器、輕微晃動或筒體內(nèi)排土塌落所致。

圖5 樁開挖后的照片

3 結(jié) 語

(1)針對實際項目,根據(jù)特殊的地質(zhì)條件,對薄壁管樁施工工藝特別是樁靴進(jìn)行了改進(jìn),廢舊輪胎樁靴與活瓣樁靴相比,可以防止活瓣樁靴被粘土包裹無法打開的問題出現(xiàn),與鋼筋混凝土預(yù)制樁靴相比,可以防止地下水滲漏和自身被震裂破碎的問題出現(xiàn)。因此,用廢舊輪胎替代活瓣樁靴和鋼筋混凝土預(yù)制樁靴,在工程實際應(yīng)用中取得了良好的技術(shù)、經(jīng)濟和環(huán)境效益,為處理廢舊輪胎黑色污染提供了一條新途徑。

(2)通過工程計算分析,混凝土的充盈系數(shù)較大,需要在進(jìn)一步試驗研究的基礎(chǔ)上,建立輪胎直徑、筒樁直徑與成樁直徑之間的經(jīng)驗關(guān)系,為設(shè)計提供依據(jù)。

[1]JTJ 017-96,公路軟土地基路堤設(shè)計與施工技術(shù)規(guī)范[S].

[2]DB33/1044-2007,大直徑現(xiàn)澆混凝土薄壁筒樁技術(shù)規(guī)程[S].

[3]費康,劉漢龍,周云東,等.現(xiàn)澆混凝土薄壁管樁單樁性狀簡化分析[J].河海大學(xué)學(xué)報:自然科學(xué)版,2004,32(1):59-62.