試論軟基加固中預制管樁施工技術的應用

鄭建章 李改玲

摘 要：自改革開放以來，我國公路事業迎來了高速發展時期，伴隨公路項目規模的持續擴大，越來越多項目修建于不良地基之上，尤其是軟土地基。軟土地基物理力學性能較差，對路基穩定性和承載能力影響很大。為此，本文結合具體工程案例，提出了兩種加固方案，經試驗分析可知，預制管樁在軟基加固中應用效果顯著。

關鍵詞：軟基加固;預制管樁;工程概況

中圖分類號：U416.1 文獻標識碼：A

1 軟土地基的概述

對于軟土地基，其定義是指含有大量有機物質的強度低、壓縮性高的軟弱土層。由于軟土強度低、具有較大沉降量，若處理不好，往往會嚴重影響施工質量，甚至影響行車安全。相比其他地基，軟土地基的物理力學性質存在很大不同，其特點如下：

（1）高壓縮性。軟土的孔隙比在1以上，且具有較大含水量，容重小，土內含有大量有機物質，因此，具有較高壓縮性，穩定性不足。在條件相同的情況下，軟土塑限值越大，則軟土的壓縮性越高。（2）抗剪強度低。軟土地基的抗剪強度不高，因此，在施工現場，可做原位試驗。（3）透水性低。軟土具有較低的透水性能，垂直層面基本不存在透水情況，不利于排水固結，沉降時間長，進而會對地基強度造成一定影響。（4）觸變性。作為一種絮凝狀結構性沉積物，軟土未遭到破壞時，則具有一定結構強度。若被擾動，破壞結構，強度將快速下降，甚至被稀釋，這就說明軟土具有觸變性的特點。在振動荷載作用下，軟土地基很可能發生側向滑動、沉降等情況。（5）流變性。土的變形在荷載持續影響下，伴隨時間的增加，其變形量將越來越大。相比瞬時強度，其長期強度較小，不利于地基穩定。（6）不均勻性。粉細砂透鏡體是軟土層常見的夾雜物，此物質在平面、垂直方向上差異性極為顯著，基于此類物質的存在，往往會出現地基不均勻沉降現象。

2 工程概況

某公路工程為雙向四車道，沿線分布大量軟土，為第四系沖洪積堆積體。在地表和地下水的長期作用下，表層黏土和淤泥質土受到了很大影響，具有孔隙率較大、承載力低等特點，呈流塑-可塑狀態。地下水位于天然地面以下1.5 m，按照由上而下的順序，該區域巖土層分別為粉質黏土、淤泥質土、圓礫土。最初，為解決軟弱地基問題，決定采取堆載預壓+合袋裝砂井排水固結方案，雖然該處理方法在軟基加固當中技術相對成熟，且具有良好的應用效果。但存在工后沉降大、工期緊張等缺點。基于此，必須根據工程實際，合理選擇軟基加固方案。

3 施工方案選擇

結合本工程實際情況，提出了兩種軟基處理方案，即預制管樁和水泥攪拌樁處理方案。軟基處理方法的具體應用情況如下：

（1）水泥攪拌樁。水泥攪拌樁施工中，采用的固化劑為水泥、石灰等材料，利用深層攪拌設備，強制攪拌軟土和固化劑，從而產生一系列的物理化學反應，增強地基的強度、整體性。這種施工方法的優點如下：第一，固化劑摻入土層內，可大幅提升原有土層的利用率;第二，于周邊建筑物來講，攪拌沉入基本不會造成影響;第三，選擇固化劑時具有很強的靈活性，可根據地質土質情況，合理選擇;第四，施工過程中，噪音、污染不大。其缺點為施工質量控制難度大，深層加固效果有限等。據相關規范可知，水泥攪拌樁適宜處理深度在15 m以內，最大處理深度為15 m。允許路堤最大填高為6 m～8 m，處理后地基承載力為140 kPa。

（2）預制管樁。預制管樁法是指預制鋼筋混凝土預應力管樁經靜壓樁機或者動力打樁機向沉入地基，通過管樁將地面荷載傳遞給深層硬土層，與此同時，樁間土也可承擔一定荷載。樁承式加筋路堤是預制管樁的加固原理，是指利用路基填土的土拱效應，將主要荷載作用到樁上，通過對樁間距、樁帽大小等適當調整，進行單樁承載力設計，加固地基。其優點在于施工控制簡單、技術工藝較為成熟，多在深厚軟土地基加固中應用。據相關規范可知，預制管樁適宜處理深度在6 m～30 m，最大處理深度為40 m。允許路堤最大填高為8 m～10 m，處理后地基承載力為200 kPa。

4 水泥攪拌樁試樁施工要點

基于本工程具有較高地下水位，且高壓縮性淤泥質土為表覆土體，15 m為路基最大填筑高度，在施工中極易出現剪滑破壞及沉降過大現象。因此，加固時決定采用水泥攪拌樁法。其參數為0.5 m樁徑、1.5 m樁間距，布設按正三角，15 m為平均處理深度。為了保證施工質量，采取P.O 42.5水泥為固化劑，按照被加固土質12%～20%的比例摻入，并在0.45～0.50之間控制水灰比。為了檢驗水泥攪拌樁加固方案是否可行，需做試樁試驗分析。

（1）試驗分組。按照工程實際情況，水灰比控制在0.45～0.50之間，為此，本文選取4個試樁進行兩種水灰比對比分析。即0.45、0.50，水泥摻量同樣選取兩類，即14%、18%;并按照不同施工工藝進行對比分析。分組試驗情況如下：

樁號1：采取“二噴二攪”，水灰比0.50，水泥摻量14%;樁號2：采取“二噴二攪”，水灰比0.45，水泥摻量14%;樁號3：采取“0 m～7 m二噴二攪”、“7 m～15 m二噴四攪”，水灰比0.50，水泥摻量18%;樁號4：采取“0 m

～7 m二噴二攪”、“7 m～15 m二噴四攪”，水灰比0.45，水泥摻量18%。

（2）施工工藝。按照施工要求，具體流程為樁機就位—攪拌下沉—噴攪提升—正循環攪拌噴漿下沉—重復攪拌噴漿提升—移位。

（3）試驗檢測分析。成樁7d之后，查看樁頭情況，可知，4根試樁樁頭處水泥土攪拌具有均勻性，且樁徑相比設計值略大一些。成樁28d之后，再次進行載荷試驗。通過試驗可知，4根試樁的承載力特征值在115 kPa～127 kPa之間，均無法達到規定值150 kPa，表明承載力不足，無法滿足施工要求。

5 預制管樁施工要點

為了檢驗預制管樁在軟基加固中的應用效果，本文采取PHC管樁加固處理。具體參數為0.4 m管樁外徑，2.5樁間距，布設形式為正三角性，保證樁端從軟土層穿入，直至持力層。結合施工現場情況，選取標準長度8.0 m、10.0 m、12.0 m的樁型焊接接長組合的PHC管樁選用標準長度，以靜力壓樁法為主要壓樁方式。具體施工流程如下：

（1）清表整平。施工前，需保證施工作業面清潔、無雜物。要利用機械設備提前清理干凈地表雜物，比如樹根、草皮等，若部分軟土路段，可直接采取片石換填，隨后通過壓路機進行壓實整平。為避免管樁被水浸泡，可提前挖設臨時排水溝。

（2）樁位放樣。根據設計圖紙等要求，準確確定樁位坐標，并做好編號。樁位放出后，通過石灰進行標注。

（3）壓樁。樁機移機到施工樁位，在與管樁一端相距0.3L處綁扎鋼絲繩并進行起吊，隨后放入樁機進行壓樁施工。開啟壓樁設備后，為避免因擠壓出現土體隆起現象，應按照“中間-四周”的順序進行沉樁。

（4）接樁。接樁過程中，上一節沉樁樁頭應在地面1 m

以上，新接樁節要和原裝節軸線統一。焊接前期，要清理干凈接頭部分的銹蝕、泥污。此外，為加快焊接速度，可同時采取2臺焊機進行施工。當焊接完接頭后，需放置8 min進行自然冷卻。

（5）試樁檢測。按照施工現行規范規定，軟基加固施工中PHC管樁單樁承載力特征值需控制在750 kN以上。通過試驗檢測可知，本工程靜載荷儀加載至最大值1 500 kN，對應沉降量為2.91 mm，滿足相關規定。由此表明，在軟基加固當中PHC管樁效果顯著，可達到施工要求。

6 結束語

綜上所述，經試驗檢測可知，水泥攪拌樁加固土體的有效深度較小，且樁基承載力不足，適用性不強。但是PHC管樁的應用，無論是單樁承載力，亦或是沉降量均可達到規范要求，由此說明，預制管樁在軟基加固中具有良好的應用效果。

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