水泥搅拌桩配合PHC管桩共同施工的应用研究

牟雨龙 王帅康 耿志华 闫紫烨 杨 旭

（中电建路桥集团有限公司，北京 100048）

0 引言

国内地基处理技术较为多样，将PHC管桩施工与深层水泥搅拌施工相结合，共同用于地基处理的提升还相对较少。该文研究基于江门市蓬江区道路工程PPP项目龙舟山道路及规划三路，为提高施工地段地基承载力，通过PHC管桩与水泥搅拌桩共同施工进行地基加固处理，分析PHC管桩施打技术要点、管桩成桩静载能力、桩身完整性以及水泥搅拌桩喷搅技术要点、水泥浆配制等方面；总结水泥搅拌桩与PHC管桩共同施工加固地基的控制要点，提高软弱地基受荷承载能力。

1 工程概况

江门市滨江新区规划三路（新昌路—滨江大道）及灏昌园周边道路工程，西起新昌路，东至滨江大道；新建道路总长3340m，等级为城市次干路，设计时速30km/h，标准宽度30m，双向六车道规模。在该路段分布有深厚层软弱地基，为保证上部道路施工完整，必须采取技术手段对土体进行改良加固。

2 PHC预制管桩施工

2.1 总体工艺

水泥搅拌桩与PHC管桩共同施工的工艺，采用这2种加固方式各自的优点，将二者结合可最大程度地发挥桩间土的承载作用。首先，对地基进行管桩施工，其具体施工工艺流程为测放桩位→桩机就位→稳桩→管桩施打→接桩→继续施打→桩机移位，PHC管桩施打以控制桩身垂直度以及将接桩质量作为工序重点，PHC管桩施工流程如图1所示。

图1 管桩施工流程图

2.2 试桩静载试验

在正式开工前，先做试验桩施工。试桩施工控制要求与正式施工相同，通过对试桩试验中选用的最终压力值、插打深度、管桩连接焊接工艺以及参数等进行计算，得到管桩施打参数及施工经验，作为正式施工的重要依据。

桩基施打完成时间≥28d，在静载桩基周围桩基的施打完成时间≥14d后才可以进行静载检测。采用分级等量加载的方式对6根试桩进行加载以检测其承载能力。静载试验按“慢速维持荷载法”进行，且每级荷载量为极限荷载量的10%。过程中应保证荷载均匀连续传递，避免出现突然冲击。静载加载过程中，每级静载加载完成后1h内，按照每间隔15min测量记录一次桩顶沉降。

卸载应逐级等量进行，每级荷载卸载完成1h内，按照每间隔20min测量记录一次桩顶沉降量，直至将荷载完全卸载。荷载完全卸载后3h内，每30min测量记录一次桩顶残余沉降量。试验桩静载试验分析结果见表1。

表1 静载试验结果

通过对6根试桩静载加载及卸载过程中管桩沉降及回弹变化情况的分析，得出图2所示的管桩沉降量变化规律，图中实线为加载过程中沉降量随荷载的变化规律，随着荷载不断增加，沉降量上升；虚线为卸载过程中管桩回弹的变化规律，随着不断卸载，加载过程产生的沉降量逐渐回弹，荷载最终全部卸载完成后，管桩依然剩余残留沉降量。通过对管桩最大沉降量及残余沉降量的分析计算，得知管桩回弹率在25%左右。

图2 管桩沉降量变化规律

2.3 桩位测放

根据区域内桩位布置情况测放出区域角点位置处桩位，并用方格网法准确定位出施打区域内各管桩施打点位，并进行标记，桩位中心偏差控制在20mm以内。桩机就位后，对管桩点位进行复核，保证施打点位正确。

2.4 管桩施打质量控制

PHC管桩采用柴油锤桩机进行施打，按照“由中间向两侧或由中间向四周或一侧向另一侧”的方式进行施打。并根据桩底标高不同，先深后浅插打；根据桩的桩径和桩长，按照“大桩径、长桩长优先”的原则进行施打；如遇管桩施工地临近建筑物，考虑插打地点距离建筑物的远近程度，先施打近距离处管桩后施打远距离处管桩。控制要求见表2。

表2 管桩施打控制标准

施打过程中避免桩机因二次移动造成管桩竖向受力变化而导致桩体倾斜的情况，施打过程连续进行，保证管桩在荷载作用下持续不间断地压送，直至PHC管桩在荷载作用下被压送到地质持力层。

管桩中心线和桩帽应保持同轴，管桩施打垂直度控制在0.5%以内，如果遇到垂直度偏差过大的情况，就需要对管桩进行调直纠偏。禁止施加侧向冲击力对管桩进行纠偏，避免对桩体造成损坏。

须接长的前节管桩应保证有长度为0.5m~1m的桩体高于地面，以用于下节管桩端部焊接接长。在需要接长的管桩桩头设置定位导向箍，以保证上下节管桩在接触面的位置贴合紧密，保证管桩接头接触面水平错位偏差≤2mm。

管桩拼接面采用圆周坡口槽焊进行拼装焊接，按照二级焊接标准严格把控焊缝质量，焊接强度不应低于桩身强度。对焊接好的接头进行自然冷却处理，接头自然冷却时间≥4min，没有完全冷却前不能进行下一步施工。

插打管桩最终以插打到设计持力层，或者贯入度达到要求为评判依据。贯入度的计算如公式（1）所示。

式中：R为桩的承载力特征值，kN；取用1500；为安全系数；为入土的桩身外表面面积，m；为系数，取=1；为锤击能量，kN·m，取用10；为贯入度；为桩锤冲击部分的质量，kN；q为桩及桩帽重，kN；为送桩重，kN；为锤击恢复系数，取=0.2。

2.5 成桩质量检测

对管桩施打完成的管桩进行回弹检测其桩身强度，对检测强度不小于设计强度70%且≥15MPa的管桩采用低应变检测的方式来检测桩基的桩身完整性，抽检数量不少于10根。

低应变检测法检测桩体完整性的主要原理为一维弹性直杆的应力波反射波理论。

式中：为桩体质点位移；为应力波传播速度；为低应变应力波的传播方向；为低应变应力波应力波传播时间。

检测锤敲击管桩桩顶产生的应力波由桩顶沿桩身方向传递至管桩底部，应力波传递途中如遇桩身缺陷或者传递至桩底会产生反射信号，并传回桩顶，对反射信号波形进行分析，从而判定桩身的完整性是否达标。根据反射信号得出桩基在桩顶处有细微反射信号波动，是由于静压荷载造成的完整性损失。在管桩焊接连接处及桩底位置处有明显的信号波动，桩身其他位置无明显波动，表明桩身整体完整性与实际情况相符，无明显异常，图3为低应变基桩完整性检测图。

图3 低应变基桩完整性检测图

3 水泥搅拌桩施工质量控制

3.1 深层搅拌工艺

PHC管桩成桩检测质量达标后才可以进行水泥搅拌桩施工，将配制好的水泥浆通过高压泵压送至搅拌机钻头，并随搅拌头下钻泵送至地基中，使土体与水泥浆强制拌合，达到加固地基的效果。深层搅拌法来施工水泥搅拌桩的具体施工流程如图4所示。

图4 工艺流程图

“四喷四搅”法施工水泥搅拌桩分为2个循环，深层搅拌机下钻搅拌喷浆后进行提升搅拌喷浆为一个循环，循环内下钻和提升搅拌反向进行，连续喷浆，经过两个循环的喷浆搅拌达到“四喷四搅”的效果。

3.2 试桩试验

同理，管桩施工中，采用深沉水泥搅拌法也需要进行试桩试验，为下一步施工提供数据支持。对水泥搅拌桩施工中所涉及的几项参数选择不同的组合进行对比试验，最终确定最优的施工参数方案。试验参数选择见表3。

表3 试桩施工参数

通过对不同水灰比下搅拌机各项施工参数的对比，最终按照钻进速度1.2m/min，提升速度0.9m/min，搅拌速度60r/min并保证喷浆时管道压力维持在0.4MPa左右的施工参数进行搅拌施工。试桩应在成桩14天后进行取芯来检测桩身的强度，检验在试桩所采取的标准下，搅拌均匀程度和强度能否满足施工要求。

3.3 水泥浆液配置

按照设计配合比配置搅拌桩所需用的水泥浆，并对浆体进行≥3min的充分搅拌，使浆体拌制均匀。将拌制好的浆液通过滤筛筛除大粒径剩料。选用容量适宜的集料斗储浆，保证喷浆搅拌过程中不会由于集料斗浆液不足而造成供料不及时的情况，保证料斗中有一定的余量。另外，要避免由于浆液储存过多而导致还未使用的浆液沉淀，最后出现浆液浓度不足的情况。

综合设计和现场施工情况，深层水泥搅拌桩所用水泥浆液配置应按照式（3）进行计算。

式中：为水灰比；m为每m³水泥土中水泥浆用水量，kg/m³；m为每m³水泥土的水泥用量，kg/m³；w为水泥土的含水率，%；为天然含水率，%。

根据计算及土体自然条件综合考量，选用0.55的水灰比配置水泥浆液，每延米桩体中各组分质量比为∶∶=1∶5.06∶0.55。

3.4 深层搅拌施工控制

根据PHC管桩施打区域内管桩位置进行测量，对水泥搅拌桩施工位置进行定位，在管桩间隔区域进行水泥搅拌桩施工，以加固桩间土体。深层水泥搅拌桩施工控制要点见表4。

表4 搅拌桩施工控制标准

在确保搅拌机钻杆垂直以及浆液能够正常喷出后，才可以启动搅拌机进行下钻，避免出现“空钻不出浆”导致搅拌加固质量不佳的情况。确保搅拌头钻动和下钻进尺匀速进行，使水泥浆体在土体中充分搅拌结合。搅拌下钻喷浆至设计桩底标高后，应持续搅拌喷浆15 min并稍作间歇，然后按照反方向搅拌喷浆并提升钻头至规定高程。二次循环复搅至设计桩长后，反方向搅拌提升搅拌头直至搅拌头露出地面为止。为保证桩头质量，在提升搅拌头喷浆时，搅拌头应提升至设计桩顶上方50 cm处，且提升到位后搅拌头应停滞几分钟，已达到控制成桩桩头质量的目的。

4 结语

综上所述，利用PHC预制管桩结合深层水泥搅拌桩施工工艺加固处理软弱土体地基，进一步提升了单一处理方式对软土地基的加固处理效果。这种复合地基改善了地基刚度，充分利用了土体承载力+管桩承载力+桩间土的作用，极大地提高了复合地基的承载力减小了后期施工荷载所引起的地基沉降量，有利于保证地基的稳定性。该文介绍的复合地基处理施工工艺及重难点工序的控制措施，对同类型工程中的地基加固处理施工具有一定的指导作用。