現澆混凝土薄壁管樁施工試驗研究

□文/劉炤偉 陳 星 訾建峰

□陳 星、訾建峰/天津市市政公路工程質量監督站。

現澆混凝土薄壁管樁施工試驗研究

□文/劉炤偉 陳 星 訾建峰

文章以實際工程為例，考慮天津地區軟土特性及工程特點對現澆混凝土薄壁管樁施工工法相關問題進行研究。結合現場試驗，研究了混凝土坍落度、拔管速度對管樁施工質量的影響，得出了相關結論并對管樁進行了小應變動力測試，研究了小應變檢測在現澆混凝土薄壁管樁中的應用。

軟土地基；現澆混凝土；薄壁管樁

樁基應用于軟土地基加固中，施工速度快、工期短，加固處理深度較其他方法更深，適宜各種軟土地質條件，可明顯增加路基的穩定性，減少地基的沉降，但是傳統樁基加固軟土地基的方法造價較高。現澆混凝土薄壁管樁是復合地基的一種新技術，其樁徑、樁距大，混凝土用量省，可處理深層軟土，具有施工實用性強、施工質量控制方便、樁基檢測方便、加固效果好且經濟性優越等突出優點。

本文結合津汕高速公路7標段工程實際，研究現澆混凝土薄壁管樁的施工工藝以及施工過程中一些相關因素對施工質量的影響并對小應變檢測在現澆混凝土薄壁管樁中的應用進行探討。

1 施工工藝與質量控制

現澆混凝土薄壁管樁作為一種全新的軟基處理方法，單方混凝土提供的承載力較大，壁厚相對較薄，因此必須對從材料進場到拔管移機等施工過程中的各個方面加強控制，通過相應的控制措施及施工工藝來保證其質量。

現澆薄壁管樁的施工流程見圖1。

現澆薄壁管樁施工除應滿足一般規定外，還需對以下幾個方面予以重視。

1）為保證在含地下水地層中應用的質量，保證在成樁過程中地下水、流砂、淤泥不自樁靴進入管腔，澆筑采用二步法工藝，即在成樁管下到地下水位以上即進行第一次澆筑，將樁靴完全封閉，以阻止地下水、淤泥等進入樁管，然后繼續下到設計深度后進行第二次澆筑成樁。

2）在樁距較小時為保證相鄰樁在成樁過程中不互相影響，施工順序可采用隔孔隔排施工工序。

3）如遇到較硬夾層，可利用專門設計的成模潤滑造漿器在成樁過程中注入泥漿。

4）沉管內外管間距應嚴格保證，在內外管間距調整適當并鎖定后方可起吊裝配。

5）混凝土應以細石料為主，可以適當摻入減水劑，以利于腔體中混凝土流動性。

6）在遇到砂性土層時，宜放慢拔管的速度，軟土層速度一般可在1.0m/min左右。

7）當氣溫低于0℃澆筑混凝土時，應采取保溫措施。澆筑時，混凝土的入孔溫度不得低于5℃。在樁頂混凝土未達到設計強度50%以前不得受凍。當氣溫高于30℃時，應根據具體情況對混凝土采取緩凝措施。

8）應保證混凝土澆筑的質量，灌注時在樁管內灌滿混凝土后先振動5～10s，再邊振邊拔，樁管內應保持不少于2m高度的混凝土，一般拔管速度應為0.8～1.2m/min且≯1.5m/min。遇到特別軟弱土層時，應適當降低拔管速度并在土層分界面附近作適當的停頓。

9）澆筑后的樁頂應高出設計標高至少50cm并予保護，浮漿層應鑿除。

10）管樁實際澆筑混凝土量不得小于理論計算體積。

2 坍落度對管樁施工的影響

在灌注樁的施工過程中，坍落度的大小直接影響成樁后樁身的混凝土強度，特別是處理含水量較高土層時，宜選擇坍落度較小的混凝土，混凝土的坍落度是混凝土灌注時的一個重要控制指標，而現澆薄壁管樁由于鋼模空腔的厚度較小（一般12cm左右）且主要針對含水量較高的軟弱地基，混凝土坍落度的控制就顯得更為重要。過小的坍落度不利于混凝土在鋼模腔內的流動，過大則受振動影響而易形成離析,造成混凝土卡管，如何根據不同地質條件及不同空腔厚度選擇合適的坍落度是本文研究的主要目的，結合其他工程經驗和本工程的特點，選擇 30～50mm、50～70mm、70～90 mm、90～130mm4種坍落度進行試驗，在場地邊上選擇壁厚12cm、樁徑1.0m的6根樁進行試驗，不同坍落度的試驗結果見表1。

表1 混凝土坍落度試驗

由表1并結合現場開挖檢測可得出如下結論：

1）坍落度過大或過小都不利于樁的成形；

2）坍落度過小（＜50mm）在成樁的過程中易造成卡管，從而出現斷樁和縮徑，從局部開挖的樁頭亦可看到樁壁厚度一邊厚一邊薄的現象；

3）坍落度過大（＞100mm）在運輸的過程中及振動拔管過程易形成混凝土離析，造成卡管現象，在開挖的樁身上可看到出現在加料口一側混凝土的石子多而另一側混凝土砂漿多的現象。

3 拔管速度對管樁施工的影響

考慮到保證樁身混凝土的用量，拔管速度過快易造成縮頸與斷樁，而過慢又影響施工效率，因而沉管樁的拔管速度一般控制在1.2m/min以內。結合機械設備及施工場地的土層分布特點對拔管速度與停頓位置等進行了試驗研究。設定試驗拔管速度為1.5、1.8m/min并采用壁厚12cm的樁進行試驗，停頓的位置根據土層的分布情況分別選擇8m以上的陸相亞粘土和8m以下的海相軟土，停頓時間設定了10、15、20s3種情況；試驗對拔管速度與混凝土的投量及拔管速度與管內混凝土的下落關系進行了測試，見表2和表3。

表2 拔管速度對混凝土用量的影響

表3 停頓對混凝土用量的影響

通過對表2和表3的分析，可得出如下結論。

1）拔管速度對充盈系數的影響較小，在一定范圍內拔管速度對混凝土的用量并無明顯影響。

2）停頓對混凝土的用量影響較大，停頓時間10s以上時混凝土用量急劇增大，特別是停頓深度＞5m時，由于土層對沉管振動的阻力大幅降低且土體的自重對管中混凝土的壓力大幅減小，在此位置之上停頓時極易導致沉管中心的土芯上升，從而加大了混凝土的用量。利用好這一點可在樁端部加長停振時間，造成混凝土封底與擴大頭，若在樁身中部多停頓數次并延長每一次的時間還可形成“竹節樁”進一步提高單樁的承載力。

4 小應變檢測

小應變動力測試技術主要是用彈性波測試檢查地基樁體的完整性及長度并可檢查出樁體有沒有如裂縫、斷裂、泥土流入以及縮頸擴頸等樁體直徑發生變化等缺陷。

目前該測試技術在鉆孔灌注樁、振動沉管樁以及各種預制樁的檢測中得到了較廣泛應用，測試技術也比較成熟。對該測試方法在現澆薄壁管樁檢測中的應用進行了試驗研究，在現場對24根樁進行了小應變試驗，采用反射波進行檢測，主要目的檢測樁身結構完整性、成樁類型；同時將小應變檢測結果和開挖檢測、取芯檢測等方法相結合以探討反射波法檢測的適用性。根據樁的彈性波振動時域曲線和頻域曲線的表現特征，分析樁身混凝土質量及樁身完整性，對樁身質量作出評價。

試驗采用的儀器為國產巖海動測儀，信號采集傳感器為加速度計，為了使檢測更具有代表性，每根樁均進行了多次測試并采用不同的擊發裝置和不同的擊發與接受距離，通過多次試驗，選擇正確的擊發、接受措施。

從檢測結果來看本次小應變試驗效果較好，測試的典型波形見圖2。測試波速正常，平均波速均在3200m/s左右，除個別樁在上部2m處存在輕微縮徑現象外，其余各樁樁身質量良好，樁底反射明顯。測試結果表明基于合適的擊發和接收裝置，采用小應變動測技術測試現澆薄壁管樁的施工質量是可行的，檢測結果能較好地反映現澆薄壁管樁的施工質量。

圖2 管樁小應變檢測典型波形

6 結語

本文研究了現澆混凝土薄壁管樁的施工工藝，分析了坍落度、拔管速度對施工質量的影響，坍落度過大或過小都不利于樁的成形，在一定范圍內拔管速度對混凝土的用量并無明顯影響，而拔管停頓對混凝土的用量的影響較大。小應變動測技術可進行現澆薄壁管樁的施工質量測試，檢測結果能較好地反映現澆薄壁管樁的施工質量。

U416.1

C

1008-3197（2011）03-25-03

2011-04-15

劉炤偉/男，1979年出生，工程師，天津市公路工程總公司，從事工程技術管理工作。

□陳 星、訾建峰/天津市市政公路工程質量監督站。