试论软基加固中预制管桩施工技术的应用

2020-09-10郑建章李改玲

交通科技与管理 2020年7期

郑建章李改玲

摘要：自改革开放以来，我国公路事业迎来了高速发展时期，伴随公路项目规模的持续扩大，越来越多项目修建于不良地基之上，尤其是软土地基。软土地基物理力学性能较差，对路基稳定性和承载能力影响很大。为此，本文结合具体工程案例，提出了两种加固方案，经试验分析可知，预制管桩在软基加固中应用效果显著。

关键词：软基加固;预制管桩;工程概况

中图分类号：U416.1 文献标识码：A

1 软土地基的概述

对于软土地基，其定义是指含有大量有机物质的强度低、压缩性高的软弱土层。由于软土强度低、具有较大沉降量，若处理不好，往往会严重影响施工质量，甚至影响行车安全。相比其他地基，软土地基的物理力学性质存在很大不同，其特点如下：

（1）高压缩性。软土的孔隙比在1以上，且具有较大含水量，容重小，土内含有大量有机物质，因此，具有较高压缩性，稳定性不足。在条件相同的情况下，软土塑限值越大，则软土的压缩性越高。（2）抗剪强度低。软土地基的抗剪强度不高，因此，在施工现场，可做原位试验。（3）透水性低。软土具有较低的透水性能，垂直层面基本不存在透水情况，不利于排水固结，沉降时间长，进而会对地基强度造成一定影响。（4）触变性。作为一种絮凝状结构性沉积物，软土未遭到破坏时，则具有一定结构强度。若被扰动，破坏结构，强度将快速下降，甚至被稀释，这就说明软土具有触变性的特点。在振动荷载作用下，软土地基很可能发生侧向滑动、沉降等情况。（5）流变性。土的变形在荷载持续影响下，伴随时间的增加，其变形量将越来越大。相比瞬时强度，其长期强度较小，不利于地基稳定。（6）不均匀性。粉细砂透镜体是软土层常见的夹杂物，此物质在平面、垂直方向上差异性极为显著，基于此类物质的存在，往往会出现地基不均匀沉降现象。

2 工程概况

某公路工程为双向四车道，沿线分布大量软土，为第四系冲洪积堆积体。在地表和地下水的长期作用下，表层黏土和淤泥质土受到了很大影响，具有孔隙率较大、承载力低等特点，呈流塑-可塑状态。地下水位于天然地面以下1.5 m，按照由上而下的顺序，该区域岩土层分别为粉质黏土、淤泥质土、圆砾土。最初，为解决软弱地基问题，决定采取堆载预压+合袋装砂井排水固结方案，虽然该处理方法在软基加固当中技术相对成熟，且具有良好的应用效果。但存在工后沉降大、工期紧张等缺点。基于此，必须根据工程实际，合理选择软基加固方案。

3 施工方案选择

结合本工程实际情况，提出了两种软基处理方案，即预制管桩和水泥搅拌桩处理方案。软基处理方法的具体应用情况如下：

（1）水泥搅拌桩。水泥搅拌桩施工中，采用的固化剂为水泥、石灰等材料，利用深层搅拌设备，强制搅拌软土和固化剂，从而产生一系列的物理化学反应，增强地基的强度、整体性。这种施工方法的优点如下：第一，固化剂掺入土层内，可大幅提升原有土层的利用率;第二，于周边建筑物来讲，搅拌沉入基本不会造成影响;第三，选择固化剂时具有很强的灵活性，可根据地质土质情况，合理选择;第四，施工过程中，噪音、污染不大。其缺点为施工质量控制难度大，深层加固效果有限等。据相关规范可知，水泥搅拌桩适宜处理深度在15 m以内，最大处理深度为15 m。允许路堤最大填高为6 m～8 m，处理后地基承载力为140 kPa。

（2）预制管桩。预制管桩法是指预制钢筋混凝土预应力管桩经静压桩机或者动力打桩机向沉入地基，通过管桩将地面荷載传递给深层硬土层，与此同时，桩间土也可承担一定荷载。桩承式加筋路堤是预制管桩的加固原理，是指利用路基填土的土拱效应，将主要荷载作用到桩上，通过对桩间距、桩帽大小等适当调整，进行单桩承载力设计，加固地基。其优点在于施工控制简单、技术工艺较为成熟，多在深厚软土地基加固中应用。据相关规范可知，预制管桩适宜处理深度在6 m～30 m，最大处理深度为40 m。允许路堤最大填高为8 m～10 m，处理后地基承载力为200 kPa。

4 水泥搅拌桩试桩施工要点

基于本工程具有较高地下水位，且高压缩性淤泥质土为表覆土体，15 m为路基最大填筑高度，在施工中极易出现剪滑破坏及沉降过大现象。因此，加固时决定采用水泥搅拌桩法。其参数为0.5 m桩径、1.5 m桩间距，布设按正三角，15 m为平均处理深度。为了保证施工质量，采取P.O 42.5水泥为固化剂，按照被加固土质12%～20%的比例掺入，并在0.45～0.50之间控制水灰比。为了检验水泥搅拌桩加固方案是否可行，需做试桩试验分析。

（1）试验分组。按照工程实际情况，水灰比控制在0.45～0.50之间，为此，本文选取4个试桩进行两种水灰比对比分析。即0.45、0.50，水泥掺量同样选取两类，即14%、18%;并按照不同施工工艺进行对比分析。分组试验情况如下：

桩号1：采取“二喷二搅”，水灰比0.50，水泥掺量14%;桩号2：采取“二喷二搅”，水灰比0.45，水泥掺量14%;桩号3：采取“0 m～7 m二喷二搅”、“7 m～15 m二喷四搅”，水灰比0.50，水泥掺量18%;桩号4：采取“0 m

～7 m二喷二搅”、“7 m～15 m二喷四搅”，水灰比0.45，水泥掺量18%。

（2）施工工艺。按照施工要求，具体流程为桩机就位—搅拌下沉—喷搅提升—正循环搅拌喷浆下沉—重复搅拌喷浆提升—移位。

（3）试验检测分析。成桩7d之后，查看桩头情况，可知，4根试桩桩头处水泥土搅拌具有均匀性，且桩径相比设计值略大一些。成桩28d之后，再次进行载荷试验。通过试验可知，4根试桩的承载力特征值在115 kPa～127 kPa之间，均无法达到规定值150 kPa，表明承载力不足，无法满足施工要求。

5 预制管桩施工要点

为了检验预制管桩在软基加固中的应用效果，本文采取PHC管桩加固处理。具体参数为0.4 m管桩外径，2.5桩间距，布设形式为正三角性，保证桩端从软土层穿入，直至持力层。结合施工现场情况，选取标准长度8.0 m、10.0 m、12.0 m的桩型焊接接长组合的PHC管桩选用标准长度，以静力压桩法为主要压桩方式。具体施工流程如下：

（1）清表整平。施工前，需保证施工作业面清洁、无杂物。要利用机械设备提前清理干净地表杂物，比如树根、草皮等，若部分软土路段，可直接采取片石换填，随后通过压路机进行压实整平。为避免管桩被水浸泡，可提前挖设临时排水沟。

（2）桩位放样。根据设计图纸等要求，准确确定桩位坐标，并做好编号。桩位放出后，通过石灰进行标注。

（3）压桩。桩机移机到施工桩位，在与管桩一端相距0.3L处绑扎钢丝绳并进行起吊，随后放入桩机进行压桩施工。开启压桩设备后，为避免因挤压出现土体隆起现象，应按照“中间-四周”的顺序进行沉桩。

（4）接桩。接桩过程中，上一节沉桩桩头应在地面1 m

以上，新接桩节要和原装节轴线统一。焊接前期，要清理干净接头部分的锈蚀、泥污。此外，为加快焊接速度，可同时采取2台焊机进行施工。当焊接完接头后，需放置8 min进行自然冷却。

（5）試桩检测。按照施工现行规范规定，软基加固施工中PHC管桩单桩承载力特征值需控制在750 kN以上。通过试验检测可知，本工程静载荷仪加载至最大值1 500 kN，对应沉降量为2.91 mm，满足相关规定。由此表明，在软基加固当中PHC管桩效果显著，可达到施工要求。

6 结束语

综上所述，经试验检测可知，水泥搅拌桩加固土体的有效深度较小，且桩基承载力不足，适用性不强。但是PHC管桩的应用，无论是单桩承载力，亦或是沉降量均可达到规范要求，由此说明，预制管桩在软基加固中具有良好的应用效果。

参考文献：

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