大直径现浇薄壁筒桩在深厚软土地基中的应用
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摘要：本文结合了329国道改建项目大直径现浇薄壁筒桩施工实践，对大直径现浇薄壁筒桩的施工工艺进行了阐述，介绍了大直径现浇薄壁筒桩在深厚软土地基中的受力分析，大直径现浇薄壁筒桩所具有的特点。
关键词：现浇薄壁筒桩施工工艺深厚软土地基中受力分析
中图分类号：TU471文献标识码： A
引言：在工程施工中，对于软土地基与深基坑施工加固采用的桩型种类繁多，主要以其承载力高、稳定性好、抵抗不均匀性为主，用于处理基础的桩基费用较高，为了节约资源，减少环境污染，减低施工成本，大直径现浇薄壁筒桩结合了多种桩的优点，具有很好的发展前景。
一、概述
329国道改建（北仑段大榭叉口改造）工程位于宁波市北仑区柴桥街道，设计329国道路基段，大榭第一通道两侧（辅道3、4）、保税港区梅山连接线及B、C、D匝道桥软土路基段采用大直径薄壁筒桩进行路基基础处理，同时在下穿通道两侧设置4排大直径薄壁筒桩，进行下穿通道施工的深基坑围护与辅道软基处理。设计大直径薄壁筒桩外径1米，壁厚0.12米，桩长24米，C20砼。
工程场地位于近山前海积平原区，地势平坦，地下水比较丰富，场地土主要位于粉质黏土层与淤泥质黏土层，并且层厚较深。
二、施工工艺
1、施工准备
1.1技术准备
施工前技术人员对设计图纸进行审查，并做好图纸会审记录，及时上报相关单位沟通协调解决。按照设计图纸计算工程数量，编制资源需求计划，编制施工方案，施工进度计划，并向作业班组做好技术交底与安全交底工作。对进场的桩机进行验收，验收合格各项资料齐全上报监理单位分项工程开工申请。
1.2施工现场准备
采用水准仪与全站仪对建设单位提供的控制点进行复测，根据复测结果建立测量控制网，设置永久混凝土保护桩，通过监理单位复测审批后使用。
现场“三通一平”需要满足施工要求，进场道路、施工用电与施工用水按需求接入至施工位置。桩机在施工行走过程中，需要将地基整平，桩机在施工中需要用电50KW，桩基施工需要足够的工作电压。
大直径薄壁筒桩机在现场组装完成，验收合格后，报相关单位备案，备案手续完成后，进行试桩施工，总结试桩经验，确定桩机。
1.3物资准备
在工程施工前，砂石料、水泥均需要确定，且同期原材检验合格，根据进场的材料调配施工配合比，严禁一切不合格材料进入工地。
2、施工工艺流程
施工工艺流程：场地平整桩位放样桩靴埋设桩基就位振动成管沉管腔内灌注混凝土振动上拔成桩钻机移位
2.1场地平整
根据现场实际情况，对原有混凝土路面、水泥稳定碎石层破除，破除后压实、清理。
2.2施工放样
根据设计图纸、业主提供的坐标、尺寸、基准点，经计算、用全站仪测量建立起每个桩位放样控制点，打入钢筋或木桩，插上保护标识。根据施工区内的控制点再测放每个桩位中心，插上竹桩或石灰撒上十字形标志以示桩心位置。
2.3桩靴预埋
施工前先进行桩靴预制，预制的桩靴上应标明编号、制作日期，桩靴养护时间一般达到20天，混凝土强度达到设计要求。
预制桩靴的表面平整、密实，掉角的深度不超过20mm，且蜂窝和掉角的缺损总面积不得超过桩靴表面全部面积的1%。
桩靴内外面圆度偏差不得大于桩靴直径的1%，桩靴上端内外支承面平整度不超过5mm。
桩位放样后，用挖掘机先清除桩位上的填渣，再埋设桩靴，桩靴定位采用十字线法检验、检查，桩靴中心和桩位中心偏差要小于20mm。
2.4桩机就位
钻机底座架坐在钢管上，钢管下垫机台枕木，依靠钻机配备的卷扬机卡钢绳实现向前在枕木上滚动钢管而迁移，横向底座在钢管上滑移的而横向移动。位置初步对中后，下成孔器，使成孔器的内外钢管底端接近桩靴顶面，与成孔器中心线重合。为了不使地下水和淤泥从桩靴于内外管下段接角面挤入内外之间的空腔中，对中后在桩靴的内外台阶上铺纸袋或纤维性布料，作为密封材料。
2.5振动成管
在振动锥的激振力作用下，作用力经成孔器传至桩靴，桩靴即随外成孔器进入土层，被成孔器排挤在泥土则进入内护壁套管，随桩靴不断进入土层，内护壁管内的土逐渐向上顶移从内管顶端排出。
开始激振时机架和成孔器均垂直，垂直度偏差不大于1%。
在打桩过程中如发现有地下障碍应及时拔出成孔器，清除后继续施工。
2.6沉管腔内灌注混凝土
成孔器下沉至标定深度后，从设在外护壁套管的灌注口向筒孔中灌注混凝土，并在振动的同时将外护壁套管和内护壁套管向上逐渐拔出，拔出成孔器时及时添加混凝土，最后桩靴与灌注形成的混凝土筒体连成一体形成筒桩。振动、拔管和浇筑过程汇总控制混凝土用量使桩顶混凝土标高满足设计标高要求，按沉管桩质量控制要求，桩顶实际浇注面高出设计要求50cm。
检查成孔质量合格后尽快浇筑注混凝土，灌注混凝土前，先检查成孔器内有无吞桩靴或进泥、进水。
混凝土塌落度：80~120mm。浇注混凝土时制作时间每台班不小于3组试块，混凝土超灌应大于500mm，使桩顶混凝土强度在凿除桩顶浮浆厚满足设计要求。
混凝土浇注连续进行，桩混凝土的充盈系数不得小于1.1.
埋好环形桩尖，使成孔器的内外钢管底端分别定住桩尖的外台阶支撑面，并检验成孔器的垂直度。
2.7拔管
为保证桩顶及其下部混凝土强度，在软弱土层内的拔管速度为（0.6~0.8）m/min；在松散或稍密砂土层内为（1.0~1.2）m/min；在软硬交替处，拔管速度不宜大于1.0m/min，并在该位置停拔留振10s。
管腔内灌满混凝土后，应先振动10s，再开始拔管，应边振边拔，每拔1m应停拔并振5~10s，如此反复，直至沉管全部拔出。
在拔管过程中应根据土层的实际情况二次添加混凝土，以满足桩顶混凝土标高要求；距离桩顶5.0m时宜一次性成桩，不宜停拔。
2.8桩头处理
桩达到设计强度要求时，进行土方开挖，挖出桩头，清理桩头至设计标高，挖出孔中的渣土。
2.9浇筑混凝土板或承台
准备钢模20付，凿桩清土，经检测合格后，即可进行支模扎钢筋，钢筋绑好后，进行混凝土浇筑，设计混凝土标号为C25。
3、质量控制与检测
3.1成桩质量控制
1、桩位和沉管质量
检查内容主要有：沉管的中心位置，钢管的垂直度，内外孔径尺寸，套管的间距和长度，成孔器与桩尖之间的密封牢固程度，沉管过程中不允许发生倾斜、位移。
2、混凝土质量
检查内容主要有：原材料的质量检验报告，混凝土的配合比、塌落度和试块的强度等级等，试块应在施工现场随机取样，发现问题及时改正。
3、成桩质量检查标准详见《现浇混凝土大直径管桩复合地基技术规程》。
3.2桩身质量检测
桩身质量在成桩14天后开挖桩芯土，观察桩体成型质量和量测壁厚，开挖深度不小于3米，检测数量为总桩数的0.4%，且每个单项不小于3根。桩身砼达到龄期后，采用低应变检测混凝土质量，检测数量不得小于总桩数的20%；成桩28天后应进行单桩和单桩复合地基静荷载试验，检测数量为总桩数的0.4%，且每单项工程不得小于3根。
桩身质量检测标准详见《现浇混凝土大直径管桩复合地基技术规程》。
三、大直径现浇薄壁筒桩在软土地基中的受力分析
1、竖向荷载分析
大直径薄壁筒桩为端承摩擦桩，当地基土为软粘土时，一般薄壁筒桩的顶部往往设有盖板，当腔内充满土芯时，在顶部荷载作用下，桩身外侧和内侧阻力、桩身端阻力和土芯对盖板的阻力四部分组成桩的竖向承载力，实际计算中只取外侧阻力和端阻力，所以理论计算值往往小于实际值，偏于安全。
在桩顶竖向荷载作用下，桩身上部受到压缩而产生相对于桩周土体向下位移，桩身外侧表面受到桩周土向上的摩阻力，摩阻力由上而下逐渐发挥作用。随着桩体下部摩阻力的逐渐发挥，桩体下部产生压缩，并将一部分荷载传给桩端土，使其压缩而产生端阻力。端阻力先作用于环形截面上，在环形截面上的反力完全发挥后，作用在土芯部分的反力使土芯压缩，随着荷载的增大，土芯压缩量也增大，于是土芯开始相对于内壁向上移动，筒桩便达到承载力极限状态。在这种情况下筒桩的竖向承载力主要由外侧摩阻力，环形基面上的端阻力和内侧摩阻力组成。在这种状态下土芯从下往上大量涌出桩外，此时的内侧摩阻力很小，可以忽略不计。
2、水平荷载分析
大直径薄壁筒桩在水平荷载作用下的受力机理相对于竖向受力情况下要复杂得多，影响桩的水平承载力的因素较多包括桩的截面刚度、材料强度、桩周土的性质、桩入土深度、桩顶约束情况等，对于抗弯性能差的桩，其水平承载力由桩身强度控制，通常是桩身先出现断裂，然后断裂破坏；对于抗弯性能好的桩，桩身虽未断裂，但当桩侧土体显著隆起或桩顶水平位移大大超过上部结构的允许值时，也应认为桩已达到水平承载力的极限状态。大直径薄壁筒桩在水平荷载作用下表现为受弯混凝土构件的特征，在一定的地基条件下其承载能力主要取决于混凝土和钢筋的抗拉强度。
四、结束语
通过大量的工程实例证明大直径现浇混凝土薄壁筒桩施工工艺简单，成桩速度快，节省材料、无污染、施工质量可靠，施工成本较低。桩基能够承受较高的竖向和水平向的承载力，桩顶加盖板后具有更高的抗水平力性能和抗弯性能，加固路基抗滑移效果好，适合于在基坑支护，地基处理以及围海工程中应用。
参考文献：
1、刘汉龙，王梦如《现浇混凝土大直径管桩复合地基技术规程》2010.7
2、龚晓南，王哲《大直径现浇混凝土薄壁筒桩技术规程》2007.12