现浇混凝土薄壁管桩复合地基技术研究.pdfVIP

固 竺!竺坚 现浇混凝土薄壁管桩复合地基技术研究 冯玉勇 (铁道第五勘察设计院，北京，102600) 摘 要 振动沉模现浇混凝土薄壁管桩(PCC桩)是一种适合于软土地区的新型高效优质桩型，可 有效地提高地基承载力和减小地基沉降。本文介绍了振动沉模现浇混凝土薄壁管桩的技术原理、加固 机理、施工设备、施工工艺及其设计与质量检测方法。该桩型和复合地基具有承载力高、质量可靠和 工程造价低等优点，适用于客运专线软土地基处理。 关键词现浇；薄壁管桩；客运专线；复合地基 地基加固技术发展现状 环渤海地区、长江三角洲地区、珠江三角洲地区是我国主要的软土分布地区，在这些地区修建铁路、 公路和市政道路，经常因承载力低、沉降量大，影响地基的稳定性，因此必须加固地基。桩基、水泥搅拌 桩、散体材料桩、强夯法、塑料排水板真空预压、堆载预压等方法在软土路基加固工程中得到广泛应用。 每种加固技术都有它的适用性和局限性。水泥土搅拌桩施工质量难以控制，加固深度也有限，检测量大且 费用高；超载预压方法由于软弱地基土的强度很低，存在路堤的稳定性问题，不能快速加载，制约工程的 进度，因此施工工期很长，影响工程投资的经济性；强夯法针对透水性较强软土的加固效果明显，在沿海 地区排水不良的软黏土及淤泥质土的加固处理方面有局限；桩基施工速度较快，可缩短工期，加固处理深 度限制小，适用地质条件广泛，可明显增加路基的稳定性，提高地基的承载力和减小变形，但是不管预制 实心桩还是现场灌注实心桩造价均偏高；预制混凝土管桩在单方混凝土提高承载力方面，较实心混凝土桩 有了较大的提高，它须在工厂预制，从形式上是节省了材料，但考虑到运输和打人施工等因素，又必须加 入大量的钢筋以增加强度抵抗施工可能带来的破坏性，从而增加了造价，故地基加固成本较高。针对传统 地基处理技术的不足之处，河海大学刘汉龙教授课题组开发了振动沉模现场浇筑混凝土薄壁管桩(英文名 Pile Cast—in—situ 称为Pipe using 低、承载力高、地基的稳定性增加和地基沉降量小等目的。 高速铁路和客运专线将大量采用无碴轨道，对路基工后沉降量要求比较高，《京沪高速铁路设计暂行 规定》要求路基工后总沉降量为5em，沉降速率小于2cm／a，桥台台尾过渡段路基工后沉降不大于3cm。 也有专家根据国外高速铁路的经验提出过渡段路基工后零沉降的要求，这对软土路基地基处理技术提出了 挑战。PCC桩技术在沿江沿海地区高速铁路和客运专线地基加固工程中应用具有优越的技术经济优势和 良好的发展前景。 2技术原理 2．1 成桩机理 PCC桩技术采取振动沉模，自动排土，现场灌注混凝土而成管桩。具体步骤是先依靠沉腔上部锤头 作者简介：冯玉勇(1970年一)，男，博士，高级工程师，从事岩土工程勘察设计工作。 的振动力，将内外双层套管所形成的环形腔体，在活瓣桩靴的保护下，打入预定的设计深度，在腔体内现 场浇注混凝土，之后振动拔管，在环形域中土体与外部的土体之间便形成混凝土管桩。如果需要，也可在 管腔中放入环形钢筋笼，以形成现浇钢筋混凝土薄壁管桩。为了保证桩与土共同承担荷载，并调整桩与桩 间土之间竖向荷载及水平荷载的分担比例以及减少基础底面的应力集中问题，在桩顶设置褥垫层，从而形 成PCC桩复合地基。PCC桩动力设备是振动锤，振动锤的两根轴上各装有偏心块，由偏心块产生偏心 力。当两轴相向同速运转，横向偏心力抵消，竖向偏心力相加时，使振动体系产生垂直往复高频率振动。 振动体系具有很高的质量和速度，产生强大的冲击动量，将环形空脏模板迅速沉入地层。腔体模板的沉人 速度与振锤的功率大小、振动体系的质量和土层的密度、黏性、粒径有关。当激振力R大于刃面的法向 力N的竖向分力、刃面的摩擦力F的竖向分力，腔体模板周边的摩阻力P等三种阻力之和时(见图1)， 模板即能沉人土层；当R与N、F、P竖向分力平衡或达到预定深度时，则模板停止下沉。腔体模板在振 动力作用下使土体受到强迫震动产生局部剪胀破坏或液化破坏，土体内摩擦力急剧降低，阻力减小，提高 了腔体模板的沉人速度。同时，挤压、振密作用使得环形腔体模板中土芯和周边～定范围内的土体得到密 实。其成桩机理为： (1)模板作用。在振动力的作用下环形腔体模板沉人土中后，浇注混凝土；当振动模板提拔时，混凝 土从环形