薄壁筒桩在公路软基处理中的应用初探

我国沿海地区高速公路很大一部分是建设在软土地基之上, 软土地基上路堤的沉降是一个受关注的课题, 软土地基的处理方式、理论也有多种, 这里向大家介绍薄壁筒桩处理软土地基的方法。现浇混凝土薄壁筒桩是空心薄壳结构, 具有承载能力大、工后沉降小、节省材料、施工快速和环境圬染少等优点。同时由于薄壁筒桩独特的成桩工艺, 能够采用小应变进行桩基的检测, 成桩后施工质量可随时进行检查。

1 适用条件

薄壁筒桩适用于地基承载力不足, 需进行处理以提高地基承载力使其达到设计的要求, 尤其是在软土层较厚且填土较高的桥头、涵洞、通道等路段具有更大的优势。

薄壁筒桩处理的软基路段无需进行等超载预压即可进行下一道工序, 所以对填方工程量大、工期紧的工程特别适宜用。

2 成桩原理

根据薄壁筒桩的设计壁厚制作成孔器, 将成孔器和桩尖 (又叫桩靴) 一起振打入土中, 直至设计标高, 再从内外钢护筒空隙处灌入混凝土, 通过振动拨管 (留下桩靴) , 使筒桩混凝土密实成形, 其上浇注桩顶盖板、铺设土工织物等使其形成桩土复合地基, 从而将路基的荷载大部分由薄壁筒桩传递到路基深处, 达到提高地基承载力、减小路基工后沉降的目的。

3 工艺流程及操作要点

3.1 施工准备

3.2 混凝土薄壁筒桩施工

3.2.1 成孔器结构 (图1)

成孔器由内外钢护筒组成, 使内钢护筒与外钢护筒径之差刚好等于筒桩设计壁厚;内外钢护筒下端用专制的环形钢筋混凝土桩尖 (或称桩靴) 固定, 上端用特制的振动锤和机械固定, 使内外钢护筒之间有固定的空隙用来浇筑混凝土。

3.2.2 单体薄壁筒桩的施工方法

单体薄壁筒桩施工工艺流程见图2。

同一工点薄壁筒桩施工顺序:由区块中心向四周推移, 先长桩后短桩, 为减少挤土效应, 具体施工走向根据实际挤土现象而定。

桩位放样:根据有关设计图纸及业主提供路线导线, 用全站仪测量建立起每个工点的桩位施工放样控制点。

桩尖预制及埋设:桩尖质量及形状是筒桩施工工艺技术的关键, 桩尖刃口的形状决定筒桩施工排土量大小及沉管阻力。必须按施工现场工程地质条件、设计要求、筒桩排土量的具体情况来设计桩尖的刀口刃形状。桩尖的表面应平整、密实, 一般桩尖混凝土强度应比筒桩体强度至少高一个等级, 为减少施工中的挤土效应, 桩尖采用如图3所示的形状, 埋好桩尖后的现场如图4所示。

桩机就位:桩机底座架坐在钢管上, 钢管下垫机台枕木, 依靠桩机配备的卷扬机拉动钢丝绳实现向前在枕木上滚动钢管而前移, 横向底座在钢管上滑移而横向移动。为了不使地下水和淤泥从桩尖与内外管下端接角面挤入内外管之间的空腔中, 对中后在桩尖的内外台阶上铺纸袋或纤维性布料, 作为密封材料。

振动沉管 (图5) :在振动锤的激振力作用下, 作用力经内外钢管传至筒靴 (桩尖) , 筒靴即随内外护壁套管进入土层, 被筒靴排挤的泥土则进入内护壁套管, 并排挤先进入的原始土层, 随桩尖不断进入土层, 内护壁管内的土逐渐向上顶移而从内管顶端排出。

混凝土浇筑及拔管:筒靴下沉至标定 (设计) 深度后, 从设在外护壁套管的灌注口向筒孔中灌注混凝土, 并同时将外护壁套管和内护壁管向上逐渐振拔拉出, 此时, 筒靴将离开内外管底端并同灌注的混凝土筒体连成一体埋设在软地基中。

4 工程实例

4.1 浙江申苏浙皖高速公路第三合同段

合同段内薄壁筒桩数量共计约11843m, 共计C20混凝土4145m3。具体位置分别在K 1 7+3 8 8~K 1 7+4 3 8、K 1 7+4 9 1~K17+541、K17+583~K17+633, 其中第一段在织里互通主线特大桥55#台, 第二、三段在沈家坝中桥0#及3#台;设计筒桩的桩径φ1000mm, 壁厚120mm, 接邻桥台段桩间距 (中对中) 2.5m, 桩长13m, 过渡段桩间距 (中对中) 3.0m, 桩长12m, 梅花形布置。

4.2 杭州市绕城高速公路南线工程第一合同段

合同段内薄壁筒桩数量共计约4250m, 共计C20混凝土:1487m3。具体位置在狮子口互通主线桥28号台;设计筒桩的桩径φ1000mm, 壁厚120mm, 接邻桥台段桩间距 (中对中) 3m, 桩长22m, 过渡段桩间距 (中对中) 3.5m, 桩长9m, 梅花形布置。

后期沉降观测结果表明, 效果良好, 达到了设计要求, 施工质量良好。薄壁壁筒桩处理软土地基, 可有效地提高地基承载力, 减小路基工后沉降, 尤其对减小软土地基高路堤桥头跳车效果更明显, 达到了行车舒适的目的, 具有一定的推广价值。

摘要：通过杭州市绕城高速公路南线工程第一合同段4250m、申苏浙皖三合同11843m, 桩径φ1000mm, 壁厚120mm薄壁筒桩的加固, 处理路段分别经过8年和3年的通车路基稳定, 加固效果显著。后期沉降观测结果表明, 薄壁筒桩的处理效果良好, 达到了设计要求。该软土地基处理方式, 可有效地提高地基承载力, 减小路基工后沉降, 尤其对减小软土地基高路堤桥头跳车效果更明显, 提高了行车舒适性, 具有一定的推广价值。

关键词：薄壁筒桩,软基,施工