前言
我國地域遼闊，地質(zhì)條件極為復(fù)雜，特別是在南方地區(qū)及內(nèi)地湖河沉積地區(qū)存在著許多復(fù)雜的軟土地基，在這些地質(zhì)條件下修建高質(zhì)量的公路及建筑物都要進(jìn)行軟基處理，以增加地基的穩(wěn)定性及減少沉降。軟基處理方法的選擇對(duì)工程質(zhì)量、工期和經(jīng)濟(jì)效益均有重要的影響。目前軟基處理中使用的方法主要有樁基、水泥土攪拌樁、強(qiáng)夯法和真空預(yù)壓、超載預(yù)壓等加固方法。每種加固技術(shù)都有它的適用性和局限性。水泥土攪拌樁施工質(zhì)量難以控制，檢測(cè)繁瑣且費(fèi)用高，加固深度也有限；超載預(yù)壓方法由于軟弱地基土的強(qiáng)度很低，存在路堤的穩(wěn)定性問題，不能快速加載，制約了工程的進(jìn)度，因此施工工期很長，影響了工程投資的經(jīng)濟(jì)性。強(qiáng)夯法主要是針對(duì)透水性較強(qiáng)的軟土，加固效果明顯，而對(duì)軟粘土不適宜，使南方地區(qū)的粘土及淤泥質(zhì)土的加固處理受到了限制。樁基在加固軟土地基中使用，由于施工速度快，可大大縮短工期，加固處理深度不受限制，適宜各種地質(zhì)條件，能明顯增加路基的穩(wěn)定性，提高地基的承載力和減小變形。長期以來，無論在建筑工程還是在道路工程中，都得到普遍采用。樁基主要包括實(shí)心預(yù)制樁、現(xiàn)場(chǎng)灌注混凝土樁以及預(yù)制混凝土管樁等。預(yù)制實(shí)心樁較現(xiàn)場(chǎng)灌注樁造價(jià)要高；現(xiàn)場(chǎng)澆筑混凝土樁單方造價(jià)較低，但也不能節(jié)省混凝土材料。為此又發(fā)展了預(yù)制混凝土管樁，該樁形的單方混凝土承載力較實(shí)心混凝土樁有了較大的提高。但預(yù)制混凝土管樁的使用需要在工廠預(yù)制，預(yù)制混凝土管樁從形式上是節(jié)省了材料，但考慮到施工和運(yùn)輸因素，又必須加入大量的鋼筋以增加強(qiáng)度抵抗施工可能帶來的破壞性，從而增加了造價(jià)使基礎(chǔ)加固成本提高。因此，尋求使用較少的混凝土方量，以實(shí)現(xiàn)造價(jià)低、承載力高，并且地基的穩(wěn)定性增加明顯的新樁形成為巖土工程界的迫切需要解決的問題。正是考慮到實(shí)心樁及預(yù)制管樁的不足，工程實(shí)踐中開發(fā)了高效經(jīng)濟(jì)的現(xiàn)場(chǎng)澆筑混凝土薄壁管樁軟土地基加固技術(shù)和施工工藝，且已開始在高等級(jí)公路中推廣應(yīng)用。
1現(xiàn)澆混凝土管樁技術(shù)簡介
現(xiàn)澆混凝土管樁技術(shù)吸收了預(yù)應(yīng)力混凝土管樁、振動(dòng)沉管樁和振動(dòng)沉模薄壁防滲墻等技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)。該管樁樁身強(qiáng)度高，直徑可達(dá)1.5m，有效加固深度可達(dá)25m以上，施工工藝簡單，可操作性強(qiáng)，便于質(zhì)量控制、監(jiān)督，單樁承載力高而造價(jià)相對(duì)較低。圖1為現(xiàn)澆混凝土管樁原理圖。該技術(shù)采取自動(dòng)排土振動(dòng)灌注而成管樁，具體步驟是依靠管腔上部錘頭的振動(dòng)力將內(nèi)外雙層套管所形成的環(huán)形腔體在活瓣樁靴的保護(hù)下打入預(yù)定的設(shè)計(jì)深度，在腔體內(nèi)現(xiàn)場(chǎng)均勻澆注混凝土，之后振動(dòng)拔管，在環(huán)形域中土體與外部的土體之間便形成混凝土管樁。為了保證樁與土共同承擔(dān)荷載，并調(diào)整樁與樁間土之間豎向荷載和水平荷載的分擔(dān)比例以及減少基礎(chǔ)底面的應(yīng)力集中問題，在樁頂設(shè)置褥墊層。具體為待管樁中混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，在樁頂鋪設(shè)一層砂石，并在砂石墊層中放置土工格柵，使樁間土與管樁共同發(fā)揮作用，從而形成現(xiàn)澆管樁復(fù)合地基?，F(xiàn)澆混凝土管樁的設(shè)計(jì)和檢測(cè)可參照目前現(xiàn)行有關(guān)規(guī)范，如《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》(JGJ79-91)；《建筑基樁技術(shù)規(guī)范》(JGJ94-94)；《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GBJ7-89)和《基樁低應(yīng)變動(dòng)力檢測(cè)規(guī)程》(JGJ/T93-95)等。實(shí)際設(shè)計(jì)中一般選用如下參數(shù)：直徑800～1500mm，壁厚100～150mm，樁長可達(dá)25m以上，混凝土等級(jí)C10～C25，坍落度5～8cm，樁間距橫向2.5～4.0m，縱向間距排與排之間2.5～4.0m，采用梅花形或正方形布置。
2現(xiàn)澆混凝土管樁技術(shù)優(yōu)點(diǎn)
現(xiàn)澆混凝土管樁復(fù)合地基技術(shù)在高等級(jí)公路軟基加固中的使用，將有助于解決許多工程實(shí)踐問題，節(jié)約成本，縮短工期，提高工程質(zhì)量。這里僅與目前工程中廣為使用的粉噴樁復(fù)合地基進(jìn)行比較，闡述其優(yōu)點(diǎn)。
（1）施工適用性?，F(xiàn)澆管樁：屬于剛性樁，樁身強(qiáng)度較高，可達(dá)到C20～C25，樁徑可達(dá)1.5m，采用邊振動(dòng)邊加壓的沉管方式，處理深度大于25m；粉噴樁：屬于柔性樁，樁身強(qiáng)度低，樁徑小，一般0.5m左右，處理深度小，目前國內(nèi)現(xiàn)有粉噴樁機(jī)最大處理深度15m左右，且深度大于10m以后，下部壓力增大，噴灰困難，粉噴樁固結(jié)往往較差。
（2）施工質(zhì)量控制?，F(xiàn)澆管樁：施工工藝簡單，過程清晰，便于質(zhì)量監(jiān)督管理，可操作性強(qiáng)，混凝土現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)量易控制；粉噴樁：水泥灰量輸送由高壓氣流控制，實(shí)際施工時(shí)，土層變化大，造成送灰壓力不均勻，因而噴灰量分布不均勻，極易出現(xiàn)攪拌不均勻，局部固結(jié)差，施工隱蔽性強(qiáng)，現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)量監(jiān)督管理困難。
（3）樁基檢測(cè)?，F(xiàn)澆管樁：采用小應(yīng)變或人工開挖進(jìn)行檢測(cè)，測(cè)試費(fèi)用低，一般占工程總造價(jià)的1%～2%。由于采用無損測(cè)試，檢測(cè)周期短，檢測(cè)范圍廣；粉噴樁：通常采用鉆探取芯，靜載等方法，檢測(cè)費(fèi)用高，一般占工程總造價(jià)的3%～5%，檢測(cè)周期長，范圍小(一般占總樁數(shù)2%左右)，不能全面反映整個(gè)工程質(zhì)量。
（4）加固效果?，F(xiàn)澆管樁：采用半排土半擠土沉管方式，大大提高路基承載力，如樁端至持力層，承載力是粉噴樁的10倍，且系群樁基礎(chǔ)，沉降量很小；粉噴樁：樁身強(qiáng)度低，其承載效果、抗剪強(qiáng)度均遠(yuǎn)遠(yuǎn)不如現(xiàn)澆管樁，由于處理深度淺，下臥層沉降量大。
（5）經(jīng)濟(jì)比較，以廣西地區(qū)綜合單價(jià)為對(duì)象?，F(xiàn)澆管樁：假設(shè)樁長同為12m，樁徑1000mm，壁厚120mm，樁距313m，現(xiàn)澆管樁每延米綜合單價(jià)約為180元，加固費(fèi)用為198元/m2；粉噴樁：假設(shè)某樁長12m，樁徑500mm，樁距114m，粉噴樁每延米綜合單價(jià)為32元，加固費(fèi)用為195元/m2?；谝陨媳容^分析：粉噴樁與現(xiàn)澆薄壁管樁軟基加固的兩種處理方法，造價(jià)方面相差不大，但現(xiàn)澆管樁具有地基適應(yīng)性好、施工質(zhì)量易控制，無需預(yù)壓、承載力高、總沉降量小、檢測(cè)方便、橋頭跳車改善程度好等優(yōu)點(diǎn)是粉噴樁無法比擬的，因此選現(xiàn)澆薄壁管樁加固軟基更經(jīng)濟(jì)、更合理。從目前對(duì)兩種不同處理方法效果從經(jīng)濟(jì)性、安全性、效果性進(jìn)行對(duì)比來看，振動(dòng)沉模大直徑現(xiàn)澆管樁技術(shù)是代替粉噴樁技術(shù)的一個(gè)很好的方案。
3現(xiàn)澆管樁技術(shù)在市政道路軟基加固中應(yīng)用
3.1工程加固概況
某市政道路工程地基土層為8～18m深粉質(zhì)粘土，設(shè)計(jì)路堤填土最大高度為30m。通過堆載預(yù)壓、真空預(yù)壓、粉噴樁等方案比較，最終確定了現(xiàn)澆管樁復(fù)合地基加固技術(shù)方案，設(shè)計(jì)樁長從6～50m不等，工程總量為3，780延米。設(shè)計(jì)直徑1000mm，壁厚120mm，混凝土等級(jí)C20，坍落度5～8cm，樁間距橫向310m，縱向間距排與排之間315m，采用正方形布置。設(shè)計(jì)50m長管樁豎向極限承載力600kN。
3.2樁基檢測(cè)
該樁基工程檢測(cè)分3種方式進(jìn)行，即：
?。?）現(xiàn)場(chǎng)開挖：檢查樁身外觀質(zhì)量，該項(xiàng)工作在樁基完工14天后進(jìn)行，檢查數(shù)量不得少于3根。圖3為開挖單根管樁樁頭。開挖結(jié)果表明，樁身混凝土結(jié)構(gòu)完整，無斷樁和空隙。
（2）低應(yīng)變檢測(cè)：采用反射波法對(duì)樁身完整性進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)數(shù)量為總樁數(shù)的25%。檢測(cè)機(jī)構(gòu)“樁基低應(yīng)變動(dòng)力檢測(cè)報(bào)告”表明：樁身混凝土強(qiáng)度等級(jí)達(dá)到設(shè)計(jì)C20要求。實(shí)測(cè)各樁樁身完整，為A類樁。
（3）靜載荷試驗(yàn)：對(duì)單樁承載力進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)數(shù)量為3根樁。曾有某公司《基樁靜荷載試驗(yàn)報(bào)告》表明，50m管樁豎向極限承載力大于730kN，滿足設(shè)計(jì)要求。
3.3現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試
在樁基實(shí)施過程中，進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)埋設(shè)儀器和測(cè)試研究，測(cè)試結(jié)果如下：
（1）樁周地表土的位移。從實(shí)測(cè)資料可以看出，在沉樁過程中對(duì)于地表土體的擠密近于指數(shù)形式的衰減。在距樁心15m處樁周土的位移量均小于2mm，說明本次設(shè)計(jì)的樁間距是合理的。
（2）沉樁過程土壓力的變化。為了測(cè)試沉樁過程中的擠土壓力，在距施打樁中心15m和3m處成孔，在10m、15m、20m深度處埋設(shè)垂直向土壓力盒。樁機(jī)每下沉2m觀測(cè)一次；施打完成后不同時(shí)間進(jìn)行觀測(cè)。成樁后在該樁側(cè)壁再埋設(shè)兩只土壓力盒，深度分別為15m和4m，目的是為了檢測(cè)在施打相鄰樁時(shí)該樁所受到的擠土壓力。從距沉樁中心3m處實(shí)測(cè)資料中反映出的特點(diǎn)：在單樁沉入時(shí)，且無相鄰樁存在的情況下，沉樁的擠土壓力在上部5m范圍內(nèi)近于一致的，下部由于土質(zhì)較硬擠土作用明顯，因此，在5m以下土壓力要高于上部壓力。隨著沉樁深度的變化，下部土壓力也隨之上升。
顯示打樁結(jié)束后，樁周土壓力隨時(shí)間不斷地減小，由于已經(jīng)存在的樁對(duì)樁周土體已經(jīng)擠密，因此，在打入相鄰樁時(shí)，對(duì)在已成樁的邊緣產(chǎn)生較大的擠壓應(yīng)力，其應(yīng)力變化特點(diǎn)為隨沉樁深度的加深有增加的趨勢(shì)，但增量有限。沿徑向土壓力也是衰減的，這一點(diǎn)與已有的觀點(diǎn)是一致的，即應(yīng)力松弛現(xiàn)象。
4結(jié)論
通過現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)和測(cè)試試驗(yàn)表明，承載力滿足了設(shè)計(jì)要求；通過低應(yīng)變測(cè)試分析，所檢測(cè)樁樁身質(zhì)量完整。振動(dòng)沉?，F(xiàn)澆管樁是一種軟基加固的全新技術(shù)，由于其地基適應(yīng)性好、施工質(zhì)量易控制，所以具有無需預(yù)壓、承載力高、總沉降量小、檢測(cè)方便、橋頭跳車改善程度好等優(yōu)點(diǎn)是粉噴樁無法比擬的。研究表明現(xiàn)澆混凝土薄壁管樁技術(shù)是高等級(jí)公路軟基加固中的高效、經(jīng)濟(jì)的新技術(shù)。
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