套管混凝土桩桥头软基处理施工.pdf

浙 江建筑 ， 第 2 7卷 ， 第 1 O期 ， 2 0 1 0年 1 0月 Z h e j i a n g Co n s t r u c t i o n，Vo 1 2 7，N o 1 0，Oc t 2 0 1 0 套 管混凝土桩桥 头软基处理施工 Ca s i n g p i p e c on c r e t e p i l e c on s t r u c t i o n f o r t r e a t i n g s o f t s o i l a t b r i d g e b e a d 宋 翔 ， 金 江 东 S ONG X i a n g。1 l N J i a n g - d o n g ( 1 浙江省建筑科学设计研究院有限公司 ， 浙 江 杭州 3 1 0 0 1 2 ； 2 浙江登峰交通集团有限公 司 浙江 杭州 3 1 1 2 0 3 ) 擅要 ： 套管混凝土桩承载力 高， 施工时不会由于振动挤土而断桩且 成桩质量可靠 、 对 周围环境影 响小。不但施 工速度快而 且具有造价相对较低的特点 。该套管混凝土桩是应用 于高速公路桥头软基处理 的新方法 和新技术 ， 可供同行参考 。 关键词 ： 套管混凝土桩 ； 桥头 ； 软基处理 中圈分类号 ： U 4 1 6 1 文献标识码 ： B 文章编号 ： 1 0 0 83 7 0 7 ( 2 0 1 0 ) 1 0 0 0 3 6 0 3 随着 我 国经济 的 飞 速发 展 ， 高等 级公 路 的重 要 性 也 日益 突 出。而 公 路建 设 施 工 中 的软 基 处 理 ， 特 别 是桥头 跳车 的问 题 ， 一 直是 公 路 建 设 中长 期 困扰 的工 程难题 。 目前 ， 对 高 等级 公 路 桥头 软基 处 理 的方 法 主要 有 ： 静 压预应 力管 桩 、 打入 预 制方 桩 、 粉 喷 桩及 换 填 法等 多种 。以下通 过杭 州湾 大桥余 慈连 接线 慈溪段 公路工程( U- 2合同段) 的实际应用， 介绍套管混凝 土桩的施工工艺， 流程及操作要点。 1 工 程 概 况 杭州湾大桥余 慈 连接 线慈溪 段公 路工 程起 点 位 于 3 2 9国道处 ， 起点桩号 K 0+ 0 0 0 ， 终点桩号 为 K 1 1 + 7 8 0 3 8 0 ， 终 于规划沿海北线 ， 路线全 长 1 1 7 8 k m。路 线范围 内经过余 姚 市低 塘镇及 慈 溪市周 巷镇 平 王社 区 、 周 巷镇城中村 、 庵东 镇珠 江村 共 两市 四镇 的十一 个村 。第 L J 一 0 2 合 同段 ， 范 围为起点桩号 K 4十 9 5 0 ， 终 点桩号 为 K8+6 0 0， 路线 全长 3 6 5 k m。 1 1 设 计标准 该工 程 为双 向六 车道 一 级公 路 ， 部 分路 段兼 具 城市 道路 功 能 。设 计 计 算 行 车 速 为 8 0 k m h ， 路 基 宽度 为 3 9 m。 横 断 面 布 置 形 式 为 ： 0 5 m 挡 土 墙 +辅 车 道 4 7 5 m+ 绿化带 1 5 i n +路缘带 0 5 m+ 主车道 l 1 2 5 m + 路 缘带 0 5 m +中央分 隔带 2 m + 路 缘带 0 5 m+ 主车 道 1 1 2 5 IT I +路缘 带 0 5 m + 绿 化带 1 5 m + 辅 车道 4 7 5 IT I +0 5 m 挡土墙 。 1 2地 形 及 地 质 本 公路 所 经 区 域地 形 属绍 北 平原 ， 为杭 州湾 南 岸 滨海 中沉积 平原 ， 地形 平坦 开阔 ， 地势较 低 。工 程 区域 内属 河 口 冲海 积平 原 ， 第 四系 覆 盖 厚 度 较 大 ， 2 0 m 深 度 内存 在较 厚软 弱土 。 1 3主 要 工 程 数 量 L J 一 2合 同段 主要 工 程 数 量 为 ： 路 基 土 石方 和 中 小桥梁 工程 。其 中 ， 桥头 和过 渡段 地 基 均 采用 套 管 混 凝土 桩进行 软基 处理 ， 共 3 4 8 7 0 m长 。 2 工艺 原 理 套 管混 凝 土 桩 工 艺 原 理 为 ： 将 带 有 内外 螺 纹 的塑 料 套 管按 一 定 的 问 距 采 用 专 用 设 备 逐 根 跟 钢 管 打入 需 要 加 固 的 地 基 中 ， 套 管 除 了顶 部 开 口外 其 它 为 全封 闭 ， 待这 个 分 段 区块 全 部 打 设 完 毕 后 ， 再 统 一 以埋 深 在 地 基 中 的套 管 为 模 ， 用 C 2 5混 凝 土 连 续 浇注 成 桩 ， 套 管 不 再 取 出 。这 样 ， 套 管 与填 收稿 日期 ： 2 0 1 0 0 61 2 作者简介 ： 宋翔 ( 1 9 7 4 一 ) ， 男 ， 浙江杭州人， 高级工程师 ， 从事工程技术研究 、 工程质量鉴定加 固等工作 。 第 1 0期 宋翔等： 套管混凝土桩桥头软基处理施T 3 7 充 物 就 形 成 了 地 基 加 固 桩 ， 并 浇 盖 板 铺 设 垫 层 和 钢 丝 格 栅 ， 形 成 路 堤 桩 土 共 同承 担 荷 载 的 系 统 ， 从 而达 到 大 幅 提 高 复 合 地 基 承 载 力 ， 减 少 地 基 沉 降 量 的 目的 。 套 管 混凝 土桩 的设 计 为套 管 混凝 土桩 +高强 度 整体 式 钢丝 格栅 ， 适 用 于处 理 深度 小 于 2 0 m 的桥 头 路 段 ， 见 图 1 。 桥头过渡段处理长 目 桥头处理 跃度 图 1 套 管 混 凝 土 桩 桥 头 软 基 处 理 纵 断 面 3 施 工工艺流程及操 作要点 3 1施 工 工 艺 流 程 套 管混凝 土 桩施 工 工艺 流程 见 图 2 。 制作桩尖 兰 竺 竺 H兰 鳖 兰 H 竺 塞 塞 耋 鐾 H 鲞 鲨 图 2施 - F工 艺 流 程 图 3 2施 工操 作 要 点 套 管 混凝 土桩 成桩 施 工按 施工 工 艺 流程精 心施 工 。 ( 1 ) 施工 场 地 平 整 。 套 管 混 凝 土 桩 打 设 前 ， 先 平整 场地 ， 铺 设 3 0 e m清 宕渣 ， 清 宕 渣要 求 最 大 粒径 不大 于 1 0 c m， 含 泥量 不 大 于 1 5 ， 准 备 塑 料 套 管 ， 放样 、 布置桩 位 。 ( 2 ) 制 作 桩 尖 。 专 用 桩 尖 采 用 钢 筋 混 凝 土 制 作 ， 直径 2 63 0 e m， 并 设 置 有 固定 套 管 的 装 置 ， 见 图 3。 图 3套 管 混 凝 土 桩 桩 尖 图 ( 3 ) 桩 机就 位 。合 理 布置施 打顺 序 。 ( 4 ) 放 置套管前 应根据 加 固桩 长 的要 求 ， 将 出厂 的套 管切 割成合适 长度 ， 要求 打设 至加 固深 度后 套管 顶 部调试 不小 于要 求 的桩 体顶 标 高 ， 并适 当富余 ， 将 切 割好 的套 管与桩尖 连接 密封牢 固 ， 然后将 带有 桩尖 的套管从 钢管底 部 放人 钢 管 中 ， 桩 尖 与桩 位 对 准 ， 然 后 开机将 钢管打设 至预定 的深度 ， 桩 的打设 深 度 由贯 入度 控制 ， 贯 人度控 制标 准约 为 ： 2 0 c m m i n 。若 地 质 情 况 与地质 勘 察报 告 存 在 较 大 差 异 ， 以控 制 实 际 贯 人 度 的打设 深 度为 准 。 ( 5 ) 拔钢 管 。将 钢 管拔 出而 将 塑 料套 管 留在 地 下 ， 移 机至 下一 个桩 位 ， 重 复 ( 4 )( 5 ) 工 序 ， 继 续 埋 设套 管 。 ( 6 ) 截桩 和 检查 套 管 的 深度 。将 多余 的套 管 进 行 截桩 和整 理后 ， 对 套 管进 行深 度检 查 ， 并 随 时保 护 套 管 内的清 洁 ， 尽量 不让 杂 物进 入 。 ( 7 ) 桩体 检测 。待桩 体 强 度 达 到 一定 要 求 后 可 对桩 体进 行 检测 。 ( 8 ) 铺 设 高 强度 整体 式钢 丝格 栅 。 ( 9 ) 桩 、 盖板 一 体 化 施 工 。根 据 设 计 要 求 在 塑 料套管内放置钢筋笼 ， 钢筋笼主筋预 留一定长度作 为 与盖板 底 层 、 顶 层 配 筋 的连 接 钢 筋 及 钢 筋 笼 与 钢 丝格 栅 的连接 钢 筋 。 放 置 盖板 底 层 配筋 ， 并 与连 接 钢筋 绑扎 牢 固 ； 铺 设 钢丝 格栅 ， 并 与预 留 的钢筋 笼 主 筋绑 扎连 接 ； 放置 盖 板顶 层配 筋 ， 并 与 连接 钢筋 绑扎 固定 。将 合适 流 动性 的 混凝 土 浇 注 在 套 管 中 ， 然 后 将 专 用加 长振 动 棒 对 填 充 的混 凝 土 进 行 振 捣 密 实 ， 并 进行 混 凝土 补充 ， 使 混凝 土填 充 满整 个塑 料套 管 ， 见 图 4。 3 3施 工 注意事 项 ( 1 ) 施 工 打 设 机 械 应 采 用 移 动 灵 活 轻 便 的 设 备 ， 根 据本 工 程 的特点 ， 采 用全 液压 振动 履带 式沉 管 机 械 ， 其 最 大 压 力 不 宜小 于 4 0 0 k N， 最 大 打 设 深 度 不 小 于 2 0 I l l ； 桩 机 配 有 导 向架 ， 以控 制 垂 直 度 。垂 竺一 3 8 浙江建筑 2 0 1 0年第 2 7卷 盖板顶层配筋 盖板 底层配筋 图4套管混凝土桩桩 身盖板连接图 直 度控制 在 1 0 1 5 左右 。 ( 2 ) 套 管 混凝 土 桩 采 用 的套 管 应 为 单 壁 、 内外 均是 螺纹 的 P V C塑料 管 。套 管 其 强 度应 保 证 混 凝 土 浇注前后 不损坏 ， 最 大外径 为 1 6 c m。 ( 3 ) 本次 施工采 用 打设 套 管 和浇 注混 凝 土 两道 工序分 开进行 的方 法 ， 以提 高 施工 效 率并 保 证 桩 体 混凝土 的连续 性 ， 同 时 由于 在 浇 注混 凝 土 之前 套 管 内为全 空 ， 可方 便检 查打设 的深 度 ， 并 易于对 质量 进 行 控制 。 ( 4 ) 为 了保 证 桩 体 与 扩 大 桩 尖 的紧 密 结 合 ， 套 管应 与桩 尖事先 连 接 ， 并将 套 管 事 先从 打 设 机械 的 沉管底 部放 入后再 进行 打设 。 ( 5 ) 由于单 壁螺 纹 塑料 套 管现 浇 昆 凝 土 桩为 软 基处理 新工 艺 ， 在 工艺开 工之前 应进 行试桩 ， 试桩 后 进 行复合 地基 承载 力 和单 桩 承 载 力试 验 ， 检 测 数 量 不 少于 6根 。根 据 试 验 结 果 以及 试 桩 中遇 到 的 问 题 ， 及时 对设计 方案 进行 验证或调 整 ， 正式施 工时应 认 真记 录打设深 度和压 桩反 力 。 4材料与设备 4 I 材料 套 管 混 凝 土 桩 的 主 要 材 料 为 ： 内 外 均 是 螺 纹 的单 壁 P V C塑 料 套 管 ， 最 大 外 径 为 1 6 c m； 高 强 度 整 体 式 钢 丝 格 栅 采 用 C 2 5混 凝 土 和 1 0 m m 的 钢 筋 。 4 2主 要 机 械 设 备 套管 混凝 土桩成桩 施工 的机械 设 备见 表 1 。本 工程 施工 的主要设 备为 全液压 振 动沉管 机 。 目前使 用较 多 的国产振 动 和振 锤 类 型 ， 可 以根 据 工程 的具 体情 况进行选 用 。 表 1 机 械 设 备 5 质 量 控 制 5 1 试 桩 施 工 中为 了能严 格控 制套管 混凝 土桩 的施工 质 量 ， 施 工前必 须结 合工 程桩 进行试 桩 ， 试 桩后 进行 复 合 地基 承载力 和 单桩 承 载 力 试 验 ， 试桩 数 量 不 少 于 6根 。根据 试桩 试验 结果 ， 以及试 桩 中遇 到 的问题 ， 及 时对 设计方 案进 行试 验或 调整 。 5 2桩 基 检 测 套管 混凝 土桩 桩基 检测项 目如 下 ： ( 1 ) 低应 变 检 测 ： 采 用 反 射 波 法 对 桩 身 完 整 性 进行 检测 ， 检 测 数量 为总桩 数 的 5 。 ( 2 ) 静载 荷试 验 ： 待 桩 体 强 度 达 到 2 8 d后 可 对 成 桩进 行承 载力 检测 。单桩 承载力 检 测数量 单侧 桥 头 ( 箱通 、 涵 洞 ) 不 少 于 1根 ， 且 不 少 于桩 总根 数 的 1 。 。 ( 3 ) 制作 混凝 土 试块 ： 在 浇 注 C 2 5混 凝 土 过 程 中应 同时将 混凝 土 留样 并制 作 试 块 ， 每 个 段落 不 少 于 1 组 试样 ， 对其 进行 抗压 强度 试验 ， 并 应符 合设 计 要求 。 ( 4 ) 深度检测 ： 在 套 管 浇 注混 凝 土 之 前 ， 对 套 管 的深度进行 检 测 ， 检测 数 量 不少 于 总 数 的 5 ， 检 测 深 度与施工记 录深 度应对应一致 ， 误 差不大于 5 0 e m。 套 管混 凝 土 桩在 施 工 过程 中 ， 要 认 真做好 打设 深 度和压 桩反 力 的记 录。 总之 ， 在施 工过 程 中要加 强施工 监测 工作 ， 及时 发现 问题 ， 以便 尽快 采取相 应措 施进 行处理 。 6 效 益 分 析 6 1 经 济 效 益 套 管混凝 土桩 每米 4 5元 ， 低强 度水 泥混凝 土桩 每 米约 7 O元 ， 水泥 搅拌桩 每米 约 8 0元 ， 预 应力 管桩 每米 约 1 2 0元 ， 分析 对 比之下 套 管 混凝 土 桩软 基处 ( 下转 第 4 2页) 4 2 浙江建筑 2 0 1 0年第 2 7卷 明显 。 在打桩 结束 后 ， 进 行 了对 比性 试验 ， 结果 表明增 强 型预应力 混凝 土离心 桩 比先 张法 预应 力混凝 土管 桩摩 擦力增 加 了 2 6 8 。同 时经 试验 证 明 ， 在 打粉 砂土 层时 ， 桩 的压 桩 力 可 减 小 2 0 ， 同时 具 有 砂 土 回覆 快 的特 点 ， 短 时间 可增大 桩 的摩 擦力 等优点 。 增 强型 预应力 混凝 土离心 桩与先 张法 预应力 混 凝土 管桩相 比在直 接成 本 上节 约 了 2 0 3 0 ， 质 量与施 工效果 较好 ， 受到 了业 主 、 监理 和质监 部 门的 一 致好 评 。 5 结 语 管桩应 用损 耗 为 3 ， 而增 强 型 预应 力 混 凝 土 离 心 桩 比现 有 管 桩 成 本节 约 2 0 3 0 。增 强 型 预 应力 混凝 土离 心桩 选 用 特定 防腐 连 接装 置 ， 改进 了现有 管桩 用 电焊 连接 的弊 端 。省 去 了电焊条 及烧 电焊时 产生 的对人 体危 害 、 环 境污染 ， 减少 了施 工过 程 中受 到外 界 因素 的影 响 ， 更 有效 的保证施 工进 度 。 同时也 降低 了桩 的施 工成 本 ( 电焊 条及 人 工直 接 施 工 成本 降低 1 5 2 5 ) ， 管 桩 的施 工 质 量 也 因此 得 到更好 的保 障 。增 强 型预应力 混凝 土离 心桩 由于 其 呈竹节 状 ， 相 应 的减少 了现有 管桩施 工 中挤压 ， 导 致周边建筑损坏的现象， 最大限度地避免 了原有地 质 的破坏 ， 同时也具 有钻孔 桩 的优势 。 因此 ， 无论从 经济 效益 还是社 会效 益 ， 相 比传统 的管桩 作业 ， 不仅 节 约成 本 1 5 2 0 ， 同时 ， 在一 定程度上提高了工程质量 ， 提高 了桩本身 的受力范 围与结 构稳 固性 ， 其效益 显 而易见 。 ( 上接 第 3 8页 ) 理每米 造价 较低 。相 对 于 其 它软 基 处 理施 工 方 法 ， 套 管混凝 土桩 采用 的施 工机 械 投 入也 较 少 ， 经 济 效 益明显 。 6 2环 保 效 益 套 管混 凝 土桩 采 用 全液 压桩 进 行沉 桩 施 工 ， 对 周 围环境 产生破 坏 及 影 响较 小 ， 特 别是 城 市 高 架桥 软 基处理施 工 ， 是 一种 较 为 环保 的施 工 方法 。环境 保 护效果也 比较 明显 。 6 3 社会 效益 在软 基 处理 的施 工 方 法 中 ， 当采 用换 填 砂砾 超 载预 压施工 时 ， 由于 换 填 的填 料 需要 一 个 较 长 的沉 降期 。所 以 ， 施工周 期相 对较 长 ， 且 由于填 料 的沉 降 周 期较 长 ， 可 能 在后 续 工 序 施 工 时 ， 会 继 续 发 生 沉 降 ， 造成 维修 费用 的提高 。 当采 用粉 喷桩 时 ， 由于需 要 现场粉 喷搅 拌成 桩 ， 所 需要 的施 工周 期 同样较 长 。 当采用套 管混 凝土 桩 施 工 时 ， 由 于套 管混 凝 土 桩 桩 周 摩阻力 大 ， 单 桩 承载 力 高 ， 施 工 便捷 ， 缩 短 了施工 周 期 ， 可 以较快 地产 生社会 效益 。 7 体 会 套 管 混凝土桩 与 高速公 路桥头 软基处 理 中普遍 使用 的水泥搅拌桩 、 预应力管桩和各种振动沉管桩 等路 堤桩 相 比 ， 主要 有 以下优点 ： ( 1 ) 套 管 混凝 土桩 成 桩 过 程 ， 不 会 因 为 振 动 挤 土而 引起 断桩 ， 混 凝 土浇注 质量 连续 可靠 ， 打设深度 容易 事先控 制 ， 打设机 械可 以连 续施 工 ， 混凝 土可 以 不 问断浇筑 ， 并具 有混 凝土 用量 、 充盈 量可控 和检测 方便等优点 ， 从而降低施工费用 ， 提高桩体质量。 ( 2 ) 其采用现浇工艺后 ， 不需要像预制桩那样 采 用 大量 钢 筋 和 大 型 运 输 设 备 以及 笨 重 的机 械 设 备 ， 也不需要事先配桩 ， 具有可适应 现场软土深度 变 化 等优 势 ， 与 水 泥 搅 拌 桩 等 柔 性 桩 相 比它 又 是 刚性桩 ， 其桩 周 带 有 螺 纹 可 增 加 桩 侧 摩 阻 力 ， 承 载 力高且质量容易控制 ， 处理深度容易控制 ， 整体造 价 较低 等 优 点 ， 施 工 快 速 灵 活 ， 对 施 工 的 场 地 要 求 低 。 ( 3 ) 它 是一 种 具 有 多 种优 势 的新 工艺 ， 具 有 刚 性桩 的质 量而 只有柔 性桩 的造 价 。同时对 周 围环境 影响小 且在 正常 运 营期 间 ， 路基 不 需 要 或基 本 不需 要 养护 ， 可根 据 软土 的纵横 向变化 调整 桩长 。因此 ， 它是一 种很值 得 推广应 用 的高速 公路桥 头 软基处理 的新方 法和新 技术 。