□文/劉炤偉 陳 星 訾建峰

□陳 星、訾建峰/天津市市政公路工程質(zhì)量監(jiān)督站。

現(xiàn)澆混凝土薄壁管樁施工試驗(yàn)研究

□文/劉炤偉 陳 星 訾建峰

文章以實(shí)際工程為例，考慮天津地區(qū)軟土特性及工程特點(diǎn)對(duì)現(xiàn)澆混凝土薄壁管樁施工工法相關(guān)問(wèn)題進(jìn)行研究。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，研究了混凝土坍落度、拔管速度對(duì)管樁施工質(zhì)量的影響，得出了相關(guān)結(jié)論并對(duì)管樁進(jìn)行了小應(yīng)變動(dòng)力測(cè)試，研究了小應(yīng)變檢測(cè)在現(xiàn)澆混凝土薄壁管樁中的應(yīng)用。

軟土地基；現(xiàn)澆混凝土；薄壁管樁

樁基應(yīng)用于軟土地基加固中，施工速度快、工期短，加固處理深度較其他方法更深，適宜各種軟土地質(zhì)條件，可明顯增加路基的穩(wěn)定性，減少地基的沉降，但是傳統(tǒng)樁基加固軟土地基的方法造價(jià)較高?，F(xiàn)澆混凝土薄壁管樁是復(fù)合地基的一種新技術(shù)，其樁徑、樁距大，混凝土用量省，可處理深層軟土，具有施工實(shí)用性強(qiáng)、施工質(zhì)量控制方便、樁基檢測(cè)方便、加固效果好且經(jīng)濟(jì)性?xún)?yōu)越等突出優(yōu)點(diǎn)。

本文結(jié)合津汕高速公路7標(biāo)段工程實(shí)際，研究現(xiàn)澆混凝土薄壁管樁的施工工藝以及施工過(guò)程中一些相關(guān)因素對(duì)施工質(zhì)量的影響并對(duì)小應(yīng)變檢測(cè)在現(xiàn)澆混凝土薄壁管樁中的應(yīng)用進(jìn)行探討。

1 施工工藝與質(zhì)量控制

現(xiàn)澆混凝土薄壁管樁作為一種全新的軟基處理方法，單方混凝土提供的承載力較大，壁厚相對(duì)較薄，因此必須對(duì)從材料進(jìn)場(chǎng)到拔管移機(jī)等施工過(guò)程中的各個(gè)方面加強(qiáng)控制，通過(guò)相應(yīng)的控制措施及施工工藝來(lái)保證其質(zhì)量。

現(xiàn)澆薄壁管樁的施工流程見(jiàn)圖1。

現(xiàn)澆薄壁管樁施工除應(yīng)滿(mǎn)足一般規(guī)定外，還需對(duì)以下幾個(gè)方面予以重視。

1）為保證在含地下水地層中應(yīng)用的質(zhì)量，保證在成樁過(guò)程中地下水、流砂、淤泥不自樁靴進(jìn)入管腔，澆筑采用二步法工藝，即在成樁管下到地下水位以上即進(jìn)行第一次澆筑，將樁靴完全封閉，以阻止地下水、淤泥等進(jìn)入樁管，然后繼續(xù)下到設(shè)計(jì)深度后進(jìn)行第二次澆筑成樁。

2）在樁距較小時(shí)為保證相鄰樁在成樁過(guò)程中不互相影響，施工順序可采用隔孔隔排施工工序。

3）如遇到較硬夾層，可利用專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的成模潤(rùn)滑造漿器在成樁過(guò)程中注入泥漿。

4）沉管內(nèi)外管間距應(yīng)嚴(yán)格保證，在內(nèi)外管間距調(diào)整適當(dāng)并鎖定后方可起吊裝配。

5）混凝土應(yīng)以細(xì)石料為主，可以適當(dāng)摻入減水劑，以利于腔體中混凝土流動(dòng)性。

6）在遇到砂性土層時(shí)，宜放慢拔管的速度，軟土層速度一般可在1.0m/min左右。

7）當(dāng)氣溫低于0℃澆筑混凝土?xí)r，應(yīng)采取保溫措施。澆筑時(shí)，混凝土的入孔溫度不得低于5℃。在樁頂混凝土未達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度50%以前不得受凍。當(dāng)氣溫高于30℃時(shí)，應(yīng)根據(jù)具體情況對(duì)混凝土采取緩凝措施。

8）應(yīng)保證混凝土澆筑的質(zhì)量，灌注時(shí)在樁管內(nèi)灌滿(mǎn)混凝土后先振動(dòng)5～10s，再邊振邊拔，樁管內(nèi)應(yīng)保持不少于2m高度的混凝土，一般拔管速度應(yīng)為0.8～1.2m/min且≯1.5m/min。遇到特別軟弱土層時(shí)，應(yīng)適當(dāng)降低拔管速度并在土層分界面附近作適當(dāng)?shù)耐ｎD。

9）澆筑后的樁頂應(yīng)高出設(shè)計(jì)標(biāo)高至少50cm并予保護(hù)，浮漿層應(yīng)鑿除。

10）管樁實(shí)際澆筑混凝土量不得小于理論計(jì)算體積。

2 坍落度對(duì)管樁施工的影響

在灌注樁的施工過(guò)程中，坍落度的大小直接影響成樁后樁身的混凝土強(qiáng)度，特別是處理含水量較高土層時(shí)，宜選擇坍落度較小的混凝土，混凝土的坍落度是混凝土灌注時(shí)的一個(gè)重要控制指標(biāo)，而現(xiàn)澆薄壁管樁由于鋼模空腔的厚度較?。ㄒ话?2cm左右）且主要針對(duì)含水量較高的軟弱地基，混凝土坍落度的控制就顯得更為重要。過(guò)小的坍落度不利于混凝土在鋼模腔內(nèi)的流動(dòng)，過(guò)大則受振動(dòng)影響而易形成離析,造成混凝土卡管，如何根據(jù)不同地質(zhì)條件及不同空腔厚度選擇合適的坍落度是本文研究的主要目的，結(jié)合其他工程經(jīng)驗(yàn)和本工程的特點(diǎn)，選擇 30～50mm、50～70mm、70～90 mm、90～130mm4種坍落度進(jìn)行試驗(yàn)，在場(chǎng)地邊上選擇壁厚12cm、樁徑1.0m的6根樁進(jìn)行試驗(yàn)，不同坍落度的試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 混凝土坍落度試驗(yàn)

由表1并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)挖檢測(cè)可得出如下結(jié)論：

1）坍落度過(guò)大或過(guò)小都不利于樁的成形；

2）坍落度過(guò)?。ǎ?0mm）在成樁的過(guò)程中易造成卡管，從而出現(xiàn)斷樁和縮徑，從局部開(kāi)挖的樁頭亦可看到樁壁厚度一邊厚一邊薄的現(xiàn)象；

3）坍落度過(guò)大（＞100mm）在運(yùn)輸?shù)倪^(guò)程中及振動(dòng)拔管過(guò)程易形成混凝土離析，造成卡管現(xiàn)象，在開(kāi)挖的樁身上可看到出現(xiàn)在加料口一側(cè)混凝土的石子多而另一側(cè)混凝土砂漿多的現(xiàn)象。

3 拔管速度對(duì)管樁施工的影響

考慮到保證樁身混凝土的用量，拔管速度過(guò)快易造成縮頸與斷樁，而過(guò)慢又影響施工效率，因而沉管樁的拔管速度一般控制在1.2m/min以?xún)?nèi)。結(jié)合機(jī)械設(shè)備及施工場(chǎng)地的土層分布特點(diǎn)對(duì)拔管速度與停頓位置等進(jìn)行了試驗(yàn)研究。設(shè)定試驗(yàn)拔管速度為1.5、1.8m/min并采用壁厚12cm的樁進(jìn)行試驗(yàn)，停頓的位置根據(jù)土層的分布情況分別選擇8m以上的陸相亞粘土和8m以下的海相軟土，停頓時(shí)間設(shè)定了10、15、20s3種情況；試驗(yàn)對(duì)拔管速度與混凝土的投量及拔管速度與管內(nèi)混凝土的下落關(guān)系進(jìn)行了測(cè)試，見(jiàn)表2和表3。

表2 拔管速度對(duì)混凝土用量的影響

表3 停頓對(duì)混凝土用量的影響

通過(guò)對(duì)表2和表3的分析，可得出如下結(jié)論。

1）拔管速度對(duì)充盈系數(shù)的影響較小，在一定范圍內(nèi)拔管速度對(duì)混凝土的用量并無(wú)明顯影響。

2）停頓對(duì)混凝土的用量影響較大，停頓時(shí)間10s以上時(shí)混凝土用量急劇增大，特別是停頓深度＞5m時(shí)，由于土層對(duì)沉管振動(dòng)的阻力大幅降低且土體的自重對(duì)管中混凝土的壓力大幅減小，在此位置之上停頓時(shí)極易導(dǎo)致沉管中心的土芯上升，從而加大了混凝土的用量。利用好這一點(diǎn)可在樁端部加長(zhǎng)停振時(shí)間，造成混凝土封底與擴(kuò)大頭，若在樁身中部多停頓數(shù)次并延長(zhǎng)每一次的時(shí)間還可形成“竹節(jié)樁”進(jìn)一步提高單樁的承載力。

4 小應(yīng)變檢測(cè)

小應(yīng)變動(dòng)力測(cè)試技術(shù)主要是用彈性波測(cè)試檢查地基樁體的完整性及長(zhǎng)度并可檢查出樁體有沒(méi)有如裂縫、斷裂、泥土流入以及縮頸擴(kuò)頸等樁體直徑發(fā)生變化等缺陷。

目前該測(cè)試技術(shù)在鉆孔灌注樁、振動(dòng)沉管樁以及各種預(yù)制樁的檢測(cè)中得到了較廣泛應(yīng)用，測(cè)試技術(shù)也比較成熟。對(duì)該測(cè)試方法在現(xiàn)澆薄壁管樁檢測(cè)中的應(yīng)用進(jìn)行了試驗(yàn)研究，在現(xiàn)場(chǎng)對(duì)24根樁進(jìn)行了小應(yīng)變?cè)囼?yàn)，采用反射波進(jìn)行檢測(cè)，主要目的檢測(cè)樁身結(jié)構(gòu)完整性、成樁類(lèi)型；同時(shí)將小應(yīng)變檢測(cè)結(jié)果和開(kāi)挖檢測(cè)、取芯檢測(cè)等方法相結(jié)合以探討反射波法檢測(cè)的適用性。根據(jù)樁的彈性波振動(dòng)時(shí)域曲線(xiàn)和頻域曲線(xiàn)的表現(xiàn)特征，分析樁身混凝土質(zhì)量及樁身完整性，對(duì)樁身質(zhì)量作出評(píng)價(jià)。

試驗(yàn)采用的儀器為國(guó)產(chǎn)巖海動(dòng)測(cè)儀，信號(hào)采集傳感器為加速度計(jì)，為了使檢測(cè)更具有代表性，每根樁均進(jìn)行了多次測(cè)試并采用不同的擊發(fā)裝置和不同的擊發(fā)與接受距離，通過(guò)多次試驗(yàn)，選擇正確的擊發(fā)、接受措施。

從檢測(cè)結(jié)果來(lái)看本次小應(yīng)變?cè)囼?yàn)效果較好，測(cè)試的典型波形見(jiàn)圖2。測(cè)試波速正常，平均波速均在3200m/s左右，除個(gè)別樁在上部2m處存在輕微縮徑現(xiàn)象外，其余各樁樁身質(zhì)量良好，樁底反射明顯。測(cè)試結(jié)果表明基于合適的擊發(fā)和接收裝置，采用小應(yīng)變動(dòng)測(cè)技術(shù)測(cè)試現(xiàn)澆薄壁管樁的施工質(zhì)量是可行的，檢測(cè)結(jié)果能較好地反映現(xiàn)澆薄壁管樁的施工質(zhì)量。

圖2 管樁小應(yīng)變檢測(cè)典型波形

6 結(jié)語(yǔ)

本文研究了現(xiàn)澆混凝土薄壁管樁的施工工藝，分析了坍落度、拔管速度對(duì)施工質(zhì)量的影響，坍落度過(guò)大或過(guò)小都不利于樁的成形，在一定范圍內(nèi)拔管速度對(duì)混凝土的用量并無(wú)明顯影響，而拔管停頓對(duì)混凝土的用量的影響較大。小應(yīng)變動(dòng)測(cè)技術(shù)可進(jìn)行現(xiàn)澆薄壁管樁的施工質(zhì)量測(cè)試，檢測(cè)結(jié)果能較好地反映現(xiàn)澆薄壁管樁的施工質(zhì)量。

U416.1

C

1008-3197（2011）03-25-03

2011-04-15

劉炤偉/男，1979年出生，工程師，天津市公路工程總公司，從事工程技術(shù)管理工作。

□陳 星、訾建峰/天津市市政公路工程質(zhì)量監(jiān)督站。