1 引言
隨著我國經(jīng)濟建設(shè)高速發(fā)展，交通工程建設(shè)大規(guī)模展開，特別是高速鐵路、城際客運專線鐵路的蓬勃發(fā)展，對路基的工后沉降提出了極其嚴(yán)格的要求，時速大于300km/h的高速鐵路無砟軌道路基工后沉降僅允許15mm。尤其是沿海地區(qū)軟土分布廣泛、厚度大，高含水量、高壓縮性且富有機質(zhì)，地質(zhì)情況復(fù)雜。采用常規(guī)的塑料排水板、粉噴樁、攪拌樁、砂樁和預(yù)壓處理等方法已經(jīng)很難滿足要求。
現(xiàn)澆混凝土薄壁筒樁（以下簡稱“筒樁”）是一種新型樁，采用薄壁技術(shù)、自動排土、振動灌注一次成樁等新技術(shù)，不僅施工速度快，且能有效節(jié)省建筑材料，造價低，并有工后沉降小、預(yù)壓期短、可快速填筑等優(yōu)點。本文結(jié)合杭甬鐵路紹興東站及貨場的軟土地基處理工程，介紹現(xiàn)澆混凝土薄壁筒樁的設(shè)計理念和施工工藝、質(zhì)量控制的要點。
2 概況
本工程位于紹興市東，杭甬鐵路DK46+200～DK50+100左側(cè)約300m范圍內(nèi)。場地地形開闊，屬海湖積平原區(qū)。
項目由2條正線、6條站線、5條貨物線以及進出場道路、貨物堆場組成，場地左側(cè)為三灘江，且三面環(huán)河。主要路基工程有沿江進出場道路支擋工程、集裝箱等笨重貨物堆場、臨河高填方路基等。
3 地基加固方案
3.1工程地質(zhì)條件
場地地層主要為第四系沉積層，厚度大于50m，上部主要為高壓縮性的淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土層，厚度達20m左右，w=53.5%，γ=17.4 kN/m3, Cu=5KPa,φu=3o, Es=2.80MPa， σ0=50kPa，工程地質(zhì)條件差；下部主要為中壓縮性的粉質(zhì)黏土層，工程地質(zhì)條件一般。
該場地緊臨三灘江，地下水埋藏較淺，地下水埋深1.0m左右，無侵蝕性。
3.2工程特點
本工程地處深厚層軟土地區(qū)，地表以下軟土層厚度20m以上，工程地質(zhì)條件差，對填方路基及地面構(gòu)筑物的穩(wěn)定、沉降影響大。根據(jù)檢算結(jié)果，填筑極限高約2.7m，設(shè)計極限高僅1.0m左右。
既有線兩側(cè)需要幫寬增建站線，填高約3m左右；貨物線一般填高約1.5~2m，兩側(cè)進出口跨河地段填高達8m左右； 而且，沿江由于收坡需要設(shè)計高6m左右的擋土墻；貨場寬約80~150m的部分場地落入河道中，路基填高5~6m。為了滿足承載力、穩(wěn)定和沉降要求，需要進行深層軟土地基的加固處理。
3.3加固方案比選、工程經(jīng)濟比較
下表為場地不同地基加固處理措施的對比情況。
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場地情況 |
加固措施 |
樁數(shù)量（根） |
處理深度（m） |
成樁單價（元） |
總價（元） |
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集裝箱堆場、高路堤 （面積100m2） |
深層攪拌樁 |
83 |
15 |
35 |
43388 |
|
CFG樁 |
35 |
18 |
93 |
57924 |
|
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預(yù)應(yīng)力管樁 |
21 |
18 |
195 |
72521 |
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現(xiàn)澆混凝土薄壁筒樁 |
10 |
18 |
256 |
45000 |
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|
擋墻基礎(chǔ)（100m長） |
CFG樁 |
188 |
20 |
93 |
348750 |
|
預(yù)應(yīng)力管樁 |
100 |
20 |
195 |
390000 |
|
|
現(xiàn)澆混凝土薄壁筒樁 |
80 |
20 |
256 |
409600 |
根據(jù)本地區(qū)經(jīng)驗，一般采取深層攪拌樁、CFG樁、預(yù)應(yīng)力管樁進行深層軟土地基處理。
深層攪拌樁，一般處理效果較好的深度在12m以內(nèi)，該場地軟土處理深度在18~20m，因此難以滿足設(shè)計要求。
CFG樁，造價相對較低，但由于沉管施工引起樁周圍土的壓縮，在上拔過程中，淤泥質(zhì)土的側(cè)向擠壓及真空吸引作用易引起縮頸斷樁，樁的質(zhì)量難以控制。
預(yù)應(yīng)力管樁，工程質(zhì)量易控制，但成本較高，且施工過程中易引起地面變形隆起，需要增加場地平整等后續(xù)工程。
現(xiàn)澆混凝土薄壁筒樁，采用套管內(nèi)自動排土工藝，樁壁內(nèi)外側(cè)壓力基本平衡，消除了施工過程中的擠壓縮頸和地面變形隆起現(xiàn)象，成樁效果好，且造價相對較低。
因此，通過其優(yōu)缺點對比，對高填方、擋墻基礎(chǔ)地基優(yōu)先使用筒樁加固處理。
3.4筒樁的適用條件和優(yōu)缺點
3.4.1筒樁的適用條件
筒樁適用于處理粘性土、粉土、淤泥質(zhì)土、松散或稍密砂土及已完成自重固結(jié)的素填土等地基。在厚度較大、靈敏度較高的淤泥和流塑狀態(tài)的粘性土等軟弱土層中采用時，應(yīng)制定質(zhì)量保證措施，并經(jīng)工藝試驗成功后方可實施。
3.4.2筒樁的優(yōu)、缺點
筒樁采用專用的振動壓入式成孔器一次成孔灌注成樁，施工快捷。采用環(huán)形側(cè)斜樁尖，能使被樁尖擠出的多余軟土通過內(nèi)套管內(nèi)側(cè)抬升而自動排出，構(gòu)成了自動排土技術(shù)，因而大大減少地面隆起、樁體被拉長、拉裂和擠壓縮頸等問題，使樁內(nèi)外壁側(cè)壓力基本平衡，施工質(zhì)量易控制，而且可提供較大的樁側(cè)摩阻力，單樁承載力大，處理深度深，處理軟基沉降量小，且易穩(wěn)定。
但筒樁適用于摩擦樁、摩擦端承樁，不宜用于端承樁；適用地基土層范圍存在一定的局限性。
3.5計算模式、技術(shù)參數(shù)
3.5.1單樁豎向極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值
根據(jù)不同的計算模式進行綜合比較，結(jié)合現(xiàn)場單樁靜載試驗來確定其單樁豎向極限承載力值。
⑴《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》（JGJ94-2008）單樁豎向極限承載力經(jīng)驗參數(shù)法估算：
Quk=u∑qsikli+qpkAp
式中：Quk為單樁豎向極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值；u為樁身外周長；qsik為樁側(cè)第i層土的極限側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值；li為樁周第i層土的厚度；qpk為極限端阻力標(biāo)準(zhǔn)值；Ap為樁端面積。
⑵《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》（JGJ94-2008）單樁豎向極限承載力鋼管樁法估算：
Quk=u∑qsikli+λpqpkAp
式中：λp為樁端土塞效應(yīng)系數(shù)，對于閉口鋼管樁λp=1，對于敞口鋼管樁按下式取值，當(dāng)hb/d＜5時λp=0.16hb/d，當(dāng)hb/d≥5時λp=0.8；hb為樁端進入持力層厚度；d為鋼管樁外徑。
⑶《大直徑現(xiàn)澆混凝土薄壁筒樁技術(shù)規(guī)程》（DB33/1044-2007）單樁豎向極限承載力估算：
Quk=ζ1u∑qsikli+ζ2qpkAp+ζ3qpkApS
式中：ζ1、ζ2為樁側(cè)阻力和樁端阻力修正系數(shù)；ζ3為樁芯土柱承載力發(fā)揮度；ApS為樁以內(nèi)徑計算的橫截面面積。
3.5.2單樁水平承載力特征值
單樁水平承載力特征值應(yīng)通過現(xiàn)場單樁水平靜載試驗確定。《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》（JGJ94-2008）單樁水平承載力特征值估算方法：
Rha=
式中：Rha為單樁水平承載力特征值；α為樁的水平變形系數(shù)；λm為樁截面模量塑性系數(shù)；ft為樁身混凝土抗拉強度設(shè)計值；W0為樁身換算截面受拉邊緣的截面模量；υM為樁身最大彎距系數(shù)；ρg為樁身配筋率；ξN為樁頂豎向力影響系數(shù)；Nk為樁頂?shù)呢Q向力；An為樁身換算截面積。
3.6加固措施
在貨場范圍采用筒樁進行軟土地基加固。具體范圍主要在DK48+630～+725到發(fā)線段、H1DK000+080～+195貨場H1等線段、集裝箱貨場區(qū)；以及DK47+740～DK48+790橫向20m ～210m右側(cè)擋土墻基礎(chǔ)范圍。
筒樁采用現(xiàn)澆C25素混凝土，樁外徑1.0米，壁厚0.12米，間距2.5~3.2m，長度為15~20m，正方形布置，樁尖采用C30鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，樁頂設(shè)邊長為1.8m的C30正方形鋼筋混凝土樁帽，厚度0.35米，樁帽頂以上鋪設(shè)0.5米厚碎石褥墊層，墊層中間鋪設(shè)一層強度不小于110kN/m的土工格柵。
采用擋墻基礎(chǔ)下筒樁單樁豎向極限承載力不小于824KN, 單樁水平承載力不小于100KN。一般填河地段單樁豎向極限承載力不小于667KN，正線地段單樁豎向極限承載力不小于623KN。
下圖為筒樁橫斷面布置簡圖。
4 施工工藝及質(zhì)量控制
4.1施工工藝
在進行筒樁正式施工前必須進行成樁工藝性試驗，以檢查樁機設(shè)備穩(wěn)定性及各部分配套設(shè)備使用性能是否良好，確認后方可進行試樁工程，取得相關(guān)工藝參數(shù)。成樁施工工藝流程一般按以下程序進行。
⑴、樁位放樣：根據(jù)設(shè)計圖紙、業(yè)主提供的坐標(biāo)、基準(zhǔn)點、要求按圖放樣。
⑵、樁尖預(yù)制及埋設(shè)：樁尖質(zhì)量及形狀是筒樁施工工藝技術(shù)的關(guān)鍵點之一，樁尖刃口的形狀決定筒樁施工排土量大小及沉管阻力。必須按施工現(xiàn)場工程地質(zhì)條件、設(shè)計要求、筒樁排土量的具體情況來設(shè)計樁尖的刀口刃形狀。樁尖混凝土強度采用C30，樁尖可場外預(yù)制，養(yǎng)護并達到強度后送至施工現(xiàn)場。
樁位放樣后，先清除樁位范圍內(nèi)的填碴，再埋設(shè)樁尖，樁尖定位采用拉十字線法檢驗、檢查。
⑶、樁機就位：位置初步對中后，下放成孔器，使成孔器的內(nèi)外鋼管底端接近樁尖頂面，再調(diào)整縱橫相對位置，使樁尖頂面凸臺嵌入成孔器內(nèi)外管間的腔內(nèi)，實現(xiàn)完全對中。為了不使地下水和淤泥從樁尖與內(nèi)外管下端接角面擠入內(nèi)外之間的空腔中，對中后在樁尖的內(nèi)外臺階上要求鋪設(shè)纖維性布料或其他密封材料。
⑷、振動沉管：在振動錘的激振力作用下，作用力經(jīng)內(nèi)外鋼管傳至樁尖，樁尖即隨內(nèi)外套管進入土層，被樁尖排擠的泥土則進入內(nèi)護壁套管中，隨著樁尖不斷進入土層，內(nèi)護壁管內(nèi)的土逐漸向上移而從內(nèi)管頂端出泥孔排出。
⑸、沉管達到貫入度或設(shè)計標(biāo)高后，檢查成孔器內(nèi)有無進水或進泥。
⑹、灌注混凝土及振動拔管：從設(shè)在外護壁套管上端的混凝土受料槽向筒體中灌注混凝土，并在振動的同時將內(nèi)外套管向上逐漸拉出。此時，樁尖將離開內(nèi)外套管底端，并同灌注形成的混凝土連成一體，埋設(shè)在地基中。最后，根據(jù)混凝土的實際方量和理論方量來計算其成樁充盈系數(shù)，初步檢驗成樁質(zhì)量。振動、澆注混凝土和拔管過程中控制樁頂設(shè)計標(biāo)高。
⑺、樁機移位：完成振動拔管后，按照施工組織的打樁順序進行樁機移位，重復(fù)上述步驟進行打樁。
4.2質(zhì)量控制
筒樁施工的質(zhì)量，主要通過施工工藝、載荷試驗等一系列的方法和手段來加以控制，最終滿足設(shè)計要求。
質(zhì)量檢測標(biāo)準(zhǔn)
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項目 |
檢查項目 |
允許值 |
檢查方法 |
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單位 |
數(shù)值 |
|||
|
主控項目 |
樁長 |
不小于設(shè)計樁長 |
測樁管長度 |
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混凝土充盈系數(shù) |
＞1.1 |
每根樁的實際灌注量 |
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樁身質(zhì)量檢測 |
樁身完整性 |
1、在成樁14天后開挖暴露樁頭，觀察管樁的壁厚和成型情況。檢查數(shù)量不應(yīng)少于總數(shù)的1%。 2、采用低應(yīng)變檢測，不得少于總數(shù)的30%。 |
||
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混凝土強度 |
≥C25 |
試塊報告和鉆芯試驗 |
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承載力 |
設(shè)計要求 |
混凝土達到齡期后，進行單樁豎向承載力（單樁水平向承載力）靜載荷試驗，檢測數(shù)量不得少于總數(shù)的0.5%。 |
||
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一般項目 |
樁位 |
mm |
150 |
樁尖對中測量；開挖后量樁中心。 |
|
垂直度 |
＜1% |
測樁管垂直度 |
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樁徑 |
mm |
+（-）20 |
開挖后實測樁頭直徑。試樁時通過內(nèi)筒開挖量測。 |
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|
壁厚 |
mm |
+（-）10 |
開挖后用尺量筒壁厚度，每個樁頭取3點計算平均值。試樁時通過內(nèi)筒開挖全樁鉆芯量測。 |
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樁頂標(biāo)高 |
mm |
+30~50 |
需扣除樁頂浮漿層 |
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5 結(jié)語
筒樁在杭甬鐵路紹興東站及貨場軟土地基處理工程中成功地解決了穩(wěn)定和沉降問題，通過各項檢測完全滿足設(shè)計要求，后期施工觀測狀況良好，并且節(jié)省了投資，豐富了鐵路工程深厚軟土地基的處理方法和思路，取得了良好的社會效益和經(jīng)濟效益，通過進一步的深入研究，結(jié)合其它措施共同使用可廣泛地應(yīng)用于鐵路工程建設(shè)中。
參考文獻：
[1] 建筑樁基技術(shù)規(guī)范 JGJ94-2008
[2] 大直徑現(xiàn)澆混凝土薄壁筒樁技術(shù)規(guī)程 DB33/1044-2007
[3] 地基處理 大直徑現(xiàn)澆混凝土薄壁筒樁技術(shù)專集 2008
