浅谈塑料套管现浇混凝土桩PTCC施工工艺

王 英 ,陈 耿

(镇江市交通工程建设管理处,江苏 镇江 212005)

0 引 言

沿海及内地湖河沉积相地区,存在着许多复杂的软土地基,在建设高速公路、高速铁路、市政、水利等路基堤坝工程时,必须首先对软土地基进行加固处理。目前在实际路堤工程应用时往往采用在桩顶面铺设土工合成材料加筋垫层的方法。将上部路堤、桩顶土工合成材料加筋垫层 (水平加筋体)、桩及桩帽、桩间土层和下卧持力土层共同组成的体系称为桩承式加筋路堤系统。其所采用的桩一般指刚性桩,或称为路堤桩。

常用的刚性桩或路堤桩有各种沉管灌注桩包括CFG桩、振动沉管素混凝土桩、大直径现浇薄壁管桩、Y型等异型灌注桩、预应力管桩 (PHC桩)或浆固碎石桩等。这些常用的路堤桩都存在一定的局限性:如预应力管桩造价高、不能适应地质条件变化、施工机械笨重等;振动沉管桩在路堤工程一般为素混凝土桩,容易出现大面积断桩的质量事故。而塑料套管现浇混凝土桩PTCC与同类型、同规格的刚性桩相比,其承载力高、成桩质量可靠、施工效率高、工后沉降小且其综合加固费用要低于预应力管桩,而与水泥搅拌桩处理方法基本相当,若在下卧层存在着砂、砾、岩等坚硬土层时,由于可以提供更高的承载力和很小的变形,其造价将小于水泥搅拌桩。

因此,塑料套管现浇混凝土桩在实际工程中应用越来广泛,例如浙江申嘉湖杭高速公路练杭试验段工程,桩间距1.5～2.0 m,桩长14～23m,设计总延米数11万m左右;杭金衢高速公路浦阳互通工程,桩间距采用1.5～1.8 m,桩长8～19 m,设计总延米数3万米左右;南京滨江大道新建工程,桩间距采用1.6 m,桩长15 m,设计总延米数3万米左右。

1 PTCC桩工艺原理

PTCC桩是一种承载力高、不会由于振动挤土断桩、成桩质量可靠、对周围环境影响小、施工快速方便的地基处理方法。其成桩方法为:塑料套管按一定的间距采用专用设备逐根跟管打入需要加固的地基中,套管为底部封闭,顶部开口,待这个分段区块全部打设完毕后,再统一对埋设在地基中的套管用混凝土连续浇注成桩,套管不再取出,这样套管与填充物就形成了地基加固桩,并浇盖板铺设垫层和土工格栅,形成桩承式路堤系统。

PTCC桩一般要求软土地基下部有承载力相对较高的土层作为桩端持力层,并要求桩端持力层静力触探锥尖阻力不小于1 000 kPa,当采用160 mm桩体直径时,加固深度一般不超过20 m。

2 PTCC桩优点

(1)由于套管的存在,可以避免一般振动现浇桩中由于振动和挤土等因素引起断桩的质量事故。

(2)不需要边拔沉管边添加混凝土,不会由于添加混凝土问题引起断桩,因此其桩身完整性好,质量可靠。

(3)没有充盈系数,混凝土用量可以控制,节约造价。

(4)由于是先打设后统一浇筑混凝土,机械打设和混凝土浇筑是分开进行的,因此两者之间不存在着相互配合、等待以及干扰问题,这样就提高了施工速度,降低了施工费用。

(5)其打设深度非常容易检查,只要在混凝土浇筑之前检查套管的埋设深度即可。

(6)套管里面除上端开口外,是一个密闭空间,浇筑混凝土时可保证不受地基中土、水的影响,而保证混凝土的浇筑质量。

(7)套管的存在一定程度上提高了混凝土的抗压强度和抗弯、抗剪能力等。

3 施工工艺流程及操作要点

3.1 施工工艺流程

接管及安装预置桩尖 →吊装PVC塑料套管→沉管静压下沉→沉管振动下沉 →上提拔管 →安装塑料盖板模、集中现浇混凝土,见图1。

图1 塑料套管现浇混凝土桩施工工艺流程图

3.2 操作要点

(1)桩的打设次序:横向以路基中心线向两侧的方向推进;纵向以结构物部位向路堤的方向推进。

(2)桩端一般应设在持力层中,打设时应注意设计持力层顶面高程的变化,发现与设计不符时应在现场及时调整桩长,以确保承载力设计值。

(3)应采用单壁、内外均是螺纹的塑料套管,其强度应保证混凝土浇注前后不损坏,最大外径满足设计桩体直径要求。

(4)打设塑料套管和浇筑混凝土应间隔进行,避免挤土效应影响混凝土的浇筑质量,混凝土浇注场地距塑料套管打设场地的距离不得小于20 m。不宜采用边打设塑料套管边在塑料套管内浇注混凝土的施工方法。

(5)应将塑料套管与桩尖事先连接,从沉管底部送入后再进行打设,不得采用先沉管后放入塑料套管的做法。

(6)桩体应采用细石混凝土浇筑,并控制混凝土的坍落度,保障其流动性。浇注过程中采用小型加长振捣棒进行振捣,确保其均匀、密实。施工浇注期间应同时将混凝土留样并制作试块,对其进行抗压强度试验。

4 材料及设备

4.1 桩身套管材料

目前国内PTCC桩普遍采用160～250 mm的单壁螺纹套管 (见图2),它结合了国外Cofra公司AuGeo桩主要使用的双壁PVC波纹管及双壁HDPE管的优点,刚柔兼备,在具有足够力学性能的同时兼备良好的柔韧性,且分析表明直径为160 mm的PVC管材最经济。

图2 单壁螺纹套管

4.2 桩身混凝土

因为PTCC桩本身桩径小,浇注混凝土时套管容易堵塞,要充分体现其承载性能,混凝土浇筑质量就必须得到保证。因此对混凝土配比有严格的要求,目前工程中所用的混凝土粒径应不大于20 mm、塌落度为18～22 cm,以确保混凝土具有良好的和易性;且混凝土浇筑时,需用振捣棒沿全桩长振捣均匀,图3为PTCC桩所使用的小型振捣棒。

图3 小型振捣棒

4.3 桩尖形式

由于铁板桩尖不能完全发挥端阻作用,打设时易翘曲,且材料浪费;X型桩尖扩孔严重,造成PTCC桩这样的超小直径桩的侧摩阻力损失严重,且扩孔不均引起的套管变形较大。而圆形混凝土桩尖扩孔均匀、桩尖便面积大,能最大限度的发挥侧阻及端阻的作用,因此综合考虑后目前普遍建议采用30 cm圆形桩尖。

4.4 施工机械设备

目前PTCC桩有两套施工机械设备,一种是在借鉴国外Cofra公司AuGeo桩的施工设备以及在国内广泛应用的塑料排水管插管机基础上,研发的全液压机械设备。该设备由300挖机改装而成,将挖机大臂改装后与机架相连,并提供液压动力系统。其优点是移动灵活、施工方便、所需人工少,缺点是由于受到自身重量的限制,遇到坚硬土层时打设较为困难。另一种是采用静压辅助振动动力系统的普通走管打设机,优点是打设深度深,不受地域的限制,遇到硬土层时可以开启振动,穿越硬土层,从而打设至设计深度,目前该类打设机的最大打设深度为25 m;其缺点是灵活性、施工速度较全液压设备要差。

5 质量控制

5.1 材料的控制和检测

塑料套管应为单壁、内外均是螺纹的160 mm PVC塑料套管,质量控制标准见表1。

表1 160mmPVC螺纹塑料套管质量控制标准

5.2 施工质量控制和检测 (见表2)

(1)打设深度

在全部套管成孔后,由于在浇注混凝土之前套管内为全空,可以对打设的深度进行很方便的检查,即对套管的深度和套管有无损坏进行检测即可,质量很容易控制。

(2)混凝土强度

采用在浇注混凝土过程中应同时将混凝土留样并制作试块,对其进行抗压强度试验。

(3)低应变检测

依据 《基桩低应变动力检测规程》 (JCJ/T93-95)的规定,对桩身完整性进行检测,检测数量对于单桩现浇管桩要求全检,对于群桩基础检测数量根据具体情况由设计确定。

(4)静载荷试验

待桩体强度达到28天后可对成桩进行承载力检测如单桩承载力和复合地基承载力检测。

表2 PTCC桩工程质量检测

6 效益分析

PTTC桩与当前我国高速公路地基处理中普遍使用的水泥搅拌桩、预应力管桩、各种振动沉管桩等路堤桩相比,有它的合理性、先进性及适用性。它的主要优点在于先有套管成模,后集中现浇,这样与各类振动沉管桩相比其混凝土用量可控没有充盈、不会因为振动挤土而引起断桩,打设机械可以连续施工和混凝土可以连续浇筑而降低施工费用,采用现浇工艺后不需要象预制桩一样采用大量钢筋和大型运输以及打设机械,也不需要事先配桩等优势,而与水泥搅拌桩等柔性桩相比它又是刚性桩,承载力高且质量容易控制,整体造价较低等优点,其桩周又带有螺纹而可以有较大的桩侧摩阻力,因此在许多合适的情况下采用PTCC桩来代替上述方法,可以起到很好的经济效益。

[1]芮扬,邵俊华.单壁螺纹塑料套管现浇混凝土桩施工技术[J].建筑施工,2010,32(3):210-212.

[2]吴伟.单壁螺纹PVC塑料套管现浇混凝土桩(PTCC桩)—新型地基加固方法[J].四川建材,2008,(4):99-103.

[3]徐林荣,牛建东,吕大伟,等.软基路堤桩-网复合地基试验研究[J].岩土力学,2007,28(10):2149-2154,2160.