现浇混凝土薄壁管桩施工试验研究

2011-05-12刘炤伟訾建峰

天津建设科技 2011年3期

□文/刘炤伟陈星訾建峰

□陈星、訾建峰/天津市市政公路工程质量监督站。

现浇混凝土薄壁管桩施工试验研究

□文/刘炤伟陈星訾建峰

文章以实际工程为例，考虑天津地区软土特性及工程特点对现浇混凝土薄壁管桩施工工法相关问题进行研究。结合现场试验，研究了混凝土坍落度、拔管速度对管桩施工质量的影响，得出了相关结论并对管桩进行了小应变动力测试，研究了小应变检测在现浇混凝土薄壁管桩中的应用。

软土地基；现浇混凝土；薄壁管桩

桩基应用于软土地基加固中，施工速度快、工期短，加固处理深度较其他方法更深，适宜各种软土地质条件，可明显增加路基的稳定性，减少地基的沉降，但是传统桩基加固软土地基的方法造价较高。现浇混凝土薄壁管桩是复合地基的一种新技术，其桩径、桩距大，混凝土用量省，可处理深层软土，具有施工实用性强、施工质量控制方便、桩基检测方便、加固效果好且经济性优越等突出优点。

本文结合津汕高速公路7标段工程实际，研究现浇混凝土薄壁管桩的施工工艺以及施工过程中一些相关因素对施工质量的影响并对小应变检测在现浇混凝土薄壁管桩中的应用进行探讨。

1 施工工艺与质量控制

现浇混凝土薄壁管桩作为一种全新的软基处理方法，单方混凝土提供的承载力较大，壁厚相对较薄，因此必须对从材料进场到拔管移机等施工过程中的各个方面加强控制，通过相应的控制措施及施工工艺来保证其质量。

现浇薄壁管桩的施工流程见图1。

现浇薄壁管桩施工除应满足一般规定外，还需对以下几个方面予以重视。

1）为保证在含地下水地层中应用的质量，保证在成桩过程中地下水、流砂、淤泥不自桩靴进入管腔，浇筑采用二步法工艺，即在成桩管下到地下水位以上即进行第一次浇筑，将桩靴完全封闭，以阻止地下水、淤泥等进入桩管，然后继续下到设计深度后进行第二次浇筑成桩。

2）在桩距较小时为保证相邻桩在成桩过程中不互相影响，施工顺序可采用隔孔隔排施工工序。

3）如遇到较硬夹层，可利用专门设计的成模润滑造浆器在成桩过程中注入泥浆。

4）沉管内外管间距应严格保证，在内外管间距调整适当并锁定后方可起吊装配。

5）混凝土应以细石料为主，可以适当掺入减水剂，以利于腔体中混凝土流动性。

6）在遇到砂性土层时，宜放慢拔管的速度，软土层速度一般可在1.0m/min左右。

7）当气温低于0℃浇筑混凝土时，应采取保温措施。浇筑时，混凝土的入孔温度不得低于5℃。在桩顶混凝土未达到设计强度50%以前不得受冻。当气温高于30℃时，应根据具体情况对混凝土采取缓凝措施。

8）应保证混凝土浇筑的质量，灌注时在桩管内灌满混凝土后先振动5～10s，再边振边拔，桩管内应保持不少于2m高度的混凝土，一般拔管速度应为0.8～1.2m/min且≯1.5m/min。遇到特别软弱土层时，应适当降低拔管速度并在土层分界面附近作适当的停顿。

9）浇筑后的桩顶应高出设计标高至少50cm并予保护，浮浆层应凿除。

10）管桩实际浇筑混凝土量不得小于理论计算体积。

2 坍落度对管桩施工的影响

在灌注桩的施工过程中，坍落度的大小直接影响成桩后桩身的混凝土强度，特别是处理含水量较高土层时，宜选择坍落度较小的混凝土，混凝土的坍落度是混凝土灌注时的一个重要控制指标，而现浇薄壁管桩由于钢模空腔的厚度较小（一般12cm左右）且主要针对含水量较高的软弱地基，混凝土坍落度的控制就显得更为重要。过小的坍落度不利于混凝土在钢模腔内的流动，过大则受振动影响而易形成离析,造成混凝土卡管，如何根据不同地质条件及不同空腔厚度选择合适的坍落度是本文研究的主要目的，结合其他工程经验和本工程的特点，选择 30～50mm、50～70mm、70～90 mm、90～130mm4种坍落度进行试验，在场地边上选择壁厚12cm、桩径1.0m的6根桩进行试验，不同坍落度的试验结果见表1。

表1 混凝土坍落度试验

由表1并结合现场开挖检测可得出如下结论：

1）坍落度过大或过小都不利于桩的成形；

2）坍落度过小（＜50mm）在成桩的过程中易造成卡管，从而出现断桩和缩径，从局部开挖的桩头亦可看到桩壁厚度一边厚一边薄的现象；

3）坍落度过大（＞100mm）在运输的过程中及振动拔管过程易形成混凝土离析，造成卡管现象，在开挖的桩身上可看到出现在加料口一侧混凝土的石子多而另一侧混凝土砂浆多的现象。

3 拔管速度对管桩施工的影响

考虑到保证桩身混凝土的用量，拔管速度过快易造成缩颈与断桩，而过慢又影响施工效率，因而沉管桩的拔管速度一般控制在1.2m/min以内。结合机械设备及施工场地的土层分布特点对拔管速度与停顿位置等进行了试验研究。设定试验拔管速度为1.5、1.8m/min并采用壁厚12cm的桩进行试验，停顿的位置根据土层的分布情况分别选择8m以上的陆相亚粘土和8m以下的海相软土，停顿时间设定了10、15、20s3种情况；试验对拔管速度与混凝土的投量及拔管速度与管内混凝土的下落关系进行了测试，见表2和表3。

表2 拔管速度对混凝土用量的影响

表3 停顿对混凝土用量的影响

通过对表2和表3的分析，可得出如下结论。

1）拔管速度对充盈系数的影响较小，在一定范围内拔管速度对混凝土的用量并无明显影响。

2）停顿对混凝土的用量影响较大，停顿时间10s以上时混凝土用量急剧增大，特别是停顿深度＞5m时，由于土层对沉管振动的阻力大幅降低且土体的自重对管中混凝土的压力大幅减小，在此位置之上停顿时极易导致沉管中心的土芯上升，从而加大了混凝土的用量。利用好这一点可在桩端部加长停振时间，造成混凝土封底与扩大头，若在桩身中部多停顿数次并延长每一次的时间还可形成“竹节桩”进一步提高单桩的承载力。

4 小应变检测

小应变动力测试技术主要是用弹性波测试检查地基桩体的完整性及长度并可检查出桩体有没有如裂缝、断裂、泥土流入以及缩颈扩颈等桩体直径发生变化等缺陷。

目前该测试技术在钻孔灌注桩、振动沉管桩以及各种预制桩的检测中得到了较广泛应用，测试技术也比较成熟。对该测试方法在现浇薄壁管桩检测中的应用进行了试验研究，在现场对24根桩进行了小应变试验，采用反射波进行检测，主要目的检测桩身结构完整性、成桩类型；同时将小应变检测结果和开挖检测、取芯检测等方法相结合以探讨反射波法检测的适用性。根据桩的弹性波振动时域曲线和频域曲线的表现特征，分析桩身混凝土质量及桩身完整性，对桩身质量作出评价。

试验采用的仪器为国产岩海动测仪，信号采集传感器为加速度计，为了使检测更具有代表性，每根桩均进行了多次测试并采用不同的击发装置和不同的击发与接受距离，通过多次试验，选择正确的击发、接受措施。

从检测结果来看本次小应变试验效果较好，测试的典型波形见图2。测试波速正常，平均波速均在3200m/s左右，除个别桩在上部2m处存在轻微缩径现象外，其余各桩桩身质量良好，桩底反射明显。测试结果表明基于合适的击发和接收装置，采用小应变动测技术测试现浇薄壁管桩的施工质量是可行的，检测结果能较好地反映现浇薄壁管桩的施工质量。