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(tuán)有限公司，北京 100048）

0 引言

國(guó)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(duì)較少。該文研究基于江門市蓬江區(qū)道路工程PPP項(xiàng)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(jìn)行地基加固處理，分析PHC管樁施打技術(shù)要點(diǎn)、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(diǎn)、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(diǎn)，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(zhǎng)3340m，等級(jí)為城市次干路，設(shè)計(jì)時(shí)速30km/h，標(biāo)準(zhǔn)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(duì)土體進(jìn)行改良加固。

2 PHC預(yù)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(diǎn)，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(duì)地基進(jìn)行管樁施工，其具體施工工藝流程為測(cè)放樁位→樁機(jī)就位→穩(wěn)樁→管樁施打→接樁→繼續(xù)施打→樁機(jī)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(diǎn)，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(yàn)

在正式開工前，先做試驗(yàn)樁施工。試樁施工控制要求與正式施工相同，通過對(duì)試樁試驗(yàn)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(jìn)行計(jì)算，得到管樁施打參數(shù)及施工經(jīng)驗(yàn)，作為正式施工的重要依據(jù)。

樁基施打完成時(shí)間≥28d，在靜載樁基周圍樁基的施打完成時(shí)間≥14d后才可以進(jìn)行靜載檢測(cè)。采用分級(jí)等量加載的方式對(duì)6根試樁進(jìn)行加載以檢測(cè)其承載能力。靜載試驗(yàn)按“慢速維持荷載法”進(jìn)行，且每級(jí)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(jí)靜載加載完成后1h內(nèi)，按照每間隔15min測(cè)量記錄一次樁頂沉降。

卸載應(yīng)逐級(jí)等量進(jìn)行，每級(jí)荷載卸載完成1h內(nèi)，按照每間隔20min測(cè)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(cè)量記錄一次樁頂殘余沉降量。試驗(yàn)樁靜載試驗(yàn)分析結(jié)果見表1。

表1 靜載試驗(yàn)結(jié)果

通過對(duì)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(shí)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(duì)管樁最大沉降量及殘余沉降量的分析計(jì)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(cè)放

根據(jù)區(qū)域內(nèi)樁位布置情況測(cè)放出區(qū)域角點(diǎn)位置處樁位，并用方格網(wǎng)法準(zhǔn)確定位出施打區(qū)域內(nèi)各管樁施打點(diǎn)位，并進(jìn)行標(biāo)記，樁位中心偏差控制在20mm以內(nèi)。樁機(jī)就位后，對(duì)管樁點(diǎn)位進(jìn)行復(fù)核，保證施打點(diǎn)位正確。

2.4 管樁施打質(zhì)量控制

PHC管樁采用柴油錘樁機(jī)進(jìn)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(jìn)行施打。并根據(jù)樁底標(biāo)高不同，先深后淺插打；根據(jù)樁的樁徑和樁長(zhǎng)，按照“大樁徑、長(zhǎng)樁長(zhǎng)優(yōu)先”的原則進(jìn)行施打；如遇管樁施工地臨近建筑物，考慮插打地點(diǎn)距離建筑物的遠(yuǎn)近程度，先施打近距離處管樁后施打遠(yuǎn)距離處管樁?？刂埔笠姳?。

表2 管樁施打控制標(biāo)準(zhǔn)

施打過程中避免樁機(jī)因二次移動(dòng)造成管樁豎向受力變化而導(dǎo)致樁體傾斜的情況，施打過程連續(xù)進(jìn)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(duì)管樁進(jìn)行調(diào)直糾偏。禁止施加側(cè)向沖擊力對(duì)管樁進(jìn)行糾偏，避免對(duì)樁體造成損壞。

須接長(zhǎng)的前節(jié)管樁應(yīng)保證有長(zhǎng)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(zhǎng)。在需要接長(zhǎng)的管樁樁頭設(shè)置定位導(dǎo)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(cuò)位偏差≤2mm。

管樁拼接面采用圓周坡口槽焊進(jìn)行拼裝焊接，按照二級(jí)焊接標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格把控焊縫質(zhì)量，焊接強(qiáng)度不應(yīng)低于樁身強(qiáng)度。對(duì)焊接好的接頭進(jìn)行自然冷卻處理，接頭自然冷卻時(shí)間≥4min，沒有完全冷卻前不能進(jìn)行下一步施工。

插打管樁最終以插打到設(shè)計(jì)持力層，或者貫入度達(dá)到要求為評(píng)判依據(jù)。貫入度的計(jì)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(fù)系數(shù)，取=0.2。

2.5 成樁質(zhì)量檢測(cè)

對(duì)管樁施打完成的管樁進(jìn)行回彈檢測(cè)其樁身強(qiáng)度，對(duì)檢測(cè)強(qiáng)度不小于設(shè)計(jì)強(qiáng)度70%且≥15MPa的管樁采用低應(yīng)變檢測(cè)的方式來檢測(cè)樁基的樁身完整性，抽檢數(shù)量不少于10根。

低應(yīng)變檢測(cè)法檢測(cè)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(diǎn)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(shí)間。

檢測(cè)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(huì)產(chǎn)生反射信號(hào)，并傳回樁頂，對(duì)反射信號(hào)波形進(jìn)行分析，從而判定樁身的完整性是否達(dá)標(biāo)。根據(jù)反射信號(hào)得出樁基在樁頂處有細(xì)微反射信號(hào)波動(dòng)，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(hào)波動(dòng)，樁身其他位置無明顯波動(dòng)，表明樁身整體完整性與實(shí)際情況相符，無明顯異常，圖3為低應(yīng)變基樁完整性檢測(cè)圖。

圖3 低應(yīng)變基樁完整性檢測(cè)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(cè)質(zhì)量達(dá)標(biāo)后才可以進(jìn)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(jī)鉆頭，并隨攪拌頭下鉆泵送至地基中，使土體與水泥漿強(qiáng)制拌合，達(dá)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(gè)循環(huán)，深層攪拌機(jī)下鉆攪拌噴漿后進(jìn)行提升攪拌噴漿為一個(gè)循環(huán)，循環(huán)內(nèi)下鉆和提升攪拌反向進(jìn)行，連續(xù)噴漿，經(jīng)過兩個(gè)循環(huán)的噴漿攪拌達(dá)到“四噴四攪”的效果。

3.2 試樁試驗(yàn)

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

表3 試樁施工參數(shù)

通過對(duì)不同水灰比下攪拌機(jī)各項(xiàng)施工參數(shù)的對(duì)比，最終按照鉆進(jìn)速度1.2m/min，提升速度0.9m/min，攪拌速度60r/min并保證噴漿時(shí)管道壓力維持在0.4MPa左右的施工參數(shù)進(jìn)行攪拌施工。試樁應(yīng)在成樁14天后進(jìn)行取芯來檢測(cè)樁身的強(qiáng)度，檢驗(yàn)在試樁所采取的標(biāo)準(zhǔn)下，攪拌均勻程度和強(qiáng)度能否滿足施工要求。

3.3 水泥漿液配置

按照設(shè)計(jì)配合比配置攪拌樁所需用的水泥漿，并對(duì)漿體進(jìn)行≥3min的充分?jǐn)嚢瑁節(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(chǔ)漿，保證噴漿攪拌過程中不會(huì)由于集料斗漿液不足而造成供料不及時(shí)的情況，保證料斗中有一定的余量。另外，要避免由于漿液儲(chǔ)存過多而導(dǎo)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(jì)和現(xiàn)場(chǎng)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(jìn)行計(jì)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(jì)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(jìn)行測(cè)量，對(duì)水泥攪拌樁施工位置進(jìn)行定位，在管樁間隔區(qū)域進(jìn)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(diǎn)見表4。

表4 攪拌樁施工控制標(biāo)準(zhǔn)

在確保攪拌機(jī)鉆桿垂直以及漿液能夠正常噴出后，才可以啟動(dòng)攪拌機(jī)進(jìn)行下鉆，避免出現(xiàn)“空鉆不出漿”導(dǎo)致攪拌加固質(zhì)量不佳的情況。確保攪拌頭鉆動(dòng)和下鉆進(jìn)尺勻速進(jìn)行，使水泥漿體在土體中充分?jǐn)嚢杞Y(jié)合。攪拌下鉆噴漿至設(shè)計(jì)樁底標(biāo)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(fù)攪至設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)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(shí)，攪拌頭應(yīng)提升至設(shè)計(jì)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(dá)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(yù)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(jìn)一步提升了單一處理方式對(duì)軟土地基的加固處理效果。這種復(fù)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(fù)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(fù)合地基處理施工工藝及重難點(diǎn)工序的控制措施，對(duì)同類型工程中的地基加固處理施工具有一定的指導(dǎo)作用。