浅谈现浇混凝土管桩在软土地基处理应用
关键词：现浇混凝土管桩，软土地基，处理，应用
我国地域辽阔，地质条件极为复杂，特别是在沿海地区及内地湖河沉积地区存在着许多复杂的软土地基，在这些地质条件下修建高质量的公路及建筑物都要进行软基处理，以增加地基的稳定性及减少沉降，软基处理方法的选择对工程质量、工期和经济效益均有重要的影响，寻求使用较少的混凝土方量，以实现造价低、承载力高，并且地基的稳定性增加明显的新桩形成为岩土工程界的迫切需要解决的问题，正是考虑到实心桩及预制管桩的不足，工程实践中开发了高效经济的现场浇筑混凝土管桩软土地基加固技术和施工工艺，且已开始在高等级公路中推广应用。本文就现浇混凝土管桩在公路软土地基处理中的应用谈一些体会。
一、工程概况
某公路工程地基土层为8m～18m深粉质粘土，设计路堤填土最大高度为6.0m，通过堆载预压、真空预压、粉喷桩等方案比较，最终确定了浇筑混凝土管桩复合地基加固技术方案，设计桩长从6m～11.8m不等，设计直径1000mm，壁厚120mm，混凝土等级C20，坍落度5cm～8cm，桩间距横向3.0m，纵向间距排与排之间3.5m，采用正方形布置，设计7.8m长管桩竖向极限承载力600kN。
二、现浇混凝土管桩技术简介
1、现浇混凝土管桩技术优点
现浇混凝土管桩技术吸收了预应力混凝土管桩、振动沉管桩和振动沉模薄壁防渗墙等技术的优点。该管桩桩身强度高，直径可达1.5m，有效加固深度可达25m以上，施工工艺简单，可操作性强，便于质量控制、监督，单桩承载力高而造价相对较低。现浇混凝土管桩复合地基技术在高等级公路软基加固中的使用，将有助于解决许多工程实践问题，节约成本，缩短工期，提高工程质量。
2、工作原理
现浇混凝土管桩是近年新发展的一种新型桩技术，类似沉管灌柱桩，涉及震动、沉管、拨管、浇筑混凝土等工艺。目前国内做法有两种，一是桩头采用预制钢筋混凝土桩尖，二是采用活瓣桩靴。其工作原理基本一致，即依靠沉腔上部锤尖的振动将内外双层套管所形成的环形腔体在预制桩头（或活瓣桩靴）保护下打入预定的设计深度，在腔内现浇混凝土，之后振动拨管，在环形城中土体与外部的土体之间形成混凝土管桩。浇筑混凝土管桩作为复合地基使用，利用刚性桩（类似沉管灌柱桩）的施工工艺提高常规复合地基（如水泥土桩）的单桩承载力作为复合地基，充分利用土体的承载桩、土共同作用共同变形，避免基础由于淤泥震陷造成基础土层脱空。本工程采用预制混凝土桩尖的振动机。
三、现浇混凝土管桩施工要点
1、施工准备
（1）施工前调查清楚施工区域内地上、地下管线和周围建筑物情况，采取保护或迁移措施，施工场地应整平夯实，土质松软时，应予换填。
（2）认清桩位并检查桩位是否正确，若有偏差报请有关技术人员重新定位，如符合交底尺寸，既以木桩的铁钉为准，放出本桩中心的骑马桩，护筒内径通常比使用钻头直径大（旋转钻大20CM），常用护筒用2～4CM厚钢板焊成，顶端焊有吊耳。护筒顶部位置偏差不得大于5CM，护筒斜度不得大于1%。
（3）调制泥浆：灌入钻孔中的泥浆，其比重在一般地层以1.1～1.3为宜，松散易塌的地层以1.4～1.6为宜。泥浆由粘土与水拌合而成，一般选择塑性指数大于17。当缺少适宜的粘土时，可用较差的粘土，并掺入部分塑性指数大于25的粘土。若采用砂粘土时，其塑性指数不宜小于15，其中大于0.1MM的颗粒不宜超过6%。新制泥浆含量不宜大于4%，循环泥浆不得超过8%。粘土的备料数量：砂质河床时，粘土备料数量约为钻孔体积的70%～80%，砂、卵石层河床时其数量约为钻孔体积的100%～120%
2、施工阶段
（1）试桩。在正式施工之前，选择具有代表性的位置做二根试桩，复核地质资料以及设备配置、确定施工工艺参数，检验混凝土配合比等，并按照设计要求对试桩进行单桩承载力、小应变试验检测等，根据试验结果复核、修正施工参数。待工艺试验桩经检验满足设计和质量要求后，进行大面积施工。
（2）静载荷试验。试桩完成28天，土体恢复固结后，进行单桩静载和小应变试验，检测桩身的单桩承载力及桩身完整性，同时可判断地质情况进行是否满足设计要求。
（3）桩尖制作及埋设。制桩时确保桩尖表面平整、密实，掉角深度不超过20mm，且局部蜂窝和掉角的缺损总面积不超过该桩尖表面全部面积的1%。内外面圆度偏差不大于桩尖直径的1%，桩尖上端内外支承面平整度不超过10mm。预制桩尖全部标明编号和制作日期。
沉桩前，先把填碴清除，范围1.5m×1.5m，再埋设桩尖。以便成桩后浇筑盖板及垫层。桩机就位：移机就位后，调整桩机的水平度和垂直度，垂直度偏差小于1%，水平度误差小于1%。
（4）振动沉管。根据不同的地表层条件，先把沉管压到一定深度后，再开启振动锤，直至设计深度，若以贯入度控制，则最终沉管深度以最后2min的下沉速度或电流控制。
沉管施工要连续进行，一次到达设计深度，如沉管中途上拔则须拔出地面，清除管中的淤土、固定活瓣后重新沉管。
若地下水丰富，水量较大时，沉管沉到一定深度后，在桩长的2/3或1/2处加入适量的干拌混凝土，再继续下沉到设计深度。
（5）混凝土浇注。管靴下沉至设计深度后，即可灌注混凝土，同时外护壁套管和内护壁管向上逐渐拔出。此时，管靴与内外管分离，并同混凝土管体连成一体埋在软地基中。最后，根据混凝土的实际方量和理论方量来计算其充盈系数、确定地下土层的地质情况。振动、拔管和浇注混凝土要控制混凝土质量，按沉管桩质量控制要求，浇注面高出设计桩顶50cm。
混凝土拌和时间达到90秒以上，坍落度控制在7～9cm，首盘料坍落度小于7cm，其后适当加大。随机试块，每班一组。
3、施工应注意的问题
（1）利用桩架上垂线控制桩管的垂直度，并保持机架底盘水平。
（2）在桩尖与成孔器的接触处的内外侧用纤维布密封防水渗水。
（3）沉管至设计标高后，应测量有无地下水进入或淤泥挤入，如有应在沉管前先灌入大于1m的桩身同级砼，以防止泥水进入管内。
（4）管桩沉到设计位置后立即灌注，防止停机时间过长。
（5）灌至地面以上1/10桩长处时，开始上拔沉管。
（6）次加料到地面以上1/5～1/10桩长时进行，主要依据桩的充盈系数确定二次加料的位置及数量，现场人员经常敲击管壁，判断管内混凝土量，判断是否添加混凝土，以免造成浪费或混凝土量不足。
（7）管桩灌满混凝土后，先振动5～10s，再开始拔管，边振边拔，每拔0.5～1.0m，停拔振动5～10s。一般土层，拔管速度取1.2～1.5m/min。距离地面2～5m时，一次性拔出。
（8）混凝土强度达到设计强度的80%后，对桩头进行处理。
（9）整平管桩间的土，压实度大于93%。
4、施工质量检测
（1）桩基检测。该桩基工程检测分3种方式进行，即:①现场开挖:检查桩身外观质量，该项工作在桩基完工14天后进行，检查数量不得少于3根，开挖结果表明，桩身混凝土结构完整，无断桩和空隙。②低应变检测:采用反射波法对桩身完整性进行检测，检测数量为总桩数的25%。检测机构“桩基低应变动力检测报告”表明:桩身混凝土强度等级达到设计C20要求。实测各桩桩身完整，为A类桩。③静载荷试验:对单桩承载力进行检测，检测数量为3根桩，检测合格。
（2）现场测试。在桩基实施过程中，进行了现场埋设仪器和测试研究，测试结果如下：
①桩周地表土的位移。从实测资料可以看出，在沉桩过程中对于地表土体的挤密近于指数形式的衰减。在距桩心2.5m处桩周土的位移量均小于2mm，说明本次设计的桩间距是合理的。
②沉桩过程土压力的变化。为了测试沉桩过程中的挤土压力，在距施打桩中心1.5m和3m处成孔，在2.5m、5.0m、7.5m深度处埋设垂直向土压力盒。桩机每下沉2m观测一次;施打完成后不同时间进行观测。成桩后在该桩侧壁再埋设两只土压力盒，深度分别为2.5m和4m，目的是为了检测在施打相邻桩时该桩所受到的挤土压力。从距沉桩中心3m处实测资料中反映出的特点:在单桩沉入时，且无相邻桩存在的情况下，沉桩的挤土压力在上部5m范围内近于一致的，下部由于土质较硬挤土作用明显，因此，在5m以下土压力要高于上部压力。随着沉桩深度的变化，下部土压力也随之上升。
四、结语
现浇混凝土管桩是近年新开发出的新技术，由于它是新型薄壁结构，具有施工简便快捷、无污染、节省投资等明显优点，也是对预制管桩的一大改进。为今后公路工程中类似问题的解决提供了一种比较理想有效的方法。
