浅谈薄壁管桩（PCC桩）在高速公路软基处理中的应用与效果

■汪利清

（广东省核工业地质局二九三大队广东广州510800）

浅谈薄壁管桩（PCC桩）在高速公路软基处理中的应用与效果

■汪利清

（广东省核工业地质局二九三大队广东广州510800）

现浇薄壁管桩技术在高速公路软基处理中起着非常重要的作用。高速公路软基处理的好坏，与道路在计划运营期内的路况良好度、行驶车辆的速度以及是否可以安全行驶等有着密切的关系。因此，处理好高速公路软土地基的工作对于高速公路的整体修建是非常关键的问题之一。现浇薄壁管桩是复合地基的一种全新技术，它具有桩直径大、桩间距大、单桩承载力高、混凝土用量省、工后沉降小和可以处理深层软土等的优点。

现浇薄壁管桩 软基处理 高速公路 PCC桩应用

1　前言

高速公路软土地基的处理,是关系到能否在计划营运期内保持道路路况良好、保证行车速度及安全运行的关键问题之一。随着我国在软土地基上修建高速公路数量越来越多,已经积累了相当丰富的经验,对软基处理的设计、施工工艺、设备、材料、检测等手段已逐渐趋于成熟。但由于软土性状千差万别、地质资料代表性的局限及设计参数误差等因素影响,往往使处理后的效果与设计预想产生较大差异。

2　现浇薄壁管桩技术概述

现浇薄壁管桩又简称PCC桩，是一项软基处理的新技术。它结合了振动沉管桩、振动沉模薄壁防渗墙和预应力混凝土管桩等技术的优点。PCC桩的成桩工艺采用的是振动沉腔灌注法。该法方采取的是自动排土振动灌注而成桩，是依靠管腔顶部的振动力将里外双层套管所形成的环形腔体自动沉入事先预定的设计深度，再在腔体内灌注混凝土，然后振动拔管。此时，环形域中的土体与外部土体之间便形成了混凝土管桩。这样的一次性直接成管桩的新技术，使得混凝土在槽孔内保持有良好的稳定性和充盈性。

与预制桩和传统的实心桩相比，PCC桩具有以下几方面的优点：首先是PCC桩的表面积大，使得单方混凝土的承载力高；其次，可节省大量的混凝土原材料，从而减少预算，降低成本造价；然后，由于该桩的成桩工艺采用了振动沉腔灌注法，以及设备自身的优点和灌注混凝土量的减少，使施工速度比钻孔灌注桩和静压桩以及其他一般的沉腔灌注桩要快，而且，成桩质量更稳定，可沉桩也较深；此外，由于PCC桩桩身表面积大，单桩承载力高、影响面积大、加固范围大，该桩型的成桩质量稳定，能够沉桩较深，使桩体与桩周的土形成了刚性复合地基，进而大幅度的提高了承载力。而且，该桩的可调性强，能够有效的减少沉降，提高地基的稳定性。目前，PCC桩在高速公路软基处理中已得到广泛的应用，使用效果也很好，对软土地基处理问题有了很大的帮助。

3　PCC桩复合地基设计计算

PCC桩是一种新型桩，其设计计算理论尚不完善。已有学者从理论上对其进行了研究PCC桩复合地基为竖向增强体复合地基，竖向增强体复合地基承载力计算通常有两种思路：一种是先分别确定桩体的承载力和桩间土的承载力，根据一定的原则叠加这两部分承载力得到复合地基的承载力，这种方法称为复合求和法：另一种是把桩体和桩间土组成的复合土体作为整体来考虑，确定复合地基的承载力。在进行承载力验算时，从偏于安全的角度出发，对桩芯土体提供的承载力以及桩的端阻力均未作考虑。PCC桩复合地基沉降计算分为两部分：加固区土层压缩量S1和下卧层压缩量S2。S1的计算方法主要采用复合模量法，将复合地基加固区中增强体和基体两部分视为一复合地基，采用复合压缩模量Ecs来评价复合土体的压缩性，即是利用Esp=Epm+E/(l～m)来计算，采用分层总和法计算加固区土层压缩量,即是利用S=∑σzi×hi/Esi。计算S2时，作用在下卧层上的荷载比较难以精确计算。结合目前工程中实际情况，PCC桩采用压力扩散法计算。

结合场地地质条件，本次PCC桩设计设置了7个参数不同的加固区，在各区中分别采用了如下几种设计参数，桩径：1000mm，1240mm；壁厚：100mm，120mm；间距：2.8m，3.0m，3.3m；桩长：16.0m，18.0m。为了保证桩与土共同承担荷载，并调整桩与桩间土之间竖向荷载及水平荷载的分担比例以及减少基础底面的应力集中问题，在桩顶设置褥垫层。本次PCC桩设计采用了两种褥垫层方案：50cm碎石加两层土工格栅；60cm灰土加两层土工格栅。为利于PCC桩受力，将桩顶标高50cm桩芯土体取出，并重新回填50cm 厚C15素混凝土至设计标高封顶。PCC桩平面布置采用方形布置。管桩布置图如下所示。

PCC桩平面布置图

B～B横断面

4　PCC桩质量检测

PCC桩是一种新型的桩型，它具有桩直径较大，桩间距较大，混凝土用量省和工后沉降小等优点。其中，单桩混凝土提供的承载力比其它桩型混凝土提供的承载力有明显的提高。不过，一方面，由于PCC桩与其他桩型相比，壁厚较薄，因此使得对其质量要求比较严格。不仅要严格地执行管桩的施工要求，而且成桩以后的质量检测也要非常重视。为了更好更有效的检查PCC桩的施工质量，检测混凝土浇筑的连续性、完整性和均匀程度等，可采用开挖检测法和低应变测试法对管桩进行检测，低应变检测数据按百分之十的比例来控制。

另一方面，鉴于PCC桩的桩型与实桩的不同，动力检测时，在桩顶测试的四点必须是均匀对称的，可采用铁锤、尼龙棒等击发方式。选择最佳的击发和接收距离，对测试波曲线进行采集。最后，可从检测结果判断出低应变试验的效果是否满意。可以从得出的波形图中，获取各桩身的质量情况等。另一种方法，即开挖检测法，是检测各种桩质量的最直观有效的方法。可以现场开挖多根桩，然后根据开挖的情况，来判断施工的PCC桩内外壁的光滑完整度。检测是否有断桩、夹泥、凹陷、离析等不良现象，进而可以判断施工的质量。在有的开挖检测中，出现有这样的现象，即：个别桩的桩顶一米左右的区域内出现壁厚不均匀或桩倾斜。经研究分析得出，此现象主要是因成桩后移机过程中沉管挤压推动地表多余的混凝土引起的。如果，在以后的施工中，拔管后，移机前将桩顶多余的混凝土彻底清除，并将沉管尽量向上移，且移机时桩机的管尽量不从刚施工好的桩顶压过，这样，便不会再出现桩顶部分区域的壁厚不均匀或倾斜等现象。

工艺流程

5　PCC桩在施工方面的工作

5.1施工准备

（1）施工材料与机械设备的准备。采用经检验合格的打桩机, C15混凝土采用商品混凝土。

（2）施工前首先进行3根试验桩施工,以确定施工工艺、技术参数等,保证单桩承载力要求。待桩施工完成14d后进行单桩承载力试验和桩身完整性检测,经检验合格后再大批进行施工,且要严格按试桩得到的参数进行施工。

（3）桩位放样。首先放出中心点。要求中心点的位置偏差<150mm。另外场地南侧和北侧距边界外5m处设放两条基准线,随时校测场地内桩位中心点的位置因打桩而造成的偏差,在验收合格后,再按正三角形平面布桩,桩距3.0m。

5.2施工方法

（1）沉桩施工。桩径不小于设计桩径;桩壁厚度不小于设计厚度。保证主机机身施工时处于水平状态,保证导向架的垂直度,偏差不超过1%。在施工过程时处于水平状态,保证导向架的垂直度,偏差不超过1%。在施工过程中如果遇沉管小角度偏差可以利用桩机自身作适当调整,如果发生严重倾斜应终止沉桩,查明原因后再施工。沉管时,采用在沉管和主塔上做标记的方法确认桩尖是否达到标高,以上两项请监理验收合格后再进行下道工序。

（2）混凝土浇注。沉桩到达设计标高后通过使用测绳放入空腔来测定腔体内是否进泥、进水并请监理验收。淤泥厚度<30cm时不予处理;>30cm时,应重新沉桩。

混凝土通过沉管上部料口灌入腔体内,一次性加满,沉腔12cm壁厚起到了导管的作用不会造成混凝土的离析。沉管在上拨过程中前台操作人员用锤敲击外沉管判断混凝土是否相对沉管下落,以此判别活瓣打开与否,如果活瓣没有打开应拨出沉管重新成桩。全部拨出地面后使地下土体形成12cm厚管状土模保证了成桩的壁厚。

在灌注桩身混凝土之前,应根据工程施工经验,结合地质报告预估充盈系数,计算投料体积。灌注混凝土至桩顶标高,如桩顶离自然地面较近,需拔管超注时,应注意不宜拔得过高(用铁锤敲击外管判断),应以控制在桩需注入的混凝土量为限。

沉腔内灌满混凝土后开始拔管,再确定活瓣打开的情况下边上拨边投混凝土,至桩管全部拔出。详细地记录灌注混凝土量,充盈系数严禁<1.0,一般为1.3。

（3）振动拔管。沉腔达到设计深度后开始灌注混凝土、拔管,拔管速度控制在1.2～1.5m/min;在拔管过程中,应保持管内混凝土面始终不低于地面或高于地下水位1.0～1.5m以上。至桩顶2.0m左右时一次性拔管到地面,对于地层变化的地段,由硬土层到软土层或由软土层到硬土层的界面处应降低振动拔管的速度,一般应控制在1.0m/min以下。

沉管全部拔出后振动数分钟使粘在管壁内的混凝土振落,并在每天收工时用水冲洗内管,如沉管内有残余混凝土可在其凝固后通过敲打外管管壁和开动锤头震动的方法除去。保证混凝土下落通畅。

固体含量与水泥含量的比值

（4）移机。重复上述步骤,进行下一桩的施工。

6　结束语

管桩的发展早在上世纪六十年代末已经开始，从上世纪六十年代末的PC管桩，到七十年代的先张法预应力混凝土管桩，再到从日本引进的PHC管桩等，一直到现在相对更加完善的PCC桩。管桩在近二十多年的发展历程中，不断得到完善和改进。随着生活水平等各方面的发展，道路水平也在不断提高。为了人们的交通更加便利，国家更好的发展，修建的高速公路也越来越多。但是并非所有土地的地质都很好，其中就出现有很多的软土区域。PCC桩在高速公路软基处理中发挥了非常重要的作用，担任着尤其重要的角色。目前，现浇薄壁管桩技术在高速公路软土地基处理中已得到广泛的应用。

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TU471.8文献码]B

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