張廣彬

(河南省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)院有限責(zé)任公司)

1 概 況

湖南省岳陽(yáng)至常德高速公路途經(jīng)洞庭湖沉積區(qū)，沿線軟土分布區(qū)域地勢(shì)平坦，沉積層較厚，地層分布自上而下一般為種植土、粉質(zhì)黏土、淤泥質(zhì)黏土、粉砂、細(xì)砂、花崗巖全風(fēng)化層等，其分布埋藏淺、厚度大，具有孔隙比大、含水量高、滲透性差，有一定流變、觸變性，易導(dǎo)致路基沉降和失穩(wěn)，不利于橋臺(tái)穩(wěn)定。因此，需要對(duì)這些軟基段進(jìn)行加固處理。

2 公路軟土地基的處理方法的選擇

公路軟土地基的處理方法主要是袋裝砂井法、擠密砂樁法、振沖碎石樁法、塑料排水板、加筋土工布、鋼渣樁法、CFG樁、深層攪拌法和預(yù)制混凝土管樁。其中袋裝砂井法、擠密砂樁法、振沖碎石樁法、塑料排水板、加筋土工布屬于排水固結(jié)法，不僅加固時(shí)間長(zhǎng)，而且需要控制路基加載速率，導(dǎo)致施工工期延長(zhǎng);而鋼渣樁法、CFG 樁、深層攪拌法雖然處理效果較好，但是常規(guī)機(jī)械對(duì)于深度大于20 m 的深厚層軟土地基處理效果較差，由于岳陽(yáng)至常德高速公路路基軟基處理深度最深的達(dá)24 m，所以對(duì)于深度大于15 m 的深厚層軟土地基采用預(yù)應(yīng)力混凝土薄壁管樁(PTC)進(jìn)行地基處理。

3 PTC 樁設(shè)計(jì)參數(shù)、施工工藝和檢測(cè)方法

3.1 PTC 樁設(shè)計(jì)參數(shù)

本工程預(yù)應(yīng)力混凝土薄壁管樁(PTC)設(shè)計(jì)主要采用正方形平面布置，橋頭段樁距為2.2 m，過(guò)渡段樁距為2.4 m，樁徑均為φ400 mm，壁厚為70 mm。每根長(zhǎng)度16 ～24 m。樁身混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C60～C80。

3.2 PTC 樁施工工藝

本工程主要采用錘擊沉樁法和靜壓沉樁法施工，選用錘重一般為2.5 ～5 t。通過(guò)試樁校驗(yàn)錘擊樁設(shè)備的技術(shù)性能、工藝參數(shù)及其技術(shù)措施的適宜性。PTC 樁每根不超過(guò)2 節(jié)組合。在樁身上畫出以米為單位的長(zhǎng)度標(biāo)記，用于靜壓或錘擊樁時(shí)觀察樁的入土深度。臨近橋頭15 m 范圍應(yīng)先施工基底PTC 樁，再施工路基PTC 樁?；浊灞硗瓿珊螅钔聊雺褐恋孛鏄?biāo)高時(shí)，進(jìn)行基底PTC 樁施工;施工順序由路基內(nèi)側(cè)向外側(cè)進(jìn)行，離結(jié)構(gòu)物距離由近向遠(yuǎn)進(jìn)行;施工順序根據(jù)樁長(zhǎng)和樁頂設(shè)計(jì)標(biāo)高，宜先深后淺，先長(zhǎng)后短;沉樁至設(shè)計(jì)深度后再澆注樁帽，鋪筑碎石墊層和加筋網(wǎng)，形成復(fù)合地基。

當(dāng)PTC 樁需要接長(zhǎng)時(shí)，采用焊接接樁。PTC 樁對(duì)接前，上下端板表面應(yīng)用鋼絲刷清理干凈，坡口處露出金屬光澤。對(duì)接后，若上下樁接觸面不密實(shí)，可用不超過(guò)5 mm 的鋼片嵌填，達(dá)到飽滿為止，并點(diǎn)焊牢固。三個(gè)電焊工在成120°角的方向同時(shí)施焊。先在坡口圓周上對(duì)稱點(diǎn)焊4 ～6 點(diǎn)，待上下樁固定后再拆除導(dǎo)向箍再分層施焊。每層焊接厚度應(yīng)均勻，焊接層數(shù)不得少于三層，焊縫連續(xù)飽滿。采用普通交流焊機(jī)的手工焊接時(shí)，必須用電焊條打底，確保根部焊透，第二層方可用粗電焊條4 ～5 mm 施焊;采用自動(dòng)及半自動(dòng)保護(hù)焊機(jī)的，應(yīng)按相應(yīng)規(guī)程分層連續(xù)完成。當(dāng)設(shè)計(jì)對(duì)樁接頭有防腐要求時(shí)，對(duì)焊接好冷卻后的接頭進(jìn)行防腐處理。

3.3 PTC 樁施工質(zhì)量檢測(cè)方法

PTC 樁施工完成后，質(zhì)量檢測(cè)依據(jù)國(guó)家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范進(jìn)行PTC 樁質(zhì)量檢測(cè)。對(duì)樁身完整性采用低應(yīng)變反射波法檢測(cè)。對(duì)復(fù)合地基承載力采用堆載法檢測(cè)。

4 低應(yīng)變反射波法檢測(cè)樁身完整性

4.1 檢測(cè)原理

采用低應(yīng)變反射波法檢測(cè)PTC 樁樁身完整性，其原理如下。

樁長(zhǎng)遠(yuǎn)大于樁徑，樁可視為一維彈性桿。當(dāng)在樁頂部進(jìn)行豎向激振后，彈性波會(huì)沿著樁身向下傳播，其傳播規(guī)律服從一維波動(dòng)方程。當(dāng)樁身存在波阻抗變化的界面(如樁底、斷樁和縮頸等部位，將產(chǎn)生反射波和透射波。安裝在樁頂?shù)募铀俣葌鞲衅鹘邮盏椒瓷洳ㄐ盘?hào)，經(jīng)放大、濾波和數(shù)據(jù)處理，可識(shí)別不同部位的反射信息?？s頸和樁底處會(huì)產(chǎn)生拉伸反射波，而擴(kuò)頸和土阻力的作用處會(huì)產(chǎn)生壓縮反射波。根據(jù)速度和樁底反射波到達(dá)時(shí)間計(jì)算樁的實(shí)際長(zhǎng)度，判斷樁身缺陷位置。

4.2 實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)及波形曲線

(1)樁身波速平均值的確定

進(jìn)行PTC 工程樁檢測(cè)前，在工地現(xiàn)場(chǎng)放置的未施工PTC樁中，隨機(jī)選擇了五根12 m 長(zhǎng)的PTC 樁進(jìn)行了測(cè)試，以求取樁身波速平均值。實(shí)測(cè)波形曲線如下。

圖1 隨機(jī)選擇的PTC 樁實(shí)測(cè)波形曲線

經(jīng)過(guò)計(jì)算，PTC 樁樁身波速平均值為4 326 m/s。

(2)典型實(shí)測(cè)波形曲線

本工程用低應(yīng)變反射波法共檢測(cè)了356 根PTC 樁，在檢測(cè)數(shù)據(jù)中，選出了以下四種典型實(shí)測(cè)波形來(lái)進(jìn)行分析。

①完整波形曲線

圖2 完整波形曲線(Exp=50)

②淺部缺陷波形曲線

圖3 淺部缺陷波形曲線(Exp=10)

③有輕微缺陷波形曲線

圖4 有輕微缺陷波形曲線(Exp=10)

④有嚴(yán)重缺陷波形曲線

圖5 有嚴(yán)重缺陷波形曲線(Exp=10)

4.5 檢測(cè)結(jié)果及原因分析

(1)樁身完整的PTC 樁結(jié)果分析

樁身完整的PTC 樁實(shí)測(cè)曲線結(jié)果如圖2 所示，由施工工藝、樁長(zhǎng)和齡期對(duì)檢測(cè)結(jié)果的影響分析如下。

①施工工藝的影響

經(jīng)過(guò)對(duì)比分析發(fā)現(xiàn)，采用錘擊沉樁法施工的樁身完整性比率遠(yuǎn)低于采用靜壓沉樁法施工的樁基，而且采用錘擊沉樁法成樁的PTC 樁樁底反射比較明顯，采用靜壓沉樁法成樁的PTC 樁有部分樁底反射不明顯。說(shuō)明靜壓沉樁法的施工質(zhì)量?jī)?yōu)于錘擊沉樁法施工質(zhì)量。

②樁長(zhǎng)的影響

樁長(zhǎng)在18 m 以下的PTC 樁樁底反射比較明顯，20 m 的PTC 樁樁底反射大多數(shù)不明顯。說(shuō)明在地質(zhì)情況變化不大的情況下，低應(yīng)變反射波法適合于檢測(cè)樁長(zhǎng)在18 m 以下的PTC 樁。

③齡期的影響

絕大部分所檢測(cè)基樁為當(dāng)天施工，當(dāng)天檢測(cè)。有一些基樁為施工后第二天檢測(cè)，實(shí)測(cè)曲線結(jié)果大多無(wú)樁底反射。說(shuō)明低應(yīng)變反射波法適合于施工齡期24 h 以內(nèi)的PTC 樁檢測(cè)。

(2)樁身淺部缺陷的結(jié)果分析

樁身淺部缺陷的PTC 樁實(shí)測(cè)曲線結(jié)果如圖3 所示。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)挖發(fā)現(xiàn)破壞類型為樁頂碎裂，分析原因?yàn)槭┕r(shí)樁帽與樁的接觸面處不平整。

(3)樁身有輕微缺陷的結(jié)果分析

樁身輕微缺陷的PTC 樁實(shí)測(cè)曲線結(jié)果如圖4 所示。分析原因可能為接樁處表面不干凈，連接鐵件不平整，焊區(qū)質(zhì)量較差或接樁上下樁中心線不在同一軸線上所導(dǎo)致。

(4)樁身有嚴(yán)重缺陷的結(jié)果分析

樁身嚴(yán)重缺陷的PTC 樁實(shí)測(cè)曲線結(jié)果如圖5 所示。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)挖發(fā)現(xiàn)破壞類型為樁身斷裂，分析原因可能為植樁后場(chǎng)地過(guò)重車，樁身承受彎曲過(guò)大或局部強(qiáng)度低，不能承受彎曲的作用力導(dǎo)致斷裂。樁的堆放、運(yùn)輸、起吊過(guò)程中產(chǎn)生的斷裂，植樁前未發(fā)現(xiàn)，受力后導(dǎo)致斷裂。

5 結(jié)論及建議

(1)PTC 樁施工工藝優(yōu)選靜壓沉樁法;

(2)低應(yīng)變反射波法適合于檢測(cè)施工齡期24 h 以內(nèi)、樁長(zhǎng)在18 m 以下的PTC 樁樁身完整性;

(3)PTC 樁樁的強(qiáng)度必須達(dá)到100%后，方可植樁和沉打樁，按規(guī)范施工防止樁身傾斜;

(4)PTC 樁施工后場(chǎng)地禁止過(guò)重車，避免樁身受彎導(dǎo)致斷裂;

［1］公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范(JTJ041 －2000)［S］. 人民交通出版社，2000.

［2］建筑基樁檢測(cè)技術(shù)規(guī)范(JGJ106 －2003)［S］. 中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2002.