單壁螺紋PVC塑料套管現(xiàn)澆混凝土樁技術(shù)及現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

齊昌廣，郭 衛(wèi)，崔允亮（.寧波大學(xué)建筑工程與環(huán)境學(xué)院，浙江寧波 5；.長(zhǎng)江水利委員會(huì)水文局，湖北武漢 4000；.浙江大學(xué)城市學(xué)院，浙江杭州 005）

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單壁螺紋PVC塑料套管現(xiàn)澆混凝土樁技術(shù)及現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

齊昌廣1，郭 衛(wèi)2，崔允亮3
（1.寧波大學(xué)建筑工程與環(huán)境學(xué)院，浙江寧波 315211；2.長(zhǎng)江水利委員會(huì)水文局，湖北武漢 430010；
3.浙江大學(xué)城市學(xué)院，浙江杭州 310015）

摘要：介紹了單壁螺紋PVC塑料套管現(xiàn)澆混凝土樁（TC樁）的組成、特點(diǎn)、施工設(shè)備、施工流程及檢測(cè)方法，結(jié)合申嘉湖杭高速公路練市至杭州段TC樁處理的軟基工程，通過(guò)埋設(shè)土壓力盒和鋼筋應(yīng)力計(jì)，比較分析了路堤荷載下樁帽頂上應(yīng)力、樁帽間及樁帽下土應(yīng)力的分布及變化規(guī)律，得出了樁土應(yīng)力比、荷載分擔(dān)比隨填筑荷載的變化曲線。結(jié)果表明：隨著填筑高度的增加，路堤荷載逐漸向TC樁轉(zhuǎn)移，樁間土應(yīng)力先增大后減小；在檢測(cè)期內(nèi)，TC樁的樁土應(yīng)力比與荷載分擔(dān)比始終趨于增大。

關(guān)鍵詞：混凝土樁；軟土地基處理；承載性能；樁土應(yīng)力比；現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

隨著我國(guó)東南沿海軟土地區(qū)高速公路的建設(shè)，各種軟基處理方法不斷應(yīng)用到實(shí)際工程中，如真空堆載預(yù)壓法、排水固結(jié)法、柔性樁復(fù)合地基、剛性樁復(fù)合地基等，其中以剛性樁復(fù)合地基為代表的樁承式軟基處理方法以其單樁承載力好（與柔性樁相比）、地基處理效果更加顯著（與排水固結(jié)法相比）、施工速度快（與真空、堆載預(yù)壓法相比）等特點(diǎn)得到廣泛的使用[1-5]。

單壁螺紋PVC塑料套管現(xiàn)澆混凝土樁（以下簡(jiǎn)稱(chēng)TC樁）是在借鑒國(guó)外AuGeo樁先進(jìn)技術(shù)和國(guó)內(nèi)沉管灌注樁技術(shù)的基礎(chǔ)上改進(jìn)而發(fā)展起來(lái)的一種新型軟基處理技術(shù)[6-8]，并申請(qǐng)了多項(xiàng)專(zhuān)利[9-11]，有效解決了江浙兩省軟土地區(qū)高速公路的地基處理問(wèn)題，同時(shí)提升了高速公路的施工速度和質(zhì)量，豐富了我國(guó)的軟基處理技術(shù)。

本文介紹TC樁的組成及特點(diǎn)、施工設(shè)備及工藝和質(zhì)量檢測(cè)方法，并結(jié)合實(shí)際工程試驗(yàn)研究了TC樁在工作荷載下的荷載分擔(dān)比、樁土應(yīng)力比隨填土高度的變化規(guī)律。

1 TC樁的組成和特點(diǎn)

TC樁是由鋼筋混凝土預(yù)制樁尖、單壁螺紋PVC塑料套管、混凝土蓋板、混凝土和插筋組成，如圖1所示。樁尖為圓錐形，采用C30混凝土預(yù)制并嵌澆套管接頭，直徑約30 cm（PVC管直徑為160 mm時(shí)）或40 cm（PVC管直徑為200 mm時(shí)），樁尖的兩側(cè)留有兩個(gè)對(duì)稱(chēng)的孔洞以方便施工。PVC套管的質(zhì)量是影響TC樁整體質(zhì)量的關(guān)鍵，根據(jù)不同的打設(shè)深度段，選擇不同等級(jí)的PVC管，連接套管的接頭是與PVC管相匹配的專(zhuān)用接頭，材質(zhì)與PVC管相同。蓋板是與樁身一起澆注成型的，在澆筑前先將插筋放入套管內(nèi)，放置好蓋板模板，并設(shè)置兩層鋼筋網(wǎng)。

圖1 TC樁的組成

TC樁的特點(diǎn)有單壁螺紋PVC塑料套管、管內(nèi)注水和抽水、后連續(xù)整體澆注混凝土（待某一區(qū)段樁體打設(shè)完畢后再整體連續(xù)澆注混凝土）、小直徑剛性樁等。

2 TC樁的施工設(shè)備和工藝

目前，TC樁的施工設(shè)備有兩種。一種是在國(guó)內(nèi)廣泛應(yīng)用的塑料排水管插管機(jī)基礎(chǔ)上研發(fā)的全液壓打設(shè)機(jī)，由300挖機(jī)改裝而成，將挖機(jī)大臂改裝后與機(jī)架相連，并提供液壓動(dòng)力系統(tǒng)。該打設(shè)機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是移動(dòng)靈活、施工方便、所需人工少；缺點(diǎn)是由于受到自身重量的限制，遇到堅(jiān)硬土層時(shí)打設(shè)較為困難，目前已很少使用。另一種是由靜壓振動(dòng)沉管樁機(jī)改裝而成的，專(zhuān)門(mén)用于TC樁打設(shè)的樁機(jī)，如圖2所示，其優(yōu)點(diǎn)是打設(shè)深度深，不受地域的限制，遇到硬土層時(shí)可以開(kāi)啟振動(dòng)以穿越硬土層，從而打設(shè)至設(shè)計(jì)深度，目前該類(lèi)打設(shè)機(jī)的最大打設(shè)深度為25 m。

圖2 靜壓振動(dòng)聯(lián)合打設(shè)機(jī)

TC樁工法派生于傳統(tǒng)沉管灌注樁，在傳統(tǒng)沉管灌注樁工法的基礎(chǔ)上加以改進(jìn)發(fā)展而成，但其施工工藝與沉管灌注樁存在顯著區(qū)別，其施工過(guò)程如圖3所示，共分為7步：①采用高強(qiáng)度膠水將PVC塑料套管、樁尖和套管接頭進(jìn)行人工組裝形成TC套筒；②將TC套筒插入到鋼沉管內(nèi)；③采用靜壓振動(dòng)聯(lián)合打設(shè)機(jī)打設(shè)TC套筒；④向打設(shè)后的TC套筒注水；⑤向TC套筒內(nèi)注水并上拔鋼沉管，并將TC套筒留在地基內(nèi)；⑥抽掉TC套筒內(nèi)的水；⑦澆筑混凝土成樁。

圖3 TC樁的施工過(guò)程

3 TC樁的檢測(cè)方法

與傳統(tǒng)樁體檢測(cè)的內(nèi)容不同，TC樁的檢測(cè)主要包括澆注混凝土前對(duì)套管打設(shè)質(zhì)量的檢測(cè)、樁體完整性檢測(cè)和承載力檢測(cè)三方面，其中澆注混凝土前對(duì)套管打設(shè)質(zhì)量的檢測(cè)是由TC樁的技術(shù)特色決定的。套管打設(shè)質(zhì)量的檢測(cè)包括打設(shè)深度檢測(cè)和套管壓扁彎曲情況的檢測(cè)。在套管成孔后，混凝土澆注之前套管內(nèi)被水填充，利用下端系一金屬重物測(cè)繩可對(duì)套管打設(shè)深度進(jìn)行很方便地檢查，當(dāng)測(cè)繩放到管底時(shí)，金屬重物與樁尖接觸，同時(shí)保持測(cè)繩處于拉緊狀態(tài)，此時(shí)的測(cè)繩長(zhǎng)度便為套管的檢測(cè)深度。

若樁體深度檢測(cè)良好，則進(jìn)行套管壓扁彎曲檢測(cè)。將系有拉繩的測(cè)彎管沿管壁放入套管內(nèi)，測(cè)彎管為一圓柱形空心圓筒，其直徑小于套管內(nèi)徑4cm。若測(cè)彎管不能下放，且上拔困難，此時(shí)可以斷定套管被擠扁或發(fā)生了彎曲。樁體完整性檢測(cè)是套管澆筑成樁后，對(duì)樁體的澆注質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)。利用低應(yīng)變檢測(cè)方法檢測(cè)樁體澆注7 d后的樁體完整性，具體參照規(guī)范JGJ106—2003《建筑基樁檢測(cè)技術(shù)規(guī)范》[12]。樁體強(qiáng)度檢測(cè)可采用高應(yīng)變檢測(cè)或單樁靜載試驗(yàn)，具體參照規(guī)范JGJ106—2003《建筑基樁檢測(cè)技術(shù)規(guī)范》[12]。

4 TC樁的承載性能現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

4. 1 工程地質(zhì)概況

申嘉湖杭高速公路位于杭嘉湖平原區(qū)，其大部分路段穿越軟土地基，且沿線河網(wǎng)交錯(cuò)，村莊密布，結(jié)構(gòu)物眾多，填土高度較大。全線軟土為高含水量、高壓縮性、低強(qiáng)度、低滲透性，局部路段為深厚軟土地基。本試驗(yàn)區(qū)域選在練杭段L6標(biāo)橋頭處理段，具體物理力學(xué)指標(biāo)見(jiàn)表1。

4. 2 試驗(yàn)區(qū)TC樁的設(shè)計(jì)

本試驗(yàn)段TC樁均采用正方形布樁，樁距為1.6m，設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)為23 m，圓形蓋板直徑為60 cm、厚度為20 cm，蓋板凈距為1 m，樁身混凝土為C25，蓋板混凝土為C30，樁徑為16cm，預(yù)制樁尖為X形或圓形，墊層厚度為40 cm，土工格柵鋪設(shè)在墊層上面，路基填料的容重按19kN/ m3考慮。試驗(yàn)段于2007年10 月29日開(kāi)始路基填筑，2008年1月14日填筑完成進(jìn)入預(yù)壓期，具體荷載變化見(jiàn)圖4。

圖4 K32試驗(yàn)段填土荷載變化曲線

4. 3 測(cè)試儀器的埋設(shè)和測(cè)試頻率

土壓力測(cè)試采用振弦式土壓力盒，型號(hào)為T(mén)YJ-2020，分別埋設(shè)在蓋板上、蓋板下地基土和蓋板間地基土表面，埋設(shè)在蓋板上土壓力盒的量程為1. 2 MPa，埋設(shè)在蓋板下和蓋板間土壓力盒的量程為0. 2 MPa，絕緣電阻大于或等于50 MΩ，如圖5所示（圖中數(shù)字串為土壓力盒編號(hào)，其中以1開(kāi)頭的埋設(shè)于蓋板上，以0開(kāi)頭的埋設(shè)于蓋板下或蓋板間）。

圖5 土壓力盒埋設(shè)布置

采用測(cè)頻儀測(cè)讀土壓力盒在不同填筑荷載下的頻率，根據(jù)初始頻率和系數(shù)K計(jì)算相應(yīng)的土壓力。根據(jù)填土速率，調(diào)整測(cè)試頻率，保證在一次填土前后至少進(jìn)行一次觀測(cè)。路堤進(jìn)入預(yù)壓期以后，逐步降低監(jiān)測(cè)頻率，如果遇到沉降速率突然變大等情況，則加大監(jiān)測(cè)頻率，并進(jìn)行動(dòng)態(tài)跟蹤。

4. 4 填筑荷載下路堤測(cè)試應(yīng)力的變化規(guī)律

編號(hào)為10587的土壓力盒在填土加荷開(kāi)始時(shí)就被破壞，因此3號(hào)樁的應(yīng)力研究失去意義，故只研究其他3個(gè)蓋板下的土應(yīng)力變化規(guī)律。圖6為試驗(yàn)段蓋板下土體應(yīng)力隨填土荷載的變化規(guī)律，可以看出02522號(hào)土壓力盒到預(yù)壓后期所受應(yīng)力為零，說(shuō)明1號(hào)樁蓋板發(fā)生嚴(yán)重傾斜，一邊已經(jīng)被托空，故其蓋板頂所測(cè)應(yīng)力失真。從4號(hào)樁蓋板下應(yīng)力變化規(guī)律曲線來(lái)看，兩邊的土應(yīng)力絕對(duì)值相差很大，超過(guò)10 kPa，說(shuō)明蓋板澆注時(shí)已發(fā)生傾斜，沒(méi)有保持水平，但在路堤填筑過(guò)程中沒(méi)有發(fā)生進(jìn)一步的傾斜，其板頂應(yīng)力也失真。2號(hào)樁蓋板下兩邊土體表面應(yīng)力變化趨勢(shì)一致性較好，從填土加荷后第36天02596號(hào)土壓力盒所測(cè)得應(yīng)力比02575號(hào)壓力盒所測(cè)得應(yīng)力大2. 7 kPa，但在以后的路堤填筑預(yù)壓過(guò)程中仍較好地保持變化趨勢(shì)的一致性，說(shuō)明蓋板的水平度保持較好，蓋板頂所測(cè)應(yīng)力可作為研究依據(jù)。

圖6 蓋板下土體應(yīng)力隨時(shí)間的變化

圖7為蓋板間土體應(yīng)力隨填土荷載的變化，在填土加荷初期，蓋板間不同位置的應(yīng)力都迅速增大，位于中心位置的02490壓力盒在填土加荷22d時(shí)應(yīng)力達(dá)到峰值78 kPa，然后再遞減并趨于穩(wěn)定，表明應(yīng)力向樁體開(kāi)始發(fā)生轉(zhuǎn)移，路堤中開(kāi)始形成土拱，此時(shí)的路堤填筑高度為1. 5m，大于蓋板凈距1. 25倍，達(dá)到陳仁朋等[1]所述的臨界高度，即大于蓋板凈距1. 1～1. 3倍。另外兩個(gè)壓力盒同樣遵循相同的規(guī)律，但是其值小于中心壓力盒的值，進(jìn)入預(yù)壓期后，其值相差約14 kPa，表明蓋板間的土拱效應(yīng)比中心處的土拱效應(yīng)顯著，將更多的上部荷載傳至蓋板。

表1 K32＋800處物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)

圖7 蓋板間土體應(yīng)力隨時(shí)間的變化

圖8為蓋板應(yīng)力隨填土荷載變化，在填筑高度小于蓋板凈距時(shí)，蓋板上應(yīng)力與蓋板間的土體應(yīng)力相差不大，蓋板間平均應(yīng)力略大于蓋板上應(yīng)力，當(dāng)填筑高度達(dá)到1. 5 m時(shí)，蓋板上應(yīng)力徒增，蓋板間的平均應(yīng)力也隨之增大，但增幅遠(yuǎn)小于蓋板上的應(yīng)力，樁土應(yīng)力比達(dá)到10，荷載分擔(dān)比為0. 5，當(dāng)上部填筑高度達(dá)到設(shè)計(jì)高度后，蓋板上應(yīng)力到達(dá)最大值，隨后略微減小，但減小幅度不大，相差約為24. 6 kPa，此時(shí)樁間土平均應(yīng)力為46. 2kPa，樁土應(yīng)力比約為27. 6，荷載分擔(dān)比為0. 68。

圖8 蓋板應(yīng)力隨時(shí)間的變化

由圖9和圖10可知，樁土應(yīng)力比與荷載分擔(dān)比隨著填土高度的增加而變大。在堆載初期，樁土應(yīng)力比變化很小，荷載分擔(dān)比保持在低值狀態(tài)，當(dāng)填筑高度大于蓋板凈距時(shí)，樁土應(yīng)力比徒增，曲線形狀由凹變凸，當(dāng)進(jìn)入預(yù)壓期后，其值變穩(wěn)，樁土應(yīng)力比的突然變化直接反映到荷載分擔(dān)比上，在堆載期，荷載分擔(dān)比呈線性增加，至預(yù)壓期后穩(wěn)定。在整個(gè)測(cè)試期間，樁土應(yīng)力比與荷載分擔(dān)比都處在增加的狀態(tài)，但到后期增加速度逐漸變小。

圖9 樁土應(yīng)力比隨時(shí)間的變化

圖10 荷載分擔(dān)比隨時(shí)間的變化

5 結(jié) 語(yǔ)

TC樁吸收了AuGeo樁技術(shù)和沉管灌注樁工法技術(shù)，采用單壁螺紋PVC管替代AuGeo樁的雙壁PVC管和雙壁HDPE管，大大降低了工程造價(jià)；增加的注水工藝使打設(shè)后的套管能夠進(jìn)行混凝土的連續(xù)整體澆注，提高了施工速度。工程試驗(yàn)表明，隨著填筑高度的增加，上部荷載存在向TC樁轉(zhuǎn)移的現(xiàn)象，樁間土應(yīng)力先增大后減小至逐步穩(wěn)定；澆注初期蓋板上應(yīng)力緩慢增加，待上部荷載達(dá)到臨界高度后，增加量徒增，樁土應(yīng)力比與荷載分擔(dān)比逐漸增大；在整個(gè)檢測(cè)期內(nèi)，樁土應(yīng)力比與荷載分擔(dān)比都始終處在增大的趨勢(shì)。

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Single-wall corrugated PVC plastic tube-based cast-in-place concrete pile technology and field tests/ /

QI Changguang1，GUO Wei2，CUI Yunliang3（1. Faculty of Architectural，Civil Engineering and Environment，Ningbo University，Ningbo 315211，China；2. Bureau of Hydrology，Changjiang Water Resources Commission，Wuhan 430010，China；3. City College，Zhejiang University，Hangzhou 310015，China）

Abstract：The composition，characteristics，construction equipment，construction process，and quality inspection method of cast-in-place concrete piles（TC piles），with single-wall corrugated PVC plastic tubes used in the construction process，are introduced. In combination with the soft foundation project of the Lianshi-Hangzhou section of the Shen-Jia-Hu-Hang Expressway reinforced by TC piles，the distribution and variation of the soil stress on the top of pile caps，and that between and under pile caps were compared and analyzed based on observations by embedded earth pressure cells and rebar stress meters. Variation curves of the pile-soil stress ratio and load sharing ratio against the filled load were obtained. The results show that the embankment load is gradually transferred to TC piles，and the pile-soil stress ratio increases first and then decreases as the height of embankment is increased. During the measurement period，the pile-soil stress ratio and load sharing ratio of TC piles tend to increase.

Key words：concrete pile；soft ground treatment；bearing behavior；pile-soil stress ratio；field test

收稿日期：（2014 10 29 編輯：鄭孝宇）

作者簡(jiǎn)介：齊昌廣（1986—），男，講師，博士，主要從事樁基工程和透明土試驗(yàn)等研究。E-mail：qichangguang@163. com

基金項(xiàng)目：浙江省自然科學(xué)基金青年基金（LQ15E080002）；國(guó)家自然科學(xué)基金（51508282，51508507）

中圖分類(lèi)號(hào)：TU473

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1006 7647（2016）01 0066 05