1 引言
隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)高速發(fā)展，交通工程建設(shè)大規(guī)模展開，特別是高速鐵路、城際客運(yùn)專線鐵路的蓬勃發(fā)展，對(duì)路基的工后沉降提出了極其嚴(yán)格的要求，時(shí)速大于300km/h的高速鐵路無砟軌道路基工后沉降僅允許15mm。尤其是沿海地區(qū)軟土分布廣泛、厚度大，高含水量、高壓縮性且富有機(jī)質(zhì)，地質(zhì)情況復(fù)雜。采用常規(guī)的塑料排水板、粉噴樁、攪拌樁、砂樁和預(yù)壓處理等方法已經(jīng)很難滿足要求。
現(xiàn)澆混凝土薄壁筒樁（以下簡(jiǎn)稱“筒樁”）是一種新型樁，采用薄壁技術(shù)、自動(dòng)排土、振動(dòng)灌注一次成樁等新技術(shù)，不僅施工速度快，且能有效節(jié)省建筑材料，造價(jià)低，并有工后沉降小、預(yù)壓期短、可快速填筑等優(yōu)點(diǎn)。本文結(jié)合杭甬鐵路紹興東站及貨場(chǎng)的軟土地基處理工程，介紹現(xiàn)澆混凝土薄壁筒樁的設(shè)計(jì)理念和施工工藝、質(zhì)量控制的要點(diǎn)。
2 概況
本工程位于紹興市東，杭甬鐵路DK46+200～DK50+100左側(cè)約300m范圍內(nèi)。場(chǎng)地地形開闊，屬海湖積平原區(qū)。
項(xiàng)目由2條正線、6條站線、5條貨物線以及進(jìn)出場(chǎng)道路、貨物堆場(chǎng)組成，場(chǎng)地左側(cè)為三灘江，且三面環(huán)河。主要路基工程有沿江進(jìn)出場(chǎng)道路支擋工程、集裝箱等笨重貨物堆場(chǎng)、臨河高填方路基等。
3 地基加固方案
3.1工程地質(zhì)條件
場(chǎng)地地層主要為第四系沉積層，厚度大于50m，上部主要為高壓縮性的淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土層，厚度達(dá)20m左右，w=53.5%，γ=17.4 kN/m3, Cu=5KPa,φu=3o, Es=2.80MPa， σ0=50kPa，工程地質(zhì)條件差；下部主要為中壓縮性的粉質(zhì)黏土層，工程地質(zhì)條件一般。
該場(chǎng)地緊臨三灘江，地下水埋藏較淺，地下水埋深1.0m左右，無侵蝕性。
3.2工程特點(diǎn)
本工程地處深厚層軟土地區(qū)，地表以下軟土層厚度20m以上，工程地質(zhì)條件差，對(duì)填方路基及地面構(gòu)筑物的穩(wěn)定、沉降影響大。根據(jù)檢算結(jié)果，填筑極限高約2.7m，設(shè)計(jì)極限高僅1.0m左右。
既有線兩側(cè)需要幫寬增建站線，填高約3m左右；貨物線一般填高約1.5~2m，兩側(cè)進(jìn)出口跨河地段填高達(dá)8m左右； 而且，沿江由于收坡需要設(shè)計(jì)高6m左右的擋土墻；貨場(chǎng)寬約80~150m的部分場(chǎng)地落入河道中，路基填高5~6m。為了滿足承載力、穩(wěn)定和沉降要求，需要進(jìn)行深層軟土地基的加固處理。
3.3加固方案比選、工程經(jīng)濟(jì)比較
下表為場(chǎng)地不同地基加固處理措施的對(duì)比情況。
|
場(chǎng)地情況 |
加固措施 |
樁數(shù)量（根） |
處理深度（m） |
成樁單價(jià)（元） |
總價(jià)（元） |
|
集裝箱堆場(chǎng)、高路堤 （面積100m2） |
深層攪拌樁 |
83 |
15 |
35 |
43388 |
|
CFG樁 |
35 |
18 |
93 |
57924 |
|
|
預(yù)應(yīng)力管樁 |
21 |
18 |
195 |
72521 |
|
|
現(xiàn)澆混凝土薄壁筒樁 |
10 |
18 |
256 |
45000 |
|
|
擋墻基礎(chǔ)（100m長(zhǎng)） |
CFG樁 |
188 |
20 |
93 |
348750 |
|
預(yù)應(yīng)力管樁 |
100 |
20 |
195 |
390000 |
|
|
現(xiàn)澆混凝土薄壁筒樁 |
80 |
20 |
256 |
409600 |
根據(jù)本地區(qū)經(jīng)驗(yàn)，一般采取深層攪拌樁、CFG樁、預(yù)應(yīng)力管樁進(jìn)行深層軟土地基處理。
深層攪拌樁，一般處理效果較好的深度在12m以內(nèi)，該場(chǎng)地軟土處理深度在18~20m，因此難以滿足設(shè)計(jì)要求。
CFG樁，造價(jià)相對(duì)較低，但由于沉管施工引起樁周圍土的壓縮，在上拔過程中，淤泥質(zhì)土的側(cè)向擠壓及真空吸引作用易引起縮頸斷樁，樁的質(zhì)量難以控制。
預(yù)應(yīng)力管樁，工程質(zhì)量易控制，但成本較高，且施工過程中易引起地面變形隆起，需要增加場(chǎng)地平整等后續(xù)工程。
現(xiàn)澆混凝土薄壁筒樁，采用套管內(nèi)自動(dòng)排土工藝，樁壁內(nèi)外側(cè)壓力基本平衡，消除了施工過程中的擠壓縮頸和地面變形隆起現(xiàn)象，成樁效果好，且造價(jià)相對(duì)較低。
因此，通過其優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比，對(duì)高填方、擋墻基礎(chǔ)地基優(yōu)先使用筒樁加固處理。
3.4筒樁的適用條件和優(yōu)缺點(diǎn)
3.4.1筒樁的適用條件
筒樁適用于處理粘性土、粉土、淤泥質(zhì)土、松散或稍密砂土及已完成自重固結(jié)的素填土等地基。在厚度較大、靈敏度較高的淤泥和流塑狀態(tài)的粘性土等軟弱土層中采用時(shí)，應(yīng)制定質(zhì)量保證措施，并經(jīng)工藝試驗(yàn)成功后方可實(shí)施。
3.4.2筒樁的優(yōu)、缺點(diǎn)
筒樁采用專用的振動(dòng)壓入式成孔器一次成孔灌注成樁，施工快捷。采用環(huán)形側(cè)斜樁尖，能使被樁尖擠出的多余軟土通過內(nèi)套管內(nèi)側(cè)抬升而自動(dòng)排出，構(gòu)成了自動(dòng)排土技術(shù)，因而大大減少地面隆起、樁體被拉長(zhǎng)、拉裂和擠壓縮頸等問題，使樁內(nèi)外壁側(cè)壓力基本平衡，施工質(zhì)量易控制，而且可提供較大的樁側(cè)摩阻力，單樁承載力大，處理深度深，處理軟基沉降量小，且易穩(wěn)定。
但筒樁適用于摩擦樁、摩擦端承樁，不宜用于端承樁；適用地基土層范圍存在一定的局限性。
3.5計(jì)算模式、技術(shù)參數(shù)
3.5.1單樁豎向極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值
根據(jù)不同的計(jì)算模式進(jìn)行綜合比較，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)單樁靜載試驗(yàn)來確定其單樁豎向極限承載力值。
⑴《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》（JGJ94-2008）單樁豎向極限承載力經(jīng)驗(yàn)參數(shù)法估算：
Quk=u∑qsikli+qpkAp
式中：Quk為單樁豎向極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值；u為樁身外周長(zhǎng)；qsik為樁側(cè)第i層土的極限側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值；li為樁周第i層土的厚度；qpk為極限端阻力標(biāo)準(zhǔn)值；Ap為樁端面積。
⑵《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》（JGJ94-2008）單樁豎向極限承載力鋼管樁法估算：
Quk=u∑qsikli+λpqpkAp
式中：λp為樁端土塞效應(yīng)系數(shù)，對(duì)于閉口鋼管樁λp=1，對(duì)于敞口鋼管樁按下式取值，當(dāng)hb/d＜5時(shí)λp=0.16hb/d，當(dāng)hb/d≥5時(shí)λp=0.8；hb為樁端進(jìn)入持力層厚度；d為鋼管樁外徑。
⑶《大直徑現(xiàn)澆混凝土薄壁筒樁技術(shù)規(guī)程》（DB33/1044-2007）單樁豎向極限承載力估算：
Quk=ζ1u∑qsikli+ζ2qpkAp+ζ3qpkApS
式中：ζ1、ζ2為樁側(cè)阻力和樁端阻力修正系數(shù)；ζ3為樁芯土柱承載力發(fā)揮度；ApS為樁以內(nèi)徑計(jì)算的橫截面面積。
3.5.2單樁水平承載力特征值
單樁水平承載力特征值應(yīng)通過現(xiàn)場(chǎng)單樁水平靜載試驗(yàn)確定。《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》（JGJ94-2008）單樁水平承載力特征值估算方法：
Rha=
式中：Rha為單樁水平承載力特征值；α為樁的水平變形系數(shù)；λm為樁截面模量塑性系數(shù)；ft為樁身混凝土抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值；W0為樁身?yè)Q算截面受拉邊緣的截面模量；υM為樁身最大彎距系數(shù)；ρg為樁身配筋率；ξN為樁頂豎向力影響系數(shù)；Nk為樁頂?shù)呢Q向力；An為樁身?yè)Q算截面積。
3.6加固措施
在貨場(chǎng)范圍采用筒樁進(jìn)行軟土地基加固。具體范圍主要在DK48+630～+725到發(fā)線段、H1DK000+080～+195貨場(chǎng)H1等線段、集裝箱貨場(chǎng)區(qū)；以及DK47+740～DK48+790橫向20m ～210m右側(cè)擋土墻基礎(chǔ)范圍。
筒樁采用現(xiàn)澆C25素混凝土，樁外徑1.0米，壁厚0.12米，間距2.5~3.2m，長(zhǎng)度為15~20m，正方形布置，樁尖采用C30鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，樁頂設(shè)邊長(zhǎng)為1.8m的C30正方形鋼筋混凝土樁帽，厚度0.35米，樁帽頂以上鋪設(shè)0.5米厚碎石褥墊層，墊層中間鋪設(shè)一層強(qiáng)度不小于110kN/m的土工格柵。
采用擋墻基礎(chǔ)下筒樁單樁豎向極限承載力不小于824KN, 單樁水平承載力不小于100KN。一般填河地段單樁豎向極限承載力不小于667KN，正線地段單樁豎向極限承載力不小于623KN。
下圖為筒樁橫斷面布置簡(jiǎn)圖。
4 施工工藝及質(zhì)量控制
4.1施工工藝
在進(jìn)行筒樁正式施工前必須進(jìn)行成樁工藝性試驗(yàn)，以檢查樁機(jī)設(shè)備穩(wěn)定性及各部分配套設(shè)備使用性能是否良好，確認(rèn)后方可進(jìn)行試樁工程，取得相關(guān)工藝參數(shù)。成樁施工工藝流程一般按以下程序進(jìn)行。
⑴、樁位放樣：根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙、業(yè)主提供的坐標(biāo)、基準(zhǔn)點(diǎn)、要求按圖放樣。
⑵、樁尖預(yù)制及埋設(shè)：樁尖質(zhì)量及形狀是筒樁施工工藝技術(shù)的關(guān)鍵點(diǎn)之一，樁尖刃口的形狀決定筒樁施工排土量大小及沉管阻力。必須按施工現(xiàn)場(chǎng)工程地質(zhì)條件、設(shè)計(jì)要求、筒樁排土量的具體情況來設(shè)計(jì)樁尖的刀口刃形狀。樁尖混凝土強(qiáng)度采用C30，樁尖可場(chǎng)外預(yù)制，養(yǎng)護(hù)并達(dá)到強(qiáng)度后送至施工現(xiàn)場(chǎng)。
樁位放樣后，先清除樁位范圍內(nèi)的填碴，再埋設(shè)樁尖，樁尖定位采用拉十字線法檢驗(yàn)、檢查。
⑶、樁機(jī)就位：位置初步對(duì)中后，下放成孔器，使成孔器的內(nèi)外鋼管底端接近樁尖頂面，再調(diào)整縱橫相對(duì)位置，使樁尖頂面凸臺(tái)嵌入成孔器內(nèi)外管間的腔內(nèi)，實(shí)現(xiàn)完全對(duì)中。為了不使地下水和淤泥從樁尖與內(nèi)外管下端接角面擠入內(nèi)外之間的空腔中，對(duì)中后在樁尖的內(nèi)外臺(tái)階上要求鋪設(shè)纖維性布料或其他密封材料。
⑷、振動(dòng)沉管：在振動(dòng)錘的激振力作用下，作用力經(jīng)內(nèi)外鋼管傳至樁尖，樁尖即隨內(nèi)外套管進(jìn)入土層，被樁尖排擠的泥土則進(jìn)入內(nèi)護(hù)壁套管中，隨著樁尖不斷進(jìn)入土層，內(nèi)護(hù)壁管內(nèi)的土逐漸向上移而從內(nèi)管頂端出泥孔排出。
⑸、沉管達(dá)到貫入度或設(shè)計(jì)標(biāo)高后，檢查成孔器內(nèi)有無進(jìn)水或進(jìn)泥。
⑹、灌注混凝土及振動(dòng)拔管：從設(shè)在外護(hù)壁套管上端的混凝土受料槽向筒體中灌注混凝土，并在振動(dòng)的同時(shí)將內(nèi)外套管向上逐漸拉出。此時(shí)，樁尖將離開內(nèi)外套管底端，并同灌注形成的混凝土連成一體，埋設(shè)在地基中。最后，根據(jù)混凝土的實(shí)際方量和理論方量來計(jì)算其成樁充盈系數(shù)，初步檢驗(yàn)成樁質(zhì)量。振動(dòng)、澆注混凝土和拔管過程中控制樁頂設(shè)計(jì)標(biāo)高。
⑺、樁機(jī)移位：完成振動(dòng)拔管后，按照施工組織的打樁順序進(jìn)行樁機(jī)移位，重復(fù)上述步驟進(jìn)行打樁。
4.2質(zhì)量控制
筒樁施工的質(zhì)量，主要通過施工工藝、載荷試驗(yàn)等一系列的方法和手段來加以控制，最終滿足設(shè)計(jì)要求。
質(zhì)量檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)
|
項(xiàng)目 |
檢查項(xiàng)目 |
允許值 |
檢查方法 |
|
|
單位 |
數(shù)值 |
|||
|
主控項(xiàng)目 |
樁長(zhǎng) |
不小于設(shè)計(jì)樁長(zhǎng) |
測(cè)樁管長(zhǎng)度 |
|
|
混凝土充盈系數(shù) |
＞1.1 |
每根樁的實(shí)際灌注量 |
||
|
樁身質(zhì)量檢測(cè) |
樁身完整性 |
1、在成樁14天后開挖暴露樁頭，觀察管樁的壁厚和成型情況。檢查數(shù)量不應(yīng)少于總數(shù)的1%。 2、采用低應(yīng)變檢測(cè)，不得少于總數(shù)的30%。 |
||
|
混凝土強(qiáng)度 |
≥C25 |
試塊報(bào)告和鉆芯試驗(yàn) |
||
|
承載力 |
設(shè)計(jì)要求 |
混凝土達(dá)到齡期后，進(jìn)行單樁豎向承載力（單樁水平向承載力）靜載荷試驗(yàn)，檢測(cè)數(shù)量不得少于總數(shù)的0.5%。 |
||
|
一般項(xiàng)目 |
樁位 |
mm |
150 |
樁尖對(duì)中測(cè)量；開挖后量樁中心。 |
|
垂直度 |
＜1% |
測(cè)樁管垂直度 |
||
|
樁徑 |
mm |
+（-）20 |
開挖后實(shí)測(cè)樁頭直徑。試樁時(shí)通過內(nèi)筒開挖量測(cè)。 |
|
|
壁厚 |
mm |
+（-）10 |
開挖后用尺量筒壁厚度，每個(gè)樁頭取3點(diǎn)計(jì)算平均值。試樁時(shí)通過內(nèi)筒開挖全樁鉆芯量測(cè)。 |
|
|
樁頂標(biāo)高 |
mm |
+30~50 |
需扣除樁頂浮漿層 |
|
5 結(jié)語(yǔ)
筒樁在杭甬鐵路紹興東站及貨場(chǎng)軟土地基處理工程中成功地解決了穩(wěn)定和沉降問題，通過各項(xiàng)檢測(cè)完全滿足設(shè)計(jì)要求，后期施工觀測(cè)狀況良好，并且節(jié)省了投資，豐富了鐵路工程深厚軟土地基的處理方法和思路，取得了良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益，通過進(jìn)一步的深入研究，結(jié)合其它措施共同使用可廣泛地應(yīng)用于鐵路工程建設(shè)中。
參考文獻(xiàn)：
[1] 建筑樁基技術(shù)規(guī)范 JGJ94-2008
[2] 大直徑現(xiàn)澆混凝土薄壁筒樁技術(shù)規(guī)程 DB33/1044-2007
[3] 地基處理 大直徑現(xiàn)澆混凝土薄壁筒樁技術(shù)專集 2008
