振动沉管桩技术在路基加固工程中的应用

■李曼(衡水市公路勘测设计所，衡水　053000)

振动沉管桩技术在路基加固工程中的应用

■李曼
(衡水市公路勘测设计所，衡水053000)

摘要本文以京港澳高速河北某段为例，介绍了振动沉管桩技术以及在路基加固工程中的应用情况和常见问题与应对措施，可为以后类似的工程提供一些可借鉴的经验。

关键词振动沉管技术路基加固应用

1　前言

随着国民经济发展的需要，我国高速公路事业发展迅猛，而很多高质量的道路需要承载力很强的路基作为支撑，这就需要采取特殊工艺对路基进行处理。振动沉管桩技术作为一种较为常见的路基加固技术，经过多年发展已经相当成熟，应用也很广泛，尤其适合于一些软土地基。

2　振动沉管桩技术介绍

振动沉管桩的本质就是依靠混凝土桩来提高地基承载力，即将带有活瓣桩尖的钢管模具沉入土中，一直打到设计的位置，之后向桩内放置钢筋，再灌注混凝土浆液，之后在振动浆液的同时往上提拔钢管模具，最后便形成了混凝土桩，施工过程如下图1所示。

振动沉管桩技术由于设备简单、技术要求较低，且施工速度快，加固效果明显，目前已经在高层建筑、水利设施和重要交通区域等地基加固工程中应用很多[1]。

图1　振动沉管桩技术施工工序示意图

3　工程概况

京港澳高速(图2)是连接北京到香港澳门的重要交通线，对促进南北经济发展和社会交流具有重大意义，其中河北段全长约224km，贯穿九个县市。位于保定市石桥乡境内一长约3km的路段，由于地势较低采用填筑杂土方法，部分地段需建设高架桥。由于本路段地质条件不好，导致路基承载力较差，因而需采取特殊措施提高路基承载力。在对现场进行地质勘探后，得到本路段土层结构如表1所示。经过研究分析，最终确定采用振动沉管桩技术对该路段路基进行加固处理。

表1　施工地段土层结构情况

图2　京港澳高速公路

4　振动沉管桩技术在路基加固工程中的具体应用

振动沉管桩技术的施工工艺流程如下：布置桩位→埋设桩尖→钻机就位→振动沉管至设计深度→下放钢筋笼→灌浆、振动、拔管→成桩。

4.1布置桩位

振动沉管技术一般都按照梅花形来布设桩位，根据本路段土层结构情况，设计桩孔深度为20m，桩径400mm，按照公式(1)计算出砼桩设置密度，最终得到本项目砼桩位置安设示意图(如图3)。

式中, Rsp——加固后地基承载力，kPa；

m——砼桩的置换率；

Rp——砼桩自身强度；

Ap——砼桩横截面积；

β——桩间土地折减系数，取值范围0.5～1.0；

Rs——天然地基承载力，kPa。

通过计算(部分公式省略)得出砼桩间距为3.0m。在本项目中，砼桩位置是利用经纬仪、钢卷尺等工具联合确定的，确定之后，测量人员通过撒石灰粉对其进行标明[2]。

图3　砼桩位置布置示意图

4.2埋设桩尖和桩机就位

当具体桩位确定完成后就要进行埋设桩尖作业，此时需要重新测量桩位的准确性，监理人员需要监督。桩尖和桩位之间的偏差应小于10cm，此外还要保证桩尖的垂直度和稳定性。

结合本项目地质条件和施工要求，施工方采用的是型号为DZ60振动沉管灌注机械，该套设备具有施工工艺简单、对环境无污染、成桩质量较高等优点。为了保证工期，本项目选择两套设备同时施工，且保持一定的距离，避免相互影响。此外应保证施工机械的平稳，若有沉陷现象产生，表明填土作业不合格，则应停止施工，再次压实填土。

4.3放置沉管和钢筋笼

桩机就位之后，桩管套住桩尖，保证其足够牢固，从左右和前后两个角度共同校正桩管的垂直度，其误差不得大于1%。在打桩之前，应先将桩尖压入土中一定的深度，之后再进行试打。在打桩时要密切注意电机电压和电流值以及沉管垂直度的变化，若超出标准范围则应立即停工，找出问题并调整之后再开工。需要特别注意：为了防止地面泥水进入桩内，使用草绳在桩尖的台肩处缠绕几道，保证桩尖和桩壁的密封性。

制作钢筋笼的材料应保证其质量合格，其各项指标也要满足设计要求，具体见下表2。当钢筋笼质量验收合格后，则可下放到桩管内[3]。

表2　钢筋笼的各项技术指标

4.4灌浆、振动和拔管

本项目采用的灌浆材料组成为：425#普通硅酸盐水泥，中粗粒径河砂和直径≤30mm的碎石。设计的砼强度等级为C20，坍落度6～8cm，要求配料时搅拌时间不低于90s，以保证各项指标符合要求。

在灌浆之前，应检查桩管内是否干净，桩管是否吞桩尖，如果一切完好，则进行第一批灌浆作业，第一批灌浆应尽可能保证足量，在灌浆作业的同时也沉管振动。灌满之后应停振5～10s，然后进行拔管作业。拔管速度是成桩质量的重要因素，一般将其控制在0.5～0.8m/min。此外，在淤泥等一类容易缩径的土层中，每次提拔0.5～1.0m的距离后应停止振动5～10s；每拔1m的高度后，应反插几次，确保浆液的充盈系数大于1.1。下一次加料要及时，每次都要确保管内浆液高度维持在2.0m左右，防止出现空洞和夹层等现象。

5　振动沉管桩常见问题及应对措施

(1)在饱和的淤泥质土层中施工时，由于淤泥土灵敏度较高且压缩性能较强，土体在受到振动时产生孔隙水压力，但一旦桩管被拔出，则四周的土体会挤压新浇注的砼桩，造成砼桩产生缩颈现象，大大降低其承载力。对于这类问题，在施工时应严格控制拔模具速度，一般要小于0.8m/min，此外还要使模具内新浇注的砼柱高度大于2m，使下部保持足够的压力[4]；

(2)在一般情况下，为了保证施工速度，我们会采取几台桩机同时施工，而桩机作业时对土体的振动力很大，还可能造成共振现象，在很多情况下由于桩机之间的相互影响会造成砼桩产生变形甚至被振断。这类问题可通过科学管理来避免，首先合理布置打桩位置和顺序，尽可能加大各桩机间距，此外，保证桩机工作时的相互不协调性，避免发生共振；

(3)当砼桩长度较大时且注浆密实度较低或当地地下水水位较高造成压力较大时，容易导

致较多的水随着桩体上升而升高，最终造成桩体被稀释，使浆液和钢筋离析。遇到这一问题时，需要在砼桩位置空隙处打一排排水孔，孔深应和桩体深度相当，若地下水较多，还需在孔内加装小型抽水设施[5]。

6　结束语

据上可以了解到振动沉管桩技术施工工艺简单，对施工人员的专业技能要求较低，这个优点也是工程质量的重要保证。通过应用这项技术，该路段路基承载强度增加了近50%，取得了较好的经济效益和社会效益。但在应用振动沉管桩技术时也要高度重视易出现的问题，加强质量监督，这才是保证工程质量的关键所在。参考文献

[1]孙玉文，王继忠，葛宝亮.大型坑填地基的工程特性分析与处理技术[J].岩土工程技术，2004(01)：51-54.

[2]尚新生，李怡然.多元复合地基工作机理及优化设计研究[J].西安：西安理工大学学报，2004(06)：31-33.

[3]李新利，范丽萍.复合载体夯扩桩在高层工程中的应用[J].岩土工程界，2009(06)：32-34.

[4]陈鑫民，杨本水.振动沉管技术的发展历程及应用现状[J].建筑技术，2009(08)：44-46.

[5]戴照生，刘志明.城市杂填土土工特性的研究及常用地基处理方法[J].探矿工程，2012(10)：67-68.