薄壁筒桩技术在软基处理中的应用及试验研究

张孝富

摘要：本文以我省某高速公路软基处理为基本对象，研究了桩基工程的创新技术薄壁筒桩的技术工艺原理以及该技术与现有各种桩基比较下所具有的特点，对其经济技术指标进行了分析，并对其软基处理效果进行了归纳，在现场试验分析研究基础上，得出薄壁筒桩应用于高等级公路软基处理效果良好的结论。

猀键词：桩基工程；软基处理；薄壁筒桩；高等级公路

Abstract: This paper handling the province of a highway soft foundation for the basic object, to study the technical process principle of pile engineering innovative technology of thin-walled tube piles and the characteristics of the existing pile, analyzed its economic and technical indicators, and summarized its soft foundation treatment effects, on the basis of the field test, put forward the study of drawn thin wall pipe pile used in the conclusion of the soft foundation treatment effect of high-grade highways.Key words: pile works; soft foundation treatment; thin-walled tubular pile; high-grade highway

中圖分类号： TU473.1文献标识码：A文章编号：

1 概述

我省某高速公路是国家重点公路建设规划的一条纵向公路，也是我省交通建设重点规划的项目之一。公路全长111.495km，其中桥长30.5km，占全线29.9%，软土地基处理占74.6km，占全线73.1%。软土孔隙比1.047~1.210，压缩系数0.53MPa-1~0.87MPa-1，各合同段一般均有20m~25m的深厚软土，其中11，14，15合同段最深厚处可达34m~47m。设计采用了塑料排水板、水泥搅拌桩、预应力管桩等7种地基处理方法，根据桥头、箱头或一般路段，分别采用欠、等、超载预压处理，其中采用筒桩+土工格栅处理软土层深度较厚并且填土较高的桥头、涵洞、通道等路段。我国目前的主导桩型有钻孔灌注桩、振动灌注桩、人工挖孔桩、预应力管桩、预制方桩以及用于软基处理的各种柔性、半柔性桩(如水泥搅拌桩与粉喷桩、砂石桩或碎石桩)。

2 薄壁筒桩施工工艺原理及流程

预制环形桩靴，桩靴上部凸出，下部呈环锥状；施工时把环形桩靴套入内外套管之间，内外套管的下端面与桩靴上部环形凸面的内外侧相接触；套管上部与压盖相连，内套管上部锥管穿过压盖，插入施力压头与出泥孔导通；将桩靴尖头压入土层；接着振动下沉，在成筒形孔的同时亦同步自动排出软土；放入钢筋笼，灌注混凝土，最后拉出内外套管即成筒状桩基。其施工流程如图1所示。

为了选择桩型，在桩基工程论证中，根据勘测部门提供的初勘资料，以同一钻孔进行单桩承载力分析比较，现以薄壁筒桩承载力为基础，计算各桩混凝土量进行造价分析，对现浇薄壁筒桩与目前我国使用频率较高的4种传统桩型振动灌注桩、钻孔灌注桩、预制方桩、预应力管桩作出技术和经济指标的初步对比(见表1)。

从表1可知，对比中选用的现浇薄壁筒桩的外径1000mm，内径880mm，筒桩壁厚0.12m，纵然如此，它亦较4种对比桩型造价低。此外，还应指出，所做的桩基础对比并未考虑现浇薄壁筒桩的内侧摩阻力及桩靴的桩底反力。因此，现浇薄壁筒桩实际的单桩承载力明显超过2990kN。

表1桩基础方案比较

3试验概况

选取K8+662~K8+715路桥过渡段筒桩处理软基试验段数据进行分析，场地地处冲湖积平原，地形平坦。采用筒桩对其桥台过渡段进行变刚度地基处理，设计筒桩均为外径1000mm，壁厚120mm，混凝土为C25，试桩S1的桩长为20m；S2的桩长为25m。试验段共选取5根单桩和一组四桩复合地基竖向静载荷试验。同时，选取桩长18m，分三种情况进行试验。其中，试桩A19-1被挖去土心7m，试桩A19-2的土心18m全部挖去，以便进行对比试验。

3.1单桩竖向静载试验

试验采用慢速加载法，试桩结果见图2及表2。从图2试桩曲线可见：试桩曲线平缓光滑，无明显的拐点，说明筒桩在力学性质较差的土层中亦能表现出良好的受力特性。

由表2可见S1和S2的桩型均表现出良好的承载性能，桩长25m筒桩的极限承载力1200kN，桩长20m的筒桩极限承载力已达900kN。这说明：桩周土力学特性较差时，桩长对桩竖向承载力的影响不很明显；而当桩周土力学性质较好，适当加长筒桩长度可获得较大的承载力。测试表明：空心桩的单桩承载力值比实体桩要低，约低20%~30%。由此可证明，内侧摩阻力确实存在，提高量值一般在20%~30%。

3.2复合地基试验

四桩复合地基试验，桩长均为18m，桩间距2.5m，以粉质黏土为持力层，主要是通过承台试验了解群桩效应对承载力的影响和桩土应力分担比，并在桩顶土体不同位置埋设了土压力计，测试结果见图3，图4。结果表明，在试验加荷结束时仍无明显拐点出现，说明群桩仍未破坏。

由图4可看出，桩间土中心点处平均应力与桩侧平均应力大致相同且分担的应力较小，随荷载的增加变化不明显，但桩土应力比随着荷载的增大而增大，荷载越高，应力比增大的也相对较快，对于沉降到9.57mm时，承载力主要由筒桩承担，约占总承载力的70%~80%。同时可看出，由于群桩效应，承载力衰减百分量小于10%，这是因为到5000kN时，群桩荷载仍未达到极限，

由单桩竖向承载试验可知，四根桩最大荷载5600kN，故可以分析桩间距2.5m时，筒桩承载力富余量大，桩间土压缩变形小，群桩效应不是特别明显。

4 薄壁筒桩技术在软基处理中常见的问题及解决措施

4.1漏水漏泥的处理

筒桩成孔器的内腔在沉孔后至少应在少水少泥的状态下进行混凝土灌注，以保证筒桩桩身混凝土的质量要求。若止水止漏泥技术未实施，在地下水发育地带施工，筒桩的中下部混凝土易产生离析。开挖后，混凝土薄壁宜坍塌，故在沉孔前，在沉管与桩尖之间垫上止水编织袋、胶布、棉布、麻布均可。

4.2严重偏斜的原因及处理

产生严重偏斜的原因是桩基架未水平及沉管器垂直度未控制好或初始激振力过大，需要重新调整桩基机架水平，将已沉孔的沉管提起，重新调整沉管器垂直度，再次沉管，缓慢沉孔，激振力均匀加大。

4.3沉孔困难的原因及处理

沉孔困难的原因分两种：一种是沉管即将沉至持力层而产生下沉困难，可能是地质条件发生变化，可以通过现场地质勘查或根据最后的贯入来判断是否终孔；第二种沉孔困难发生在沉孔过程中，离设计标高有较大差距，主要原因是沉孔器桩尖遇到了障碍物，如遇漂石或木头等障碍物，处理方式为，移位避开或冲击冲掉，筒桩如遇沉孔困难时，严禁强行激振，否则会振坏桩尖，严重的还会损坏沉孔器。

4.4灌注混凝土时桩顶大量冒浆的原因及处理

由于空腔内有水，灌注时容易产生大量冒浆。处理方式为：每次灌注前，需测试孔腔内是否有水，如有水，需抽干水后再进行灌注。

4.5振动时限与混凝土离析的关系

当混凝土长时间振动时，极易导致混凝土离析。一般来说，振动时限控制在10分钟之内较为合适，严禁振动时限超过20分钟。

4.6筒桩壁缺陷的补救措施

经检测后，发现筒桩桩身有较严重的缺陷，就需及时采取补救措施，具体方式为开挖筒内土直至缺陷部位，并将缺陷部位凿除，重新灌注高标号的混凝土，若缺陷严重，可将整个筒桩灌注混凝土#成为实心桩即可。

5 结语

1)现浇薄壁筒桩作为一种新型桩基技术，具有成桩快速、工艺简单、成本低、承载力高、质量易于控制、污染少等特点。

2)在与振动灌注桩、钻孔灌注桩、预制方桩、预应力管桩对比分析的过程中可以看到，薄壁筒桩应用前景非常广阔，经济效益极其可观。

3)在与目前国内广泛使用的钻孔灌注桩进行承载力及经济技术分析发现，在相同条件下，薄壁筒桩不仅造价低廉，而且承载力也在钻孔灌注桩之上，具有良好的优良性能。4)试验表明，筒桩竖向承载力高且总沉降量小，在土质较差的情况下主要以摩擦桩为主。筒桩为刚性桩，混凝土环体与内外土体共同构成复合地基，极大地提高了地基的承载力，地基受力以筒桩为主，约占总承载力的70%~85%，沉降以桩间土为主，而且混凝土桩体壁为一较好的排水通道，有利于桩间土的排水固结，提高地基的强度和稳定性。

参考文献：

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注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。