PHC管桩与水泥搅拌桩在地基处理中的应用

周星宇 夏永豪 牟雨龙 闫紫烨 杨 旭

（中电建路桥集团有限公司，北京 100048）

0 前言

当前，软基处理施工技术日益成熟，其中PHC预制管桩与水泥搅拌桩是较为常见且应用广泛的施工工艺，其施工水平对工程实体质量至关重要。由PHC管桩与水泥搅拌桩联合施工应用于软基处理，不仅具有其单独施工的各项优点，还将联合桩间土共同作用形成复合地基，使地基承载力大幅度提高。因此通过对地基沉降及桩基础承载力的计算分析，完善地基处理方案、明确PHC管桩和水泥搅拌桩施工技术要点尤为重要。

1 工程概况

1.1 工程简介

广东江门某道路工程位于江门市蓬江区，沿河挡墙为重力式挡土墙和悬臂式挡土墙，挡墙基础采用Φ600 mmPHC预制管桩+Φ600 mm水泥搅拌桩复合基础。桩长约9m～15m，重力式挡土墙布置2排，间距2.5m，悬臂式挡土墙布置3排，间距2.1m，桩尖采用钢制十字形桩尖，贯入类型采用锤击桩方式。

1.2 工程地质、地形、气候条件

场地沿线周边为未开发的空地，挡土墙右侧有多处鱼塘。根据钻探揭露，岩土层自上而下分别为素填土（Q4ml）；碎石填土；淤泥质土（Q4al）；黏土（Q4al+pl）；中砂（Q4al）；强风化泥质粉砂岩（En）。

工程所在地江门市属南亚热带海洋性季风气候区，常年温和湿润。地区降雨量充沛，年平均降雨量为1785 mm，每年4—9月为雨季，占全年降雨量的83%。

2 地基处理方案计算

2.1 天然地基承载力核算

作用在挡墙基底的荷载主要为挡墙自重、施工荷载及自然荷载等，基底应力按材料力学偏心受压公式进行计算，如公式（1）所示。

式中：Σ—作用在挡墙基底的全部竖向荷载；—挡墙基底计算面积；ΣW、ΣW—作用在挡墙基底的全部竖向荷载和水平荷载对基底底面形心轴、的力矩；W、W—挡墙基底底面对该底面形心轴、的面积矩。

根据公式（1）及其释义，不同工况下挡墙基底应力计算成果见表1。

表1 挡墙基底应力计算成果表

根据表1计算结果可知，最不利工况为特殊组合下的地震工况，其最大基底应力为221.45 kPa，而根据地勘报告显示结果，该地层的基底应力允许值为100 kPa，考虑1.2的安全系数，基底应力允许值为120 kPa，显然该部位的天然地基承载力不能满足要求，须进行地基处理。

2.2 地基处理方案概述

首先将部分施工区域划分为试验区域进行沉降计算，计算结果作为地基处理后的沉降标准，再根据计算结果，对施工区域按A～I划分9个控制区域进行沉降及承载力计算，从而进行沉降理论计算与管桩数量分配，最后以成桩检测结果为事实依据验证理论计算结果。

2.3 沉降、承载力计算

沉降量计算采用各土层分层总和法进行计算，计算如公式（2）所示。

选取的试验区面积为20m×40m，根据第三方勘察报告以及参考其他类似工程项目经验，淤泥、黏土、砂质黏土、砾质黏土压缩模量（单位：MPa）依次为1.81、15、25、25，经过计算（计算过程不做叙述，后同），试验区复合地基沉降量为28.76mm，考虑到试验区范围内实际地质情况并不一定与勘察报告完全吻合，其计算沉降量按30mm进行控制。

在9个控制区域（表述为A、B、C、D、E、F、G、H、I区域），按照公式（2）的计算方法，在地基沉降量达到30mm时，上述各区域所承担的荷载见表2。

表2 沉降达到30mm时各区域所能承担荷载

管桩所承担的荷载可由沉降计算公式反推而得，如公式（3）～公式（5）所示。

根据勘察报告，各岩土层的桩周摩阻力系数如下。淤泥层（8kPa）；淤泥质土（14kPa）；黏性土（33kPa）；持力土层（45kPa）；持力层的桩端阻力系数为2800 kPa。按上述公式（4）及公式（5），计算出A～I区域所承担的荷载；按公式（6）计算出A～I区域的承载力，计算结果见表3。

表3 各区域管桩承载力及沉降量为30mm时管桩承担荷载值

根据前述表2及表3计算结果，结合A～I各区域管桩数量，按公式（2）计算出加固后各区域的沉降量，计算结果见表4。

根据表3计算结果可以看出，管桩承担的荷载满足其承载力要求；根据表4计算结果可以看出，施工区实际沉降量与试验区沉降量基本吻合。

表4 各区域管桩增设数量及加固后各区域沉降量

2.4 成桩静载试验检测

现场随机选取A区、C区、G区各一根（编号依次为1#、2#、3#）进行单桩静载试验，最大加载情况下各部位实际沉降情况如表5。

表5 单桩静载试验最大加载情况下各部位实际沉降值

从以上检测结果可知：1）当压力达到最大值时，桩身沉降最大值为17.5mm，与试验区及施工控制区计算结果略微不同，原因是因为现场各区域地质条件与勘察报告并不完全吻合，地下各土层的计算长度与实际长度有所不同，导致计算结果不同。2）当桩身承担荷载在900 kN时，实际沉降量为4.5 mm～10 mm，平均为6.5 mm，加固效果完全满足规范及预期理想。

3 PHC预制管桩及水泥搅拌桩施工控制

3.1 PHC预制管桩施工

施工参数确定如下。1）正常贯入度：2cm～3cm/10击。2）落锤高度：1.8m。3）锤垫厚度：150mm～200mm。

技术要点如下。1）由测量人员根据图纸规定的PHC预制管桩间距、尺寸等用网格法精准放样每根桩的中心点位，并加以标识，桩位误差应控制在2cm以内。2）根据设计图纸中的桩位布置确定施工顺序，可按由内往外或按长度方向通长施工的方式进行管桩施工，并宜遵守先深后浅、先长后短的原则。3）管桩施工过程中应保证连续性，尽量避免停歇。4）工程桩在施工前，应根据当前管桩施工桩长，在匹配的工程桩身上以“m”为单位划出长度标记，并按从下至上的顺序标明桩的长度，以便观察桩的入土深度及记录每米沉桩锤击数作为原始记录。5）当进行接桩时，下部节段桩头宜高出地面50cm～100cm。接桩时，上下节段应保证顺直，接口处应保证接触紧密，错位误差应在5mm以内。6）送桩深度宜控制在2m～6m，根据设计要求使用钢制送桩器。同时以硬质材料制作锤垫设置于桩帽之上。7）单桩总锤击数宜控制在2500击之内，同时，管桩最后1m的锤击数应不超过300击。收锤贯入度控制标准应通过试验桩确定（一般情况下为20 mm～50 mm/10击）。8）收锤后，可采用灯光探查或下放管道摄像头进行管桩内部检查，检查完好后需及时向管桩孔底灌注1.5m高的C30封底混凝土（具体要求以各项目设计图纸为准）。9）管桩施工完成后，须采取适当措施保护桩头，回填送桩空洞，并做好覆盖，设置保护标识并加以提醒过往行人与车辆。

PHC预制管桩进场时须额进行验收，验收检测管桩尺寸允许偏差表见表6。

表6 PHC预制管桩尺寸允许偏差表

3.2 水泥搅拌桩施工

施工参数确定如下：1）钻进、提升速度，=0.5m/min～0.6m/min。2）搅拌速度，=40r/min。3）喷浆时管道压力为0.25MPa<<0.4MPa。

施工技术要点如下：1）搅拌桩机移动至桩位标记处，进行桩位对中及垂直度调整，桩位误差不超过2cm，垂直度误差不超过0.5%。2）在启动搅拌桩机前，须确保冷却水已进入正常的工作循环。启动电动机，使钢丝绳的受力放松，钻杆沿着导向架进行钻孔。3）钻机钻进过程中，进行水泥浆配制，配比按照试验确定的数据进行控制，过筛后投入集料斗。4）浆液拌制时应按照先水后灰的顺序进行投放搅拌，单盘搅拌时间至少4 min，保证水泥浆搅拌均匀。5）钻进到设计深度后，应使钻头在孔底停留30s后方可开始注浆，并根据设计要求或试桩确定的提升速度及注浆速度进行边提升边注浆；提升至设计标高时，应保证为本次搅拌桩施工配置的水泥浆刚好用完，不得有剩余。6）水泥浆在泵送前首先进行润管处理，即通过对管道提前通水以达到湿润管道的目的，便于顺利泵送水泥浆。7）在钻孔过程中，如遇地下阻碍等原因导致无法完成后续钻孔任务时，应当现场记录当前钻进情况及各项指标数据，并立即通知监理、设计等单位，共同确定补救措施，并按指令进行后续施工。8）待上述步骤完成后，须重复进行一次下沉及提升操作，以达到复搅目的。9）单根搅拌桩施工完成后，须在移动前对桩机各个构配件进行清洗，将料斗及管道中剩余的浆液清洗干净，同时将外表附着的泥土或杂物一并清洗，然后才可以移动桩机至后续桩位进行施工。

水泥搅拌桩施工过程中应当加强质量控制，施工验收允许偏差见表7。

表7 水泥搅拌桩施工验收允许偏差表

4 结论

当前，PHC预制管桩和水泥搅拌桩施工工艺已应用到很多工程领域，这对当下地基处理工程的建设具有重要意义。该文所述的联合施工法，不仅结合了PHC预制管桩和水泥搅拌桩各自施工工艺的优点，还提高了复合地基整体稳定性，使其承载能力大大提高，有效解决了沿河地段地基承载力不足、地基轻微液化等问题，进而起到加固地基的作用。基于此，对PHC预制管桩与水泥搅拌桩联合作用技术进行研究，更具有现实意义，并为软基处理工程提供参考。