素混凝土樁在高速公路改擴建工程中的應用

劉尚俊

(廣西北部灣投資集團有限公司，廣西 南寧 530028)

0 引言

隨著近年交通流量的迅猛增長，眾多既有高速公路的通行能力和服務水平已趨于飽和狀態，導致交通運輸成本提高，在一定程度上制約著經濟的發展，急需進行加寬改造。對于實施拼接加寬方案的改擴建工程，由于舊路基一般沉降已穩定，對新路基沉降控制要求高，特別是軟基段，選擇經濟合理的地基處理方式控制拼接加寬新路基的沉降，是高等級公路拼接加寬工程中的一個難題。南欽防改擴建工程中，部分拼接加寬段路基位于軟基上，軟土層多為軟塑-流塑狀，物理力學特征較差。由于改擴建工程工期緊張，為滿足施工沉降及施工工期要求，通過經濟技術比選，采用素混凝土樁施工方案，成孔與灌注混凝土同時完成，施工速度快，滿足了工期要求，后期地基沉降小，拼接加寬部分與舊路基沒有出現差異沉降。

1 工程概況

南欽防改擴建工程設計為雙向4車道改8車道高速公路，項目位于廣西南部，與茅嶺江平行，沿線地形起伏較大，段落內沖溝、洼地發育，呈條帶狀分布，局部路段分布密集。經鉆探表明，拼接軟基土層分布為：表層以淤泥質粉質黏土為主，含有機質，深黑色，軟塑-流塑，搖振反應迅速，埋深為1.8～16 m；下臥層為粉質黏土、砂礫、全風化花崗巖，力學性質較好。

2 軟基處理方案

目前在高速公路加寬工程中一般采用的地基處理方法有：預應力管樁、EPS輕質路堤、鉆孔灌注樁、CFG樁、干噴或濕噴深攪樁、排水固結兼堆載預壓、薄壁管樁、鉆孔灌注樁等。由于南欽防高速軟基拼接加寬工程工期緊張，軟基處理點多量大，采用預應力管樁、EPS輕質路堤、鉆孔灌注樁相對費用過高；采用CFG樁施工工藝較為復雜；采用粉噴樁方案由于軟土過深無法使用；采用排水預壓的地基處理方案無法滿足工期要求。通過經濟技術比較，決定在軟基深度>2.5 m的路段采用素混凝土樁處理。

3 素混凝土樁的設計

3.1 計算方法

由于擴建工程舊路基沉降已趨于穩定，對拼接新路基沉降要求較高，軟基按沉降量進行控制設計，并驗算復合地基的穩定性和承載力。由于南欽防改擴建工程路線范圍內拼接路基主要為一級坡，最高填土為8 m，沉降滿足要求，承載力一般能滿足要求。

素混凝土樁作為高粘結強度樁，樁身、褥墊層、樁間土共同形成復合地基，故采用復合地基的沉降理論進行計算，計算時把復合地基變形分為加固區的變形量S1和下臥層的變形量S2(下臥層變形量可忽略不計)。筆者借助宋法寶先生提出的復合模量方法，該方法將加固區中的樁和土體視為一種復合土體，將加固區土層分成n層，采用分層總和法計算。加固區土層變形量S1表達式為：

式中：ΔPi——第i層復合土上的附加應力增量；

Hi——第i層復合土層的厚度。

Ecs通常近似采用面積加權平均法計算，即：

Ecs=mEPS+(1-m)Ess

式中：m——復合地基置換率；

EPS——樁體壓縮模量，EPS受各種因素影響相對較小，該工程近似取為固定值60 MPa；

Ess——樁間土壓縮模量，由土工試驗壓縮曲線根據不同的土層和壓力大小進行取值。

對于拼接加寬路段，沉降控制標準要滿足規范要求，同時要求新舊路基工后沉降基本一致。舊路基由于有新的附加荷載，需要進行工后沉降校核，新路基采用復合地基處理，處理得當，后期沉降量小，新路基的加寬對舊路基的變形影響非常小。

3.2 設計方案

根據上文計算方法，結合軟基鉆探資料，對素混凝土樁進行設計，方案如下：

(1)樁徑、樁長：素混凝土樁的樁徑設計為50 cm，根據軟基深度控制樁長，并要求樁長進入持力層1～2 m，持力層取穩定的堅硬土層或風化基巖，采用長螺旋鉆孔、管內泵壓混合料灌注成樁。其它施工數據通過試樁確定。

(2)樁距和平面布置：樁體平面布置形式采用等邊三角形，樁距d主要由承載力計算決定，一般取1.2 m，復合地基承載力根據路基填土高度而定，要求>150 kPa。平面布置詳見圖1～2。

(3)樁體強度：樁體強度室內按混凝土標號C15進行配制。

(4)褥墊層設計：采用雙層砂礫墊層共50 cm和雙向土工格柵，首先回填25 cm砂礫墊層，用壓路機壓實后，再鋪設一層雙向土工格柵，土工格柵上還需回填一層25 cm砂礫墊層。土工格柵采用TGSG40-40雙向塑料土工格柵，強度應≥50 kN/m。采用良好的砂礫，含泥量≤3%，砂礫墊層設置1%外傾坡度，采用震動壓路機碾壓密實。土工格柵采用鐵絲綁扎連接。疊合長度>15 cm，鋪設時不允許有褶皺。

(5)新舊路基連接：將原舊路堤邊坡開挖成臺階狀，臺階寬度≥2.5 m，新舊路基搭接時需嚴格控制壓實度。

圖1 素混凝土樁處理斷面圖

圖2 素混凝土樁處理平面布置示意圖

3.3 素混凝土樁檢測

素混凝土樁的檢測包含樁身質量檢測、單樁承載力檢測、復合地基承載力檢測。樁身質量檢測采用低應變法，單樁承載力檢測采用平板荷載試驗法，素混凝土樁復合地基承載力檢測按《建筑地基處理技術規范》(JGJ79-2002)執行。

3.3.1 檢測頻率

低應變法檢測數量為素混凝土樁總數的10%，靜載荷檢測數量為素混凝土樁總數的0.5%～1.0%，且不少于3點。

3.3.2 檢測方法

(1)樁距和樁徑采用鋼尺現場測量。成樁后3 d，按檢測頻率淺層開挖素混凝土樁，從地面向下開挖50 cm，然后測量素混凝土樁的樁徑。

(2)樁身垂直度通過鉆進時控制長螺旋管的垂直度進行控制，鉆進過程中每鉆進2 m檢查長螺旋管的垂直度，發現垂直度超出范圍后應停機進行檢查，查明原因進行修正后可繼續進行施工。

(3)樁長的控制方法：在鉆機做醒目標注，量測樁長，作為控制樁長的依據。

(4)按每臺班制作檢查試件，進行28 d強度檢驗。

4 質量控制要點

4.1 試樁

素混凝土樁正式施工前應進行試樁，以確定正式施工時的各項參數：

(1)樁機就位，在試樁過程中要注意調整樁機平整度和導向架的垂直度，保證素混凝土樁的垂直度偏差不得超過1%樁長，樁位偏差應≤50 mm。泵料時，鉆桿提升速度控制在3.0 m/min，嚴禁先提鉆后泵料，確保成樁質量。

(2)試樁施工過程中詳細記錄地層變化時電流變化以及進尺速度，作為日后正式施工參考。進尺速度按1 m/s、1.2 m/s、1.5 m/s進行控制，以確定合理鉆進速度；每進尺1 m記錄一次電流，最后記錄達到設計標高的瞬時電流及鉆進時間。

(3)鉆孔至設計深度，泵送混合料，記錄混合料坍落度、混合料充盈系數。邊壓灌混合料邊拔管，拔管速度按2.0 m/min、2.5 m/min、3.0 m/min控制，確定合理拔管速度。

(4)每根樁混合料制作6組試塊，4組分別做3 d、4 d、5 d、6 d強度檢測，確定截樁頭時間；1組做7 d強度檢測，1組做28 d強度檢測。如有必要，應對樁身進行低應變試驗檢測。

4.2 樁頭的保護

(1)素混凝土樁施工完成之后，用粒狀材料或濕黏性土封頂，為了保護樁體不受擾動，同時為了防止人員掉入樁體中造成事故，需在樁體上方覆蓋長和寬各為1 m的紅木板。樁體終凝以后方可移走。

(2)樁體達到一定強度后(一般3～7 d)，方可進行清土。

(3)禁止重物橫向擊打樁體。

4.3 褥墊層施工

(1)素混凝土樁完成28 d后，進行上部土方清除，清土時注意當接近素混凝土樁頂面附近時，應采用人工或小型機械施工，嚴禁因為施工不當導致樁身斷裂或嚴重位移。

(2)找出樁頂標高位置，在同一水平面按同一角度對稱放置鋼釬，用大錘同時擊打將樁頭擊斷；樁頭截斷后，用鋼釬、手錘將樁頂從四周向中間修平至樁頂設計標高。

(3)清土及樁頭處理完成后，在樁間先用砂礫虛鋪，然后靜壓至設計厚度，壓實度不應小于設計值。

4.4 可能發生的質量問題及處理措施

(1)縮徑和斷樁：提鉆速度過快或采用連打作業時，新打樁對已打樁產生的擠壓作用，產生縮徑和斷樁。處理措施：嚴格控制提鉆和灌注速度，素混凝土樁施工采用間隔跳打法避免發生斷樁或縮徑現象；在跳打施工時應及時清除成樁時排出的棄土，清土和截樁時，不得造成樁頂標高以下樁身斷裂和擾動樁間土。

(2)樁體強度不均勻：拔管太慢或太快，都會使樁的端部樁體水泥含量較少，樁頂浮漿過多，而且混合料也容易產生離析，造成樁身強度不均勻。處理措施：鉆孔到位，停機后立即向管內投料，直到混合料與進料口齊平。混合料按設計配合比要求配制，坍落度控制在3～5 cm之間，成樁后混凝土超灌50 cm，施工時嚴格控制鉆桿提拔速度和混合料泵的泵送量，混合料泵送量應與拔管速度相配合，保證連續提拔，保證樁體連續、均勻密實。

(3)樁身摻土：提鉆速度與活瓣打開寬度不匹配，混凝土下落不充分，使用反插法，導致樁身摻土等缺陷。處理措施：禁止使用反插法，通過試樁確定活瓣打開的寬度和提鉆速度。

5 結語

南欽防高速公路拼接加寬工程處于較為深厚的軟基路段，經過經濟技術比較，采用了長螺旋施工素混凝土樁地基處理方案，施工后沉降小，路基穩定性高。在南欽防高速軟基拼接施工中表明：長螺旋鉆孔素混凝土樁是軟基處理的一種有效方法，可適用于軟基深度≥2.5 m，填土高度>8 m，對地基承載力要求比較高的路段，施工后沉降小，路基穩定性高，從技術層面能有效解決軟基處理不徹底造成的不均勻沉降及出現的縱向、橫向裂縫等質量通病，避免了耗費大量人力、物力、財力來進行注漿等二次處理，節約成本，提高經濟效益。