现浇混凝土薄壁管桩施工试验研究

Ｍｕｎｉｃｉｐａｌ　ａｎｄ　Ｐｕｂｌｉｃ　Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　现浇混凝土薄壁管桩　施工试验研究　口文／刘熠伟　陈　星　訾建峰　摘要：文章以实际工程为例，考虑天津地区软土特性及工程特点对现浇混凝土薄壁管　桩施工工法相关问题进行研究。结合现场试验，研究了混凝土坍落度、拔管速度　对管桩施工质量的影响，得出了相关结论并对管桩进行了小应变动力测试，研究　了小应变检测在现浇混凝土薄壁管桩中的应用。　关键词：软土地基；现浇混凝土；薄壁管桩　桩基应用于软土地基加固中，施工速度快、工期　１）为保证在含地下水地层中应用的质量，保证在　成桩过程中地下水、流砂、淤泥不自桩靴进入管腔，浇　短，加固处理深度较其他方法更深，适宜各种软土地质　条件，可明显增加路基的稳定性，减少地基的沉降，但　是传统桩基加固软土地基的方法造价较高。现浇混凝　筑采用二步法工艺，即在成桩管下到地下水位以上即　进行第一次浇筑，将桩靴完全封闭，以阻止地下水、淤　泥等进入桩管，然后继续下到设计深度后进行第二次　浇筑成桩。　土薄壁管桩是复合地基的一种新技术，其桩径、桩距　大，混凝土用量省，可处理深层软土，具有施工实用性　强、施工质量控制方便、桩基检测方便、加固效果好且　２）在桩距较小时为保证相邻桩在成桩过程中不互　相影响，施工顺序可采用隔孔隔排施工工序。　经济性优越等突出优点。　本文结合津汕高速公路７标段工程实际，研究现　３）如遇到较硬夹层，可利用专门设计的成模润滑　造浆器在成桩过程中注入泥浆。　４）沉管内外管间距应严格保证，在内外管间距调　整适当并锁定后方可起吊装配。　５）混凝土应以细石料为主，可以适当掺入减水剂，　以利于腔体中混凝土流动性。　６）在遇到砂性土层时，宜放慢拔管的速度，软土层　浇混凝土薄壁管桩的施工工艺以及施工过程中一些相　关因素对施工质量的影响并对小应变检测在现浇混凝　土薄壁管桩中的应用进行探讨。　１施工工艺与质量控制　现浇混凝土薄壁管桩作为一种全新的软基处理方　法，单方混凝土提供的承载力较大，壁厚相对较薄，因　此必须对从材料进场到拔管移机等施工过程中的各个　方面加强控制，通过相应的控制措施及施工工艺来保　证其质量。　现浇薄壁管桩的施工流程见图１。　速度一般可在１．０　ｍ／ｍｉｎ左右。　７）当气温低于０℃浇筑混凝土时，应采取保温措　施。浇筑时，混凝土的入孔温度不得低于５℃。在桩顶　混凝土未达到设计强度５０％以前不得受冻。当气温高于　３０℃时，应根据具体情况对混凝土采取缓凝措施。　８）应保证混凝土浇筑的质量，灌注时在桩管内灌　满混凝土后先振动５～１０　Ｓ，再边振边拔，桩管内应保　＿＿１量　以下几个方面予以重视。　鲨　亟　图１　现浇薄壁管桩施工流程　持不少于２　ｍ高度的混凝土，一般拔管速度应为０．８～　１．２　ｍ／ｍｉｎ且牛１．５　ｍ／ｍｉｎ。遇到特别软弱土层时，应适　当降低拔管速度并在土层分界面附近作适当的　９）浇筑后的桩项应高出设计标高至少５０　保护，浮浆层应凿除。　现浇薄壁管桩施工除应满足一般规定外，还需对　Ｍ　ｉ《　黪　｛　娃娃　Ｐ　ｂｌｉｃ　Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ，　１０）管桩实际浇筑混凝土量不得小于理论计算　体积。　２骈蔫爱　嚣移０■　￡囊　在灌注桩的施工过程中，坍落度的大小直接影响　成桩后桩身的混凝土强度，特别是处理含水量较高土　层时，宜选择坍落度较小的混凝土，混凝土的坍落度是　混凝土灌注时的一个重要控制指标，而现浇薄壁管桩　由于钢模空腔的厚度较小（一般１２　ｃｍ左右）且主要针　对含水量较高的软弱地基，混凝土坍落度的控制就显　得更为重要。过小的坍落度不利于混凝土在钢模腔内　的流动，过大则受振动影响而易形成离析，造成混凝土　卡管，如何根据不同地质条件及不同空腔厚度选择合　适的坍落度是本文研究的主要目的，结合其他工程经　验和本工程的特点，选择３０￣５０『ＩｌⅡ１、５０￣７０　ｍｍ、７０￣９０　ⅡⅡｎ、９０～１３０　ｍｍ　４种坍落度进行试验，在场地边上选择　壁厚１２　ｃｍ、桩径１．０ｍ的６根桩进行试验，不同坍落度　的试验结果见表ｌ。　表１混凝土坍落度试验　桩号　里程　坍落度／　桩径／　壁厚／　拔管速度／　管内混凝土下　卡管／　桩号　ＩＩ１珊　ｍ珊　Ｃｍ　（ｍ．ｍｉｎ　）　落速度／（埘・ｍｉｎ　）　次　Ｂ６　Ｋ２＋９７７　３Ｏ～５Ｏ　１　０００　１２　１．２　１．７　２　Ｂ５ｌ　Ｋ２＋９７７　７０￣９０　１　０００　ｌ２　１．２　１．８　Ｏ　Ｂｌ３３　Ｋ２＋９７７　ｌＯＯ　１　０００　１２　１．２　２．Ｏ　ｌ　Ｂ１２　Ｋ３＋７６０　１０Ｏ　１　０００　１２　１．２　２．１　Ｏ　Ｂ７２　Ｋ３＋７６０　９０　１　０００　１２　１．２　２．１　Ｏ　Ｂ９ｌ　Ｋ３＋７６０　３Ｏ～５０　ｌ　０００　１２　１．２　２．１　ｌ　由表１并结合现场开挖检测可得出如下结论：　１）坍落度过大或过小都不利于桩的成形；　２）坍落度过小（＜５０　ｍｍ）在成桩的过程中易造成卡　管，从而出现断桩和缩径，从局部开挖的桩头亦可看到　桩壁厚度一边厚一边薄的现象；　３）坍落度过大（＞１００　ｍｍ）在运输的过程中及振动　拔管过程易形成混凝土离析，造成卡管现象，在开挖的　桩身上可看到出现在加料口一侧混凝土的石子多而另　一侧混凝土砂浆多的现象。　拔管遮　对赞桩施工的影响　考虑到保证桩身混凝土的用量，拔管速度过快易　造成缩颈与断桩，而过慢又影响施工效率，因而沉管桩　的拔管速度一般控制在１．２　ｍ／ｍｉｎ以内。结合机械设备　及施工场地的土层分布特点对拔管速度与停顿位置等　进行了试验研究。设定试验拔管速度为１．５、１．８　ｍ／ｍｉｎ　壁厚１２　ｃｍ的桩进行试验，停顿的位置根据土层　情况分别选择８　Ｉｌｌ以上的陆相亚粘土和８　Ｉｌｌ以　相软土，停顿时间设定了１０、ｌ５、２０　Ｓ　３种情况；　试验对拔管速度与混凝土的投量及拔管速度与管内混　凝土的下落关系进行了测试，见表２和表３。　表２拔管速度对混凝土用量的影响　桩号　桩径／ｍｍ　壁厚／ｃｍ　拔管速度／　充盈系数　（ｍ・ｍｉｎ　１）　Ｋ２＋９７７　１　０００　１２　１．５　１．４５　Ｋ３＋７６０　ｌ　０００　１２　１．５　１．４８　Ｋ２＋９７７　１　２４０　１２　ｌ＿５　１．４５　Ｋ３＋７６０　ｌ　２４０　ｌ２　１．５　１．４７　Ｋ２＋９７７　１　０００　ｌ２　１．８　１．４５　Ｋ３＋７６０　ｌ　０００　１２　１．８　１．４６　表３停顿对混凝土用量的影响　桩号　停顿　停顿　统计　平均下落　深度／ｍ　时间／ｍ　次数／次　混凝土量／ＩＩｌ３　Ｋ２＋９７７　４．５～５．０　２０　５　０．３０　Ｋ３＋７６０　４．５～５．０　２０　５　０．３Ｏ　Ｋ２＋９７７　８．５～９．Ｏ　１５　４　Ｏ．２Ｏ　Ｋ３＋７６０　９．Ｏ～９．５　ｌ５　５　Ｏ．１８　Ｋ２＋９７７　１０．Ｏ～１１＿０　１Ｏ　４　Ｏ．１１　通过对表２和表３的分析，可得出如下结论。　１）拔管速度对充盈系数的影响较小，在一定范围　内拔管速度对混凝土的用量并无明显影响。　２）停顿对混凝土的用量影响较大，停顿时间１０　Ｓ　以上时混凝土用量急剧增大，特别是停顿深度＞５　Ｉｌｌ时，　由于土层对沉管振动的阻力大幅降低且土体的自重对　管中混凝土的压力大幅减小，在此位置之上停顿时极　易导致沉管中心的土芯上升，从而加大了混凝土的用　量。利用好这一点可在桩端部加长停振时间，造成混凝　土封底与扩大头，若在桩身中部多停顿数次并延长　每一次的时间还可形成“竹节桩”进一步提高单桩　的承载力。　４　小应变检测　小应变动力测试技术主要是用弹性波测试检查地　基桩体的完整性及长度并可检查出桩体有没有如裂　缝、断裂、泥土流入以及缩颈扩颈等桩体直径发生变化　等缺陷。　目前该测试技术在钻孔灌注桩、振动沉管桩以及　各种预制桩的检测中得到了较广泛应用，测试技术也　比较成熟。对该测试方法在现浇薄壁管桩检测中的应　用进行了试验研究，在现场对２４根桩进行了小应变试　验，采用反射波进行检测，主要目的检测桩身结构完整　性、成桩类型；同时将小应变检测结果和开挖检测、取　芯检测等方法相结合以探讨反射波法检测的适用性。　根据桩的弹性波振动时域曲线和频域曲线的表现特　征，分析桩身混凝土质量及桩身完整性，对桩身质量作　出评价。　Ｍｕｎｉｃｉｐａｉ　ａｎｄ　Ｐｕｂｌｉｃ　Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　试验采用的仪器为国产岩海动测仪，信号采集传　工地：ｋ２　９７７＠桩号：Ｂ１３４桩径：１００　ｃｍ　强度：Ｃ１５波速：３　５３５　ｍ／ｓ　感器为加速度计，为了使检测更具有代表性，每根桩均　进行了多次测试并采用不同的击发装置和不同的击发　与接受距离，通过多次试验，选择正确的击发、接受措　施。　从检测结果来看本次小应变试验效果较好，测试　图２管桩小应变检测典型波形　的典型波形见图２。测试波速正常，平均波速均在　６结语　３　２００　ｍ／ｓ左右，除个别桩在上部２　ｍ处存在轻微缩径　本文研究了现浇混凝土薄壁管桩的施工工艺，分　现象外，其余各桩桩身质量良好，桩底反射明显。测试　析了坍落度、拔管速度对施工质量的影响，坍落度过大　结果表明基于合适的击发和接收装置，采用小应变动　或过小都不利于桩的成形，在一定范围内拔管速度对　测技术测试现浇薄壁管桩的施工质量是可行的，检测　混凝土的用量并无明显影响，而拔管停顿对混凝土的　结果能较好地反映现浇薄壁管桩的施工质量。　用量的影响较大。小应变动测技术可进行现浇薄壁管　工地：ｋ２—９７７ｑｄ桩号：Ｂ１１７桩径：１００　ｃ瑚　强度：Ｃ１５波速：３　０９１　ｍ／ｓ　桩的施工质量测试，检测结果能较好地反映现浇薄壁　管桩的施工质量。　口■　口中图分类号：Ｕ４１６．１　口文献标识码：Ｃ　工地：ｋ２—９７７ｑｄ　桩号：Ｂ１２０　桩径：１００　ｃｍ　强度：Ｃ１５波速：３　０９１　ｍ／ｓ　口文章编号：１　００８—３１　９７（２０１　１）０３—２５—０３　口收稿日期：２０１　１—０４—１５　口作者简介：刘熠伟／男，１９７９年出生，工程师，天津市公路工程　总公司，从事工程技术管理工作。　ｌ８．５　２３．２　２７．８　３２．５　ｍ　１６．０　ｍｘ　２　口陈　星、訾建峰／Ｘ津市市政公路工程质量监督站。　（上接第ｌ３页）　绘成示意图，将结果分析之后及时提交给施工人员，　２）因桁架组装的需要，悬挑桁架下设支撑胎架，支　以便及时有效地控制轴线、标高、垂直度的偏差。　撑胎架采用承重的脚手架，供桁架支撑及施工操作用。　５结语　安装时同样以Ｈ轴为中心，先安装％再安装ＨＪ，、　对于结构复杂、刚度大、受力复杂、施工难度大的　最后安装次桁架，安装时应先栓后焊。　重要钢结构工程，施工前进行设计追踪，充分消化理解　３）由于桁架分段安装，应及时调整分段桁架轴线、　设计意图，合理划分施工单元，协助设计院完善图纸是　标高及垂直度，桁架轴线调整采用左右丝螺杆，其标高　施工能顺利完成的关键环节。在选择施工方案时必须　调整采用分段桁架下设支撑胎架上的千斤顶进行调　认识到施工工况是大型钢结构施工中最不利的工况之　节，另在桁架上弦两端拉倒链及手扳葫芦，以调整桁架　一，加工和安装是有机的统一体，对于节点复杂施工精　的垂直度，其调整顺序是先轴线，后垂直度，最后调整　度高的钢结构工程，采用“预拼装组对方法”是值得借　标高。　鉴和推广的，在安装过程中采用“分段吊装，分部形成　４）焊接变形的措施。从中间往四周进行焊接，先焊　单元受力体”的方法，确保了施工安全和工程的顺利　主桁架后焊次桁架。焊接工艺有对称施焊、多层多　进行。　道焊、分段跳焊。　口一　５）测量控制技术。为使整个施工过程中的误差处　口中图分类号：ＴＵ７４５　于受控状态，采用了全过程定点跟踪测量方法，对分段　口文献标识码：Ｃ　桁架进行定位测量，对接测量，桁架成型测量，焊接前　口文章编号：１　００８—３１　９７（２０１　１）０３—１　２一Ｏ２　口收稿日期：２０１１—０３—２２　测量，焊接后测量，拆除承重脚手架前后测量，对一天　口作者简介：张军／男，１９５９年出生，高级工程师，　当中温度变化对构件影响的测量并且对整个结构设置　建筑工程有限公司，从事施工技术管理工　了２３０点进行受力前后的应力、应变测量，将测量数据　口梁书新／天津三建建筑工程有限公司。