废旧轮胎桩靴现浇薄壁管桩施工技术及其工程应用

周剑伟,袁航新,朱晓艳

(1.浙江省交通工程建设集团有限公司,杭州 310051;2.浙江大宇交通工程有限公司,浙江 绍兴 312000)

0 引 言

桥头跳车是公路工程建设中常见的质量缺陷,被称为浙江省公路质量的三大通病之一。常见的防治措施包括地基处理、路堤处理和路面处理等多种。近年来,一种具有自主知识产权的薄壁管桩软土地基处理技术被引入地基和路堤处理,在防治桥头跳车方面取得了良好的效果。按照专利资料介绍,最早薄壁管桩采用的桩靴为钢筋混凝土预制桩靴。该种桩靴在实际应用中存在成本较高,需要预先安排场地预制影响工期,另外在施工过程中遇到地质条件变化较大容易出现桩靴偏位甚至破裂等问题。

废旧轮胎被称为黑色污染。据有关资料统计,我国轮胎年产量超过1.5亿条,居世界第三位,每年产生的废旧轮胎超过1亿条,并以每年两位数的速度增长。如何合理处理废旧轮胎,减轻 “黑色污染”,是全社会需要考虑的重要问题。

在上海某高速公路桥头软土地基施工中,进行了废旧轮胎替代预制钢筋混凝土桩靴进行薄壁管桩施工,取得了良好的技术、经济和环境效益,现介绍如下,供相关技术人员参考。

1 施工技术

1.1 工艺流程

废旧轮胎桩靴薄壁管桩施工工艺流程见图1。

图1 施工工艺流程

1.2 工艺原理及操作要点

1.2.1 场地平整

施工前进行测量放样,对场地进行整平,排水通畅,坡度符合路拱坡度。要求土基压实度大于93%,如不满足要求,铺设宕渣或掺加石灰进行处理;如遇填浜处,先按填浜处理方法填至原地面,再施打桩,打桩范围可不铺设土工格栅;遇设涵管处,先清淤填砂,素土填浜,后打桩,桩顶在涵管基础下50cm。

1.2.2 沉桩施工

(1)采用高频打桩锤,锤的选择将根据工程实际地质条件、桩的直径、结构、桩布置的密集程度及施工条件选用。

(2)管桩的直径及厚度不得小于设计值。施工时,主机机身保证处于水平状态,导向架的垂直度不得超过1%。

(3)沉管时若遇到地下障碍物时,及时将桩管拔出,待处理后方可继续施工。

(4)严格控制最后30s的电流、电压值,其值按设计要求或根据试桩和当地经验确定。

(5)沉腔桩靴采用废弃汽车橡胶轮胎。

(6)沉腔内灌满混凝土后,先振动5～10 s,再开始拔管,边振动边拔,每拔0.5～1.0 m停拔振动5～10 s;如此反复,至管桩全部拔出。在一般土层内,拔管速度宜为1.2～1.5 m/min。

(7)桩顶标高以平整后原断面标高为准,桩施打完成后,桩间土整理至地平整平标高。

(8)经监理检验合格后,进入下一道工序。

1.2.3 混凝土浇筑

(1)沉腔达到设计深度后,检查腔体内是否进泥、进水,符合要求后立即灌注混凝土。

(2)混凝土连续浇筑,严禁有夹层和断桩,浇筑后的桩顶标高高出设计标高至少20 cm,浇筑后注意保护桩头,不得在桩头上行走。

(3)管桩的实际浇筑混凝土量不得小于理论计算体积。

(4)混凝土的粗骨料直径:卵石不宜大于50 mm,碎石不宜大于40 mm;坍落度宜为80～150 mm。

(5)浇筑时,混凝土的温度不得低于0℃,当气温低于0℃,采取保温措施。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,根据具体情况对混凝土采取缓凝措施。具体施工可见图2和图3。

图2 成孔器示意图

图3 成桩过程示意图

1.2.4 桩头处理及其他工序

(1)浇筑后的桩顶应高出设计标高至少50 cm,达到龄期后,凿除浮浆层。

(2)桩基 (含桩帽)施工完成后,清理、整平原宕渣面,必要时进行补充填筑,压实后铺设土工格栅。

2 工程应用

项目位于上海的某处,起点桩号K4+300,终点桩号K9+650,全长5 350 m,工程穿越松江区和青浦区,其中道路工程长3 944 m,桥头软土地基处理段总长度800 m,共设计薄壁管桩29372延米。

(1)地质条件

根据地质资料,道路沿线在勘探深度范围内土层分布复杂,自上而下可分为8层、15个亚层,其中①层为近代人工堆填土,②～⑤层为第四纪全新世Q4沉积层,⑥层～⑧层为第四纪上更新世Q3沉积层。该层分布厚度8～15 m,均匀性差,以流塑状为主,物理力学性质较差。

(2)传统桩靴存在的问题

桩靴的作用为切土与止水。活瓣桩靴可以重复利用多次,比较经济。按设计要求,本项目试桩阶段采用活瓣桩靴进行薄壁管桩施工。由于施工区域海相沉积土粘性比较强。成孔器打设到预定位置,灌注混凝土后,由于粘性土的包裹作用,活瓣桩靴无法打开导致混凝土无法正常灌注。在与业主、设计院、监理多次讨论后,变更为混凝土预制桩靴,施工效果明显改善。但由于地下水位较高,钢筋混凝土桩靴密封性较差的问题暴露无遗。

(3)利用废旧轮胎做桩靴解决问题

在当时地质情况下,活瓣桩靴由于粘性土包裹无法打开导致混凝土无法正常灌注,改用混凝土预制桩靴后,又因为地下水位较高,容易进水,无法保证成桩质量。因此,必须寻找一种既有一定密封性,又有一定强度的桩靴来做替代,经过多方比较,并再次通过专家们讨论决定,采用废旧轮胎代替混凝土预制桩靴。从试桩过程看,新工艺从根本上克服了筒腔进水与进泥土的问题,试桩取得成功。

(4)薄壁管桩施工

设计薄壁管桩直径1 m,壁厚12 cm,根据试桩经验,采用直径为1.05 m的废旧轮胎分割成两半作为桩靴 (图4)。不同的管桩直径,可以选择不同规格尺寸的废旧轮胎。由于当前汽车保有量和物流运输量的不断攀升,废旧轮胎数量也急骤增加,利用废旧轮胎作为桩靴,既节约了混凝土预制桩靴,又变废为宝,解决了废旧轮胎的 “黑色污染”问题,获得了良好的经济和社会效益。

图4 废旧轮胎桩靴

施工机械主要参数见表1。沉桩施工开始,利用机械本身的重量,进行静压沉桩,沉桩5～7 m左右,开动振动锤,振动沉桩,沉桩时间由于桩长不同而不同,15 m长的桩一般控制在20 min左右。沉腔内灌满混凝土后,先振动5～10 s,再开始拔管,边振边拔,每拔0.5～1.0m停拔振动5～10 s;如此反复,至成孔器全部拔出。在一般土层内,拔管速度宜为1.2～1.5 m/min。

沉桩完成、灌注混凝土之前,采用测绳加干净的铁块探头进行薄壁筒腔内的水、泥土检测。将铁块探头通过测绳放置筒腔内,直到底部,并上下拉几次,再将铁块拿出,查看铁块上是否有泥土,或者变湿的现象,即可了解底部有无进水或者泥土。施工中,由于废旧橡胶轮胎与沉管贴合较好,少有进水及泥土现象发生。

表1 DJ120KS-1000-16型振动打桩机振动锤技术参数表

(5)成桩质量检测

施工完成后,按JTG/T81-01-2004《公路工程基桩动测技术规程》要求进行成桩质量的小应变检测和高应变检测。检测结果表明,桩身完整性良好(Ⅰ类桩),极限承载力1 024 kN,满足设计要求。

为了进一步验证桩身质量,对典型桩进行了开挖(图5)。开挖情况表明,桩体内、外壁表面光滑,壁厚检测在15～18 cm之间,符合设计的要求,总体呈波状起伏,未发现薄壁坍落、严重缩颈等不良现象。少量桩也存在桩头浅部存在壁厚均匀度差、局部凹陷或扭曲,原因为成孔器拔出后,无导向器、轻微晃动或筒体内排土塌落所致。

图5 桩开挖后的照片

3 结 语

(1)针对实际项目,根据特殊的地质条件,对薄壁管桩施工工艺特别是桩靴进行了改进,废旧轮胎桩靴与活瓣桩靴相比,可以防止活瓣桩靴被粘土包裹无法打开的问题出现,与钢筋混凝土预制桩靴相比,可以防止地下水渗漏和自身被震裂破碎的问题出现。因此,用废旧轮胎替代活瓣桩靴和钢筋混凝土预制桩靴,在工程实际应用中取得了良好的技术、经济和环境效益,为处理废旧轮胎黑色污染提供了一条新途径。

(2)通过工程计算分析,混凝土的充盈系数较大,需要在进一步试验研究的基础上,建立轮胎直径、筒桩直径与成桩直径之间的经验关系,为设计提供依据。

[1]JTJ 017-96,公路软土地基路堤设计与施工技术规范[S].

[2]DB33/1044-2007,大直径现浇混凝土薄壁筒桩技术规程[S].

[3]费康,刘汉龙,周云东,等.现浇混凝土薄壁管桩单桩性状简化分析[J].河海大学学报:自然科学版,2004,32(1):59-62.