低標(biāo)號(hào)素混凝土樁在六潛高速公路軟基處理中的應(yīng)用

低標(biāo)號(hào)素混凝土樁在六潛高速公路軟基處理中的應(yīng)用都春苗 秦衛(wèi) 孫海鵬 高福華 （安徽省公路勘測(cè)設(shè)計(jì)院 安徽合肥 230014）摘要六岳高速公路原設(shè)計(jì)為干振復(fù)合樁處理軟基，但在施工時(shí)由于地下水非常豐富，樁頂浮漿過(guò)多，無(wú)法成樁。根據(jù)試樁結(jié)果變更為低標(biāo)號(hào)混凝土樁，本文從低標(biāo)號(hào)素混凝土樁的設(shè)計(jì)參數(shù)，沉降和穩(wěn)定性計(jì)算，施工方法以及施工注意事項(xiàng)等方面指出低標(biāo)號(hào)素混凝土樁技術(shù)要點(diǎn)，并探討了該技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)、存在問(wèn)題，同時(shí)對(duì)其推廣提出了一些建議。關(guān)鍵詞低標(biāo)號(hào)混凝土樁；軟基處理；設(shè)計(jì)與施工1 概述六安至潛山高速公路是國(guó)家重點(diǎn)公路規(guī)劃中的東營(yíng)香港（口岸）公路的一段，同時(shí)也是安徽省“十五”交通重點(diǎn)項(xiàng)目之一。項(xiàng)目位于大別山腹地，全長(zhǎng)72.287公路。其中在K10+220K11+100段分布有河濱相沉積的軟土，軟塑流塑狀, 厚約5m8m，軟土分布呈夾層狀和透鏡體狀，含少量粉細(xì)砂,基底為砂層,透水性較好。原設(shè)計(jì)為干振復(fù)合樁處理，采用15型振動(dòng)沉管、管內(nèi)投料施工，設(shè)計(jì)樁體材料配合比為：“膠凝材料：砂：石=1：1：2”，其中膠凝材料為“粉煤灰：石灰：水泥：外加劑=1：0.24：0.14：0.05”，外加劑選用硫酸鈉。但在施工試樁時(shí)發(fā)現(xiàn)由于基底為砂層，地下水非常豐富，沉管投料后樁體還沒(méi)來(lái)得及凝固就被涌上來(lái)的地下水沖散，粉煤灰、石灰等輕質(zhì)材料浮在樁體表面，樁頂浮漿過(guò)多，無(wú)法成樁。通過(guò)分析認(rèn)為，出現(xiàn)該情況一是由于地下水豐富，而且為承壓水，二是由于松散體狀的粉煤灰在配合比中所占比例過(guò)高，而具有固結(jié)作用的水泥含量偏低，樁體材料凝固速度慢，凝固力低。因此通過(guò)調(diào)整粉煤灰和水泥的比重進(jìn)行多次試樁，但效果還是不理想，最后采用不摻加粉煤灰，直接按“水泥：砂：石=1：3：6”以低標(biāo)號(hào)混凝土配合比試樁，成樁效果較好，樁體較為完整，強(qiáng)度較高。根據(jù)試樁結(jié)果，調(diào)整設(shè)計(jì)，變更為采用振動(dòng)沉管低標(biāo)號(hào)混凝土樁進(jìn)行加固。2 低標(biāo)號(hào)素混凝土樁復(fù)合地基設(shè)計(jì)及參數(shù)由于低標(biāo)號(hào)素混凝土樁在省內(nèi)首次應(yīng)用于高速公路軟基處理中，以前沒(méi)有這方面的設(shè)計(jì)規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn)，這次調(diào)整設(shè)計(jì)采用按復(fù)合地基理論計(jì)算和現(xiàn)場(chǎng)試樁檢測(cè)相結(jié)合的方法來(lái)確定設(shè)計(jì)、施工參數(shù)和指標(biāo)。2.1軟基路堤沉降與穩(wěn)定性計(jì)算沉降計(jì)算采用復(fù)合地基的沉降計(jì)算理論進(jìn)行，低標(biāo)號(hào)素混凝土樁作為高粘結(jié)強(qiáng)度樁與砂墊層、樁間土共同形成復(fù)合地基，通常復(fù)合地基沉降計(jì)算方法認(rèn)為復(fù)合地基的沉降為加固區(qū)壓縮量和下臥層沉降量之和，下臥層沉降量常采用分層總和法計(jì)算，加固區(qū)壓縮量計(jì)算有應(yīng)力修正法。本路段設(shè)計(jì)路堤高度7.2m，路堤設(shè)計(jì)頂寬26m，邊坡坡度:1:1.5，工后沉降基準(zhǔn)期15年。通過(guò)計(jì)算：路面竣工時(shí),地基沉降 = 0.260(m)工后沉降基準(zhǔn)期結(jié)束時(shí),地基沉降 = 0.515(m)路面竣工后,基準(zhǔn)期內(nèi)的殘余沉降 = 0.255(m)最終地基總沉降 = 1.200*0.641 = 0.769(m)根據(jù)軟土的土質(zhì)參數(shù)通過(guò)計(jì)算得出填土?xí)r間-沉降曲線與填土?xí)r間固結(jié)度曲線，如圖所示：穩(wěn)定采用有效固結(jié)應(yīng)力法計(jì)算，通過(guò)計(jì)算：總的下滑力為1744.248(kN)，總的抗滑力為2795.661(kN)，滑動(dòng)安全系數(shù)為1.603，為穩(wěn)定狀態(tài)。2.2軟基地基承載力設(shè)計(jì)驗(yàn)算現(xiàn)將該幾段選有代表性的鉆孔地質(zhì)資料計(jì)算如下：復(fù)合地基承載力表達(dá)式為： Fck = mFpk+(1-m)Fsk 式中：Fck 復(fù)合地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值； Fpk 樁體承載力標(biāo)準(zhǔn)值； Fsk 樁間土承載力標(biāo)準(zhǔn)值； m 復(fù)合地基置換率。 對(duì)于等邊三角形排列樁孔，其復(fù)合地基置換率為： m = 0.9069d2/S2 式中：S 樁孔間距； d 樁孔直徑；設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)6m，樁徑30cm，樁間距1.2m，按設(shè)計(jì)要求28天單樁承載力取1000kPa，樁間土承載力按軟土標(biāo)準(zhǔn)取80kPa m = 0.9069d2/S2=0.9069*0.32/1.22=0.0567 Fck = mFpk+(1-m)Fsk=0.0567*1000+(1-0.0567)*80=132.16 kPa填土平均高5.5m，路基的重力密度（千牛頓/立方米）：19計(jì)算路堤基底壓力：5.5*19 = 104.5 kPa 因此 Fck=132.16 kPa 104.5 kPa 滿足路堤基底壓力要求。2.3 處理措施及設(shè)計(jì)參數(shù)2.3.1 小型構(gòu)造物處箱涵通道加固處理范圍，劃分B、A、B段3個(gè)加固處理區(qū)（具體情況詳見(jiàn)下表），A區(qū)為加密加強(qiáng)處理區(qū)，B區(qū)為過(guò)渡處理區(qū)，其中在加密處理區(qū)A區(qū)樁頂鋪設(shè)20厘米厚土工格室裝碎石回填、壓實(shí)，并在樁頂墊層的鋪設(shè)完成后，鋪上5厘米厚的砂墊層。布樁型式采用正三角形，平行涵洞的中軸線對(duì)稱布樁，樁長(zhǎng)經(jīng)計(jì)算并結(jié)合該地區(qū)類似工程經(jīng)驗(yàn)最終確定。涵洞、通道A區(qū)處理長(zhǎng)（m）A區(qū)樁排數(shù)B區(qū)處理長(zhǎng)度(m)B區(qū)樁排數(shù)1.25圓管涵/2.77/cos45.20/cos62m涵洞、通道/3.46/cos56.06/cos73m涵洞、通道/4.16/cos66.93/cos84m涵洞、通道/5.54/cos88.66/cos10 （為涵洞的設(shè)置角度）設(shè)計(jì)通過(guò)調(diào)整樁間距的方法控制構(gòu)造物處與一般路堤段的差異沉降?？刂朴行堕L(zhǎng)不變，A區(qū)的樁頂標(biāo)高要滿足至少高出涵洞基礎(chǔ)的底面標(biāo)高以上50厘米，開(kāi)挖基坑時(shí)再予以破除，以保證樁頭的完好性，樁間距0.8米；B區(qū)的樁頂標(biāo)高按正常工藝控制，到施工工作面，樁間距1.0米。涵洞、通道處進(jìn)行低標(biāo)號(hào)素混凝土樁處理之后，原則上不再填土預(yù)壓反開(kāi)挖施工，而是在復(fù)合地基強(qiáng)度經(jīng)檢驗(yàn)合格后，直接在處理完畢的地基上做涵洞或通道，結(jié)構(gòu)物做好后，再填土至設(shè)計(jì)高度。2.3.2 橋坡段橋坡段按2倍左右的臺(tái)后填土高度等分A、B、C段3個(gè)加固處理區(qū)，采用有效樁長(zhǎng)不變，通過(guò)調(diào)整間距控制橋坡段與一般路堤段的差異沉降的方法進(jìn)行過(guò)渡處理。 （橋頭段低標(biāo)號(hào)素混凝土樁處理立面布置圖）A區(qū)樁間距0.8米，B區(qū)樁間距1.0米，C區(qū)樁間距1.2米，另外在臺(tái)前1.52倍左右的臺(tái)后填土高度范圍內(nèi)及橋臺(tái)錐坡地范圍內(nèi)也要進(jìn)行處理，稱之為D區(qū)，樁間距1.2米，D區(qū)不設(shè)樁頂墊層，整平填土即可。橋臺(tái)基樁周圍調(diào)整低標(biāo)號(hào)素混凝土樁布置，橋臺(tái)基樁周邊50厘米的范圍不進(jìn)行低標(biāo)號(hào)素混凝土樁施工。布樁型式采用正三角形，按平行于橋臺(tái)走向布設(shè)；樁長(zhǎng)經(jīng)計(jì)算并結(jié)合該地區(qū)類似工程經(jīng)驗(yàn)最終確定。軟基段應(yīng)先進(jìn)行軟基處理，然后進(jìn)行橋臺(tái)樁基施工。3 低標(biāo)號(hào)素混凝土樁的施工3.1施工工藝選用15T型振動(dòng)錘振動(dòng)沉管、管內(nèi)投料成樁。成樁工藝流程如下：樁機(jī)就位沉管投料（拌和） 振動(dòng)拔管 成樁移位材料攪拌，施工步驟如下：1、將主機(jī)安置于沉管位置，接上底端裝有活瓣開(kāi)啟式或分離式管靴的套管，以避免土或水進(jìn)入套管中，將套管立于打樁位置。2、啟動(dòng)振動(dòng)錘將套管按設(shè)計(jì)要求的深度沉入到軟土中。3、當(dāng)套管穿透軟土層后立即開(kāi)始拌料，根據(jù)設(shè)計(jì)配合比采用離心式拌和機(jī)對(duì)樁體混合料進(jìn)行拌和均勻。4、將拌和好的混合料通過(guò)裝料漏斗送入孔中并通過(guò)振動(dòng)能力將其振實(shí)。5、密封套管管口并振動(dòng)提升套管，使混合料落入孔中。提升速度應(yīng)慢速進(jìn)行，每當(dāng)提升1米后停止提升。這時(shí)繼續(xù)振動(dòng)20s30s使混合料密實(shí)。6、成樁完畢后移動(dòng)樁機(jī)至下一樁位，同時(shí)對(duì)剛施工完畢的干振樁進(jìn)行檢查并作好施工記錄（施工時(shí)間、樁位編號(hào)、入土深度、混合料使用量），同時(shí)檢根據(jù)土層含水率情況對(duì)樁頭灑水，最后采用砂土對(duì)樁口進(jìn)行封閉。3.2施工注意事項(xiàng)1、打樁順序采用連續(xù)施打順序施工。連續(xù)打樁施工時(shí)，對(duì)相鄰樁的振動(dòng)影響是顯著的。通常這種振動(dòng)對(duì)相鄰已施工的樁起到輔助再振實(shí)的作用。對(duì)于含水量豐富的地層，這種輔助振實(shí)類似于對(duì)濕拌混凝土的附著式振搗，因而使樁身變得更加密實(shí)。當(dāng)土層中含水量大于30%時(shí)，復(fù)合料采用干料；當(dāng)土層中含水量小于20%時(shí)，則必須采用濕料；而當(dāng)土層中含水量小于30%，大于20%時(shí)，采用干料澆注成樁后，再在樁頭加少量水。2、拔管拔管速度過(guò)快，會(huì)導(dǎo)致成樁直徑較小，甚至產(chǎn)生縮徑或斷樁；拔管速度過(guò)慢，由于振動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)容易產(chǎn)生離析，會(huì)使得樁體下部粗顆粒材料含量較多，樁頂細(xì)顆粒材料含量過(guò)多而降低強(qiáng)度。因此，施工時(shí)拔管速度應(yīng)控制在1.01.5m/min。3、振動(dòng)沉管干料這種施工工藝對(duì)樁間土一般有兩方面的影響，其一是由于擠密作用而使得樁間土變得更密實(shí)；其二是干料吸水作用使樁間土含水量減少而改變樁間土的性質(zhì)，因此除密實(shí)砂土、粉土以外，一般情況下，樁間土的承載力都會(huì)得到提高。4 低標(biāo)號(hào)素混凝土樁的質(zhì)量檢測(cè) 質(zhì)量檢測(cè)除了檢查施工原始記錄、樁長(zhǎng)、樁數(shù)以及樁偏差等常規(guī)檢測(cè)外，重點(diǎn)做了現(xiàn)場(chǎng)載荷試驗(yàn)，隨機(jī)進(jìn)行了3根樁單樁靜載荷試驗(yàn)以及3組復(fù)合地基靜載荷試驗(yàn)，由于路堤對(duì)地基承載力的要求不高，因此載荷試驗(yàn)未達(dá)到破壞荷載，所加的荷載為設(shè)計(jì)最大荷載，復(fù)合地基采用2x2的加載板，通過(guò)試驗(yàn)結(jié)果表明:三根單樁復(fù)合地基靜載試驗(yàn)和三根單樁靜載試驗(yàn)的Q -s曲線、s -lg(t)曲線均未出現(xiàn)陡降跡象,按相對(duì)變形s/b =0.01確定復(fù)合地基承載力,單樁復(fù)合地基在標(biāo)準(zhǔn)值為400kPa 的荷載下沉降值與壓板作用寬度之比s/b 分別為0.009、0.0096、0.004,其比值均小于0.01,表明單樁復(fù)合地基承載力滿足設(shè)計(jì)要求。單樁靜載試驗(yàn)在標(biāo)準(zhǔn)值為650kN 時(shí),沉降分別為2mm、3.6mm、3.6mm,說(shuō)明單樁承載力仍有很大潛力。 因此地基承載力均大大高于設(shè)計(jì)要求值，質(zhì)量檢測(cè)結(jié)果表明低標(biāo)號(hào)素混凝土樁處理軟土地基效果良好。5 結(jié)束語(yǔ) 目前六岳高速公路低標(biāo)號(hào)素混凝土樁加固軟基施工已經(jīng)結(jié)束，通過(guò)靜載試驗(yàn)和抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)檢測(cè)驗(yàn)收，均達(dá)到設(shè)計(jì)要求，取得較好的效果，得到較高的評(píng)價(jià)，總結(jié)低標(biāo)號(hào)素混凝土樁處理軟基有如下特點(diǎn)： （1）低標(biāo)號(hào)素混凝土樁采