薄壁筒樁軟基處理施工工法

《薄壁筒樁軟基處理施工工法》是中鐵十二局集團有限公司完成的建築類施工工法，完成人是曹鋼龍、王建平、杜方元、王建平。該工法適用於樁端持力層為較厚的強風化或全風化岩層、堅硬黏性土層、密實碎石土、砂土、粉土層；軟土層厚度一般6~35米；施工區域交通方便，可以通行大型機械設備。

《薄壁筒樁軟基處理施工工法》主要的工法特點是：施工質量容易保證，施工進度快。

2008年1月31日，《薄壁筒樁軟基處理施工工法》被中華人民共和國住房和城鄉建設部評定為2005-2006年度國家二級工法。

基本介紹

• 外文名：薄壁筒樁軟基處理施工工法
• 工法編號：YJGF291-2006
• 完成單位：中鐵十二局集團有限公司
• 主要完成人：曹鋼龍、王建平、杜方元、王建平
• 審批單位：中華人民共和國住房和城鄉建設部
• 主要榮譽：2005-2006年度國家二級工法

形成原因

軟土地基採用預製類、沉管類樁加固處理，打入土層時會產生比較嚴重的擠土效應，導致已施工樁樁身發生變形、接口斷裂、錯位、甚至上浮，且單根樁加固範圍小，軟基處理工程數量大；採用鑽孔灌注樁加固軟基，產生的泥漿嚴重污染環境，混凝土材料浪費也很嚴重。

薄壁筒樁進行軟基處理以彌補預製類樁、沉管類樁和鑽孔灌注樁的缺陷為出發點，採用一種用於混凝土筒體施工的壓入式一次成孔器，外徑100~150厘米，壁厚10~25厘米，自動排土振動灌注混凝土工藝形成筒樁，由筒樁與樁間土形成剛性樁複合地基，具有群樁基礎承載力性能和有效地防止軟土地基的側向擠土變形，從而達到提高地基承載力，減小地基沉降量的目的；因為較密集的群樁之間存在“土塞”效應，故在高路堤填方路段具有抗滑性能。薄壁筒樁已廣泛套用於沿海地區路基和機場軟土地基處理及防洪堤壩、圍海工程方面，有著廣闊的發展前景。中鐵十二局集團在浙江07省道改建工程施工中，採用薄壁筒樁加固軟土地基路橋過渡段，完成數量為17444延米/2118根，成樁檢測施工質量可靠，軟基處理效果好，經總結形成《薄壁筒樁軟基處理施工工法》。

工法特點

《薄壁筒樁軟基處理施工工法》的工法特點是：

1、施工質量容易保證。薄壁筒樁質量監控措施參照灌注樁標準執行，可有效防止偷工減料、沉樁不到位等質量弊病；對於檢測不合格樁，可在筒樁土芯開挖後進行筒內灌注混凝土補強。

2、施工進度快，可快速提高地基承載力，無需堆載預壓即可進行路基填築，且填築時不受沉降速率限制。

3、薄壁筒樁對地層適應能力強，不但能夠處理多種地質情況不同的土層也能通過現場施工時的貫入度，推斷單樁承載力。

4、能夠有效控制工後沉降量，可通過改變樁長、樁間距控制路基整體沉降量。路橋過渡段處理效果良好，能較好地改善橋頭跳車問題。

操作原理

適用範圍

《薄壁筒樁軟基處理施工工法》適用於以下地段軟土地基加固處理：樁端持力層為較厚的強風化或全風化岩層、堅硬黏性土層、密實碎石土、砂土、粉土層；軟土層厚度一般6~35米；施工區域交通方便，可以通行大型機械設備。

工藝原理

《薄壁筒樁軟基處理施工工法》的工藝原理敘述如下：

薄壁筒樁處理軟土地基就是採用一種特殊的用於混凝土筒體施工的壓入式一次成孔器，利用沉管樁架提升激振錘，把特製的樁尖套入成孔器下部外、內鋼質套管之間的空腔中，然後通過激振錘帶動成孔器自動排土振動下沉，在成圓筒形孔的同時亦同步自動排出土體；隨後將激振錘與成孔器分離放入鋼筋籠，一邊灌注混凝土，一邊振動拔出成孔器套管即成筒狀管樁，樁尖則留在持力層中。待混凝土達到一定強度後鑿除軟弱樁頭，澆築鋼筋混凝土樁帽板；然後在處理區域所有單體筒樁頂部鋪築土體和一層土工格柵，將整個處理區域連成一體。受力機理就是通過鋪設土工織物將上部路基荷載均勻傳遞給樁土複合地基，再由筒樁將路基的大部分荷載傳遞到持力層；當樁間土通過土工格柵與樁身發生緊密作用時，樁間土就開始依賴樁身負擔外荷載，該時的樁間土沉降就基逐步達到穩定。筒樁加固軟基的另一項重要作用是群樁的側向水平總體“土塞”效應，它阻止路基軟土的水平方向位移，因而增加路基的穩定性。

施工工藝

• 工藝流程

《薄壁筒樁軟基處理施工工法》的工藝流程如下：

一、薄壁筒樁施工工序流程

薄壁筒樁施工工藝流程詳見下圖1及下圖2。

二、筒樁施工順序

由軟基處理區域中心向四周推移，先長樁後短樁，減少擠土效應，具體施工走向根據實際擠土效應而定。

• 操作要點

《薄壁筒樁軟基處理施工工法》的操作要點如下：

一、樁位放樣：根據設計樁位布置及處理區域，填築50~80厘米厚的碎塊石工作墊層，用全站儀或經緯儀測設處理格線控制樁位，並以控制點位為基準測設各單體筒樁樁位，並插上鋼筋或木樁做明顯標示。

二、樁尖預製及埋設：樁尖形狀及質量是筒樁施工工藝技術的關鍵，樁尖刃口形狀決定筒樁施工排土量大小及沉管阻力，施工中必須按照現場工程地質條件、設計要求、筒樁排土量的具體情況來設計樁尖的刃口形狀；一般樁尖採用C30鋼筋混凝土預製。為減少施工中的擠土效應，樁尖採用如下圖所示結構。樁位放樣後，先清除樁位上的1.5米×1.5米範圍內的填碴，再埋設樁尖，以便成樁後立即澆築蓋板及墊層，樁尖定位採用拉十字線法檢查，樁尖中心和樁位中心偏差不大於20毫米。

樁尖結構圖

三、樁機就位：樁機底座架坐在鋼管上，鋼管下墊枕木，樁機依靠卷揚機拉動鋼絲繩在枕木上滾動鋼管而前移，橫向底座在鋼管上滑移而橫向移動。位置初步對中後，下放成孔器，使成孔器的內外鋼管底端接近樁尖頂面，再調整縱橫相對位置，使樁尖頂面凸台嵌入成孔器內外管壁間的空腔內，實現完全對中；對中時必須確保不擾動樁尖，對中後校正樁機底座水平和桅桿垂直度，墊實底座。為了防止地下水和淤泥從樁尖與內外管下端接角面擠入內外之間的空腔中，對中後在樁尖的內外台階上鋪紙袋或纖維性布料，作為密封材料。

四、振動沉管：將下端形成切削刃口的樁尖套入設在豎立的外護壁套管同內護壁套管之間的筒孔中，並使外護壁套管和內護壁套管的下端面分別同樁尖上端的外支承面和內支承面接觸，要求樁尖的內支承面的內徑略大於內護壁套管的外徑。該外護壁套管和內護壁套管的上端同激振錘連線器相接，內護壁套管的上端形成穿出振動器的同徑出土孔。在振動錘的激振力作用下，作用力經內外護壁套管傳遞至樁尖，樁尖隨外護壁套管和內護壁套管進入土層，被樁尖排擠的泥土則進入內護壁套管，並排擠先進入的原始土層，隨著樁尖不斷進入土層，內護壁管內的土逐漸向上頂移而從內管頂端排出。（見下圖）。沉孔前必須進行垂直度的測量，垂直度按0.5%控制。為防止成孔器傾斜，成孔器下沉速度放慢，激振力剛開始選擇不宜過大。施工中應及時檢查成孔器垂直度，防止出現嚴重傾斜。一旦出現傾斜，必須重新調整樁機底座水平，將已沉孔的沉管提起，重新調整沉孔器垂直度，再次沉管，減緩沉孔速度，激振力均勻加大。

現澆混凝土單體薄壁筒樁成孔器結構示意圖

註：1一外鋼管筒；2一內鋼管筒；3一筒腔；4—樁尖；5—進料斗；6一法蘭接頭；7一振動器；8一排土排氣內腔；D外筒半徑；天一內筒半徑；噸一腔壁厚度（筒樁壁厚）。

施工中容易出現沉孔困難現象，分析原因主要有兩種，第一種情況為沉管即將進入持力層而產生下沉困難，可能是地質條件發生變化，處理方法為通過現場地質勘察或根據最後的貫入度來判斷選擇是否終孔。第二種沉孔困難發生在沉孔過程中，離設計標高有較大差距。主要原因是沉孔器樁尖遇到障礙物，如遇漂石或木頭等障礙物。處理方法是移位避開或衝擊衝掉。筒樁如遇沉孔困難時，嚴禁強行激振，否則會振壞樁尖，嚴重時將沉孔器擠扁，發生變形，造成沉孔器損壞。

五、混凝土澆築及拔管：樁尖下沉至設計深度澆築混凝土前，必須進行成孔檢查。如有鋼筋籠，應先拆除激振錘和連線器安裝鋼筋籠，並再次用測繩檢測孔底有無滲水和淤泥擠入，如淤泥厚度小於30厘米時則不必處理；當淤泥層厚度大於30厘米時，應拔出成孔器，重新下樁尖成孔。如滲水較多，宜用氣舉或微型潛水泵抽排，少量滲水採用投入水泥粉，再用空氣吹混水泥成漿；工藝性試樁探明地質後，若遇樁端為滲透性較大非黏性土層，沉孔進入該地層前預灌1米高混凝土阻止滲水。從設在外護壁套管的灌注口向筒孔中灌注混凝土，並根據套管埋入混凝土中深度不小於1.0米的要求，同時將外護壁套管和內護壁管向上逐漸拉出，該時，樁尖將離開內外管底端並同灌注形成的混凝土筒體連成一體埋設在軟地基中。拔管時應注意振動時間的控制，嚴禁混凝土長時間振動，否則容易導致混凝土離析，根據施工經驗，當沉管內灌滿混凝土，振動時限控制在10分鐘內較為合適，嚴禁振動時限超過20分鐘。振拔澆築混凝土過程中為確保樁頂標高處混凝土的質量，按沉管樁質量控制要求，樁頂實際澆築面高出設計要求0.5米。筒樁混凝土應一次連續澆築完成。施工過程中加強混凝土坍落度控制，確保電力供應正常。一旦由於坍落度控制不力或突然出現斷電引起混凝土卡孔現象，需將沉孔器連同混凝土一起拔出，然後空振或拆除內、外套管，然後安裝樁尖重新成孔。

六、混凝土生產與運輸

混凝土的生產與運輸根據現場實際情況決定。由於路橋過渡段軟基處理段落分散且每處工程數量不大，採用JZ350滾筒式攪拌機現場攪拌，手推車運送，以保護成樁質量並適應現場施工場地小，工點搬遷比較頻繁的實際情況。隨著成孔器的提升，混凝土由一個帶活動插板的吊斗向灌注口餵料。

七、樁頂處理及質量檢測

筒樁澆築完成後，樁機移位，繼續下一根筒樁施工。筒樁混凝土終凝後開挖、鑿除軟弱樁頭至設計標高，挖出筒內碴料，露出均勻密實的混凝土面，將清理樁頭的混凝土碴料作為墊層材料，鋪築墊層。筒樁質量檢測，採用低應變檢測樁身完整性和混凝土質量，如發現筒樁樁身存在較嚴重的缺陷，就必須採取措施補救。具體方法為開挖筒樁內土柱，直至缺陷部位，並將缺陷部位鑿除，重新灌注高標號混凝土補強；若缺陷嚴重時，可將整個筒樁內全部灌注混凝土，做成實心樁。筒樁單樁承載力可以通過套管下沉時的貫入度判斷；成樁後必須將樁頭1.2米做成混凝土實心樁後採用高應變或靜載試驗進行檢測。

八、澆築樁帽

鑿除樁頭並清理乾淨後，即可安裝樁帽板鋼側模並綁紮鋼筋，樁帽板的鋼筋骨架可提前場外預製現場安裝。樁帽板中心應與薄壁筒樁中心重合，邊線應平行或垂直於線路中心線，同一片軟基處理區域樁帽板頂面大致水平，相鄰樁帽板頂板高差不得超過15厘米。施工中應加強對樁帽板混凝土的覆蓋灑水養護，混凝土強度達到設計強度的70%後方可進行下一步填築工作。

九、樁頂路基填築

在已成片完成的單體薄壁筒樁頂面，鋪築一層填料將樁帽板間孔隙填滿並高出樁帽板頂面至少10厘米，整平靜壓後鋪設一層鋼塑土工格柵，即可按照正常路基填築作業程式施工。

• 勞動力組織

《薄壁筒樁軟基處理施工工法》的勞動力組織見下表。

薄壁筒樁軟土地基處理勞動力組織表

序號	工作項目	作業內容	人數	說明
1	樁機司機	薄壁筒樁樁機操作	2	/
2	鋼筋工班	樁身、樁帽鋼筋製作與安裝	3	/
3	混凝土工班	混凝土生產、運輸、灌注、輔助振搗	7	/
4	電焊鉗工	鋼筋焊接、機械維修	2	/
5	技術員	測量放樣、現場旁站監督	1	/
6	材料員	物資材料供應	1	/
合計			16	/

材料設備

《薄壁筒樁軟基處理施工工法》所用材料為普通鋼筋、混凝土材料，無需特殊說明。薄壁筒樁軟基處理施工所需主要機具設備情況詳見下表。

主要機具設備表

序號	設備器具名稱	型號	功率	數量	備註
1	沉管樁架	起重力80~100噸	/	1台	/
2	激振錘	DZ110	110千瓦	1台	/
3	成孔器	Φ1000	/	1套	/
4	混凝土攪拌機	JZ350C	7.5千瓦	1台	/
5	液壓汽車吊	QY-16	/	1台	/
6	型材切割機	J3G-400	2.2千瓦	1台	/
7	振動棒	Zn-30	/	2台	/
8	電焊機	BX-300-1	16千瓦	1台	/
9	潛水泵	QX-6	0.75千瓦	1台	/
10	磅秤	500千克	/	3台	/
11	經緯儀	J2	/	2台	/
12	水準儀	DS3	/	1台	/

質量控制

《薄壁筒樁軟基處理施工工法》的質量控制要求如下：

一、薄壁筒樁樁位偏差及質量檢驗標準嚴格按照《公路路基工程質量驗收標準》執行，主要檢測項目及標準見下表。

薄壁筒樁質量檢查表

序號	檢查項目	規定值或允許偏差	檢查方法及頻率
1	樁間距（毫米）	±100	抽查成樁數的5%
2	豎直度（%）	≤1	抽查成樁數的5%
3	沉樁深度（米）	不小於設計	鋼尺量測，抽查成樁數的20%
4	樁外徑（厘米）	不小於設計	鋼尺量測，抽查成樁數的5%
5	筒壁厚度（毫米）	不小於設計	鋼尺量測，抽查成樁數的5%
6	混凝土抗壓強度（兆帕）	不小於設計	預留混凝土試件
7	單樁承載力	不小於設計	承載力試驗，成樁數的0.2%
8	樁身完整性	無明顯缺陷	低應變測試，抽查成樁數的10%筒內挖土檢查，抽查成樁數的0.5%

二、成樁質量控制

筒樁作為新型樁基，由於壁薄，易出現質量事故。因此質量控制要求較嚴格。除嚴格執行筒樁施工要求外，成樁以後檢測顯得重要。成樁質量檢測主要手段有：

1、低應變反射波法

要求按照一定比例進行抽檢，主要目的是檢測樁身完整性和成樁混凝土質量。由於筒樁樁形不同於實心樁，要求樁頂至少均勻對稱測試四點，擊發方式採用尼龍棒、鐵錘兩種方式，選擇最佳擊發與接收距離，採集測試波曲線。

2、高應變檢測法

主要用於工程樁承載力測試，由於樁承載力以摩擦力為主，錘擊時，易產生較大貫入度，因此，測試要求進行樁頂加固，挖除筒內1.2米土層，灌以1.2米的實心混凝土，方可進行高應變測試。

3、靜壓試驗及要求

試驗目的：通常用來確定試樁單樁極限承載力，對於重要地段、地質複雜地段，要求進行2~3根試樁靜載試驗，試驗方法採用慢速維持荷載法。最大荷載採用設計荷載2.0倍。試樁前應進行下列準備工作，鑿除樁頂有被損或強度不足處，挖空樁頂筒內土1.2米，灌以實心混凝土，修補平整樁頂。

4、筒樁內壁直接觀察法

現場開挖是檢測筒樁質量最直觀、最有效的方法，它不同於其他樁，因其中心為原土，故可以採用人工開挖，自上而下直接觀察混凝土的樁身完整性。每個工地，可選擇低應變檢測有缺陷的或在施工過程出現異常的樁頂開挖。

5、樁身強度試驗

筒樁不同於實心可以用鑽機直接取芯獲得抗壓芯樣。它要求在已開挖的筒樁內，用小型取芯鑽機，鑽取筒樁薄壁芯樣。要求取芯芯樣直徑不小於10厘米。

6、外觀鑑定

（1）筒樁樁頭實心樁混凝土澆築與樁頂蓋板混凝土澆築應符合設計要求。

（2）無破損檢測樁的質量有缺陷時，需進行開挖驗證；並採取適當措施補強。

（3）筒樁樁內壁光滑密實，樁身不得出現裂紋。

安全措施

採用《薄壁筒樁軟基處理施工工法》施工時，除應執行國家、地方的各項安全施工的規定外，尚應遵守注意下列事項：

1、建立安全組織機構，設立專職安全員負責安全教育、檢查和監督各項安全規程和制度的執行情況。

2、嚴格執行安全操作規程，機械操作手和特殊工種作業人員必須經過專門培訓，考試合格取得上崗證才能進場作業。進入施工現場必須戴安全帽，高空作業系安全帶。

3、機電設備基礎必須穩固，轉動部位要設防護裝置；機電設備必須配漏電保護器，注意保護過路電纜；機電設備不準帶故障運轉或超負荷作業。檢修設備時必須切斷電源，並掛牌告示。

4、定期檢查、維護保養鋼絲繩等栓吊設備，發現問題及時處理。

5、夜間施工必須有足夠的照明，臨時照明電線和燈具應高出地表2.5米.

6、操作升降機的人員必須與孔口操作人員密切配合，做到穩妥安全。

7、施工現場必須配備適量的消防器材，嚴禁明火取暖。

8、風力達到六級或六級以上應停止沉樁作業，並採取加固樁架和制動走行裝置措施，確保樁架使用安全。

環保措施

《薄壁筒樁軟基處理施工工法》的環保措施如下：

薄壁筒樁施工時對周圍結構物的保護、機械噪聲控制、棄碴處理、污水排放應按照國家環保部門規定要求執行，具體措施為：

1、由於激振錘帶動成孔器作業，引起對樁周土體的振動，當施工樁位與鄰近結構物的距離在30米以內時，採取在樁機與結構物之間開挖隔離槽的方法進行減振處理，避免危及臨近結構物的安全。

2、機械噪聲控制，首先對噪聲源採取有效措施降低噪聲的產生，其次通過限定作業時間的方法來減少對當地民眾生活的影響。

3、廢料處理及污水排放，混凝土廢料適當處理後儘量作為路基填料使用，混凝土攪拌設備清洗後的污水處理必須經二次沉澱達到環保要求後才能排放。

4、加強現場文明施工管理，材料堆放及機械設備停放有序，確保施工現場達到環保要求。

效益分析

《薄壁筒樁軟基處理施工工法》的效益分析如下：

一、效益分析

現澆混凝土薄壁筒樁因獨特的技術構想是基於彌補預製類樁、沉管類樁和鑽孔灌注樁的缺陷為出發點，與上述樁相比具有如下的優勢：

1、與預製類樁、沉管類樁相比

預製類樁、沉管類樁打入土層時產生嚴重的擠土效應，導致已施工樁樁身發生變形、斷裂、錯位、上浮，預製類樁的接頭處更易破壞而導致嚴重的質量問題，且由於擠土嚴重，入土阻力大，預製樁、沉管的設計樁徑受限於60厘米以內薄壁筒則有效克服了擠土效應，土體從筒中心擠出；又可以適當擴大樁徑，同時在無水條件下連續灌注而成，樁身整體剛度比預製類樁好，且成樁可以在現場全部完成，施工方便速度快。與預應力管樁相比，薄壁筒樁採取現場直接澆築成樁，無需運輸預製管樁，單根筒樁承受面積是管樁的3倍以上，單位面積設計樁數少，工程造價低於管樁約20%~25%；單樁施工速度快，樁身連續且樁身剛度大，對路堤的抗滑移能力強。

2、與塑膠排水板、水泥攪拌樁相比

薄壁筒樁處理軟基早期投入稍高，總沉降量和工後沉降量很小，可以直接快速填方，不必有1年時間的超載預壓期，這使高速公路施工期縮短0.5~1.0年，經濟效益及社會效益不言而喻。

3、與鑽孔灌注樁相比

鑽孔灌注樁採用水下澆築大坍塌落度混凝土，設計強度高於容許強度一個等級。而摩擦類鑽孔灌注樁豎向受力不需要全實心斷面；從抗彎矩角度來考慮，斷面中心部位混凝土所起作用幾乎可以忽略不計。而鑽孔灌注樁施工嚴重污染環境，泥漿處置對城市樁基施工又是一個大難題，每方泥漿處置費用高達60~70元。混凝土薄壁筒樁正是克服鑽孔樁材料浪費嚴重問題，可節省混凝土至少40%，同時不必考慮泥漿處置問題，施工速度加快，工程造價降低。

二、社會效益

由於薄壁筒樁採用鋼管護壁的特點，使許多地質、水文條件複雜的水利、海洋工程得以方便實施；而激振錘激振力使薄壁筒樁可套用於各種軟土地基地質條件。而薄壁筒樁的改進型，連續咬合式排樁可充當地下連續牆，使深基坑維護的手段得以簡化和降低成本。薄壁筒樁最適合于海洋、水利的防洪堤、護堤和圍海工程、航運碼頭、公路和機場跑道的軟土地基處理、工業與民用建築工程的基礎和圍護等，具有廣闊的開發前景。

註：施工費用以2005-2006年施工材料價格計算

套用實例

《薄壁筒樁軟基處理施工工法》的套用實例如下：

浙江省嘉興市07省道改建工程，地處杭嘉湖平原，沿線均為軟土地基，為滿足路基填築和橋樑之間剛性和沉降的過渡，在路橋過渡段採用薄壁筒樁軟基加固處理。薄壁筒樁外徑100厘米，內徑76厘米，壁厚12厘米，樁長設計為8.0~12.5米。施工中根據貫入度估算地基承載力大小，及時調整樁長，確保樁體穿透軟土層，進入設計樁端持力層，以更好地適應地層變化。經對施工段落按照成樁總數的10%進行低應變檢測，樁身混凝土密實、完整性好，Ⅰ類樁占總數的98%以上；從軟基處理區域沉降和水平位移觀測結果看，筒樁處理後的軟基變形小，而且工後沉降也小，完全滿足設計要求。根據07省道改建工程項目的施工實踐，《薄壁筒樁軟基處理施工工法》技術成熟，施工質量容易保證，軟基處理效果良好，為解決橋頭跳車技術難題，具有推廣價值。

榮譽表彰

2008年1月31日，中華人民共和國住房和城鄉建設部以“建質[2008]22號”檔案發布《關於公布2005-2006年度國家級工法的通知》，《薄壁筒樁軟基處理施工工法》被評定為2005-2006年度國家二級工法。