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[摘要]通过介绍薄壁管桩复合地基在上海A15高速公路中的应用情况，阐明薄壁管桩复合地基这一软基处理新技术的施工方法、施工工艺和质量控制要点。
[关键词]软基处理 薄壁管桩 施工原理 施工工艺 质量控制
中图分类号：TU7 文献标识码：A 文章编号：1671－7597（2008）1110094－02
一、工程概况
A15新建公路西起浙江上海市界，接浙江省申嘉湖高速公路，东至浦东机场南进场路，全长83.512Km。
第六标段起讫桩号为K23+484.744～K28+639.983，断面形式按高架六车道高速公路＋地面四车道二级公路实施。第六标段一般地质情况为：地表1～3m填土，其下为30m左右的粉质粘土夹2～5m厚灰色粉砂层，再往下为黄～灰色粉细砂。个别填土高度较高的匝道、塔闵路辅道桥台按照不同的土质情况采用薄壁管桩＋0.25m厚等载预压的复合地基处理方式。
二、薄壁管桩技术起源、原理、优点
（一）起源
薄壁管桩技术是由河海大学刘汉龙教授领衔的课题组历时三年开发研制的一种优质桩型，并已在江苏和上海等地区高速公路和市政工程中推广应用。该成果通过江苏省科技厅组织的专家鉴定，申请并获得了4项国家专利，并获香港首届国际科技成果与优秀新发明网博会金奖。
（二）原理
采取振动沉腔自动排土、现场灌注砼而施工成管桩，具体步骤是依靠沉腔上部锤头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，在腔体内浇筑砼，之后振动拔管，在环形域中土体与外部的土体之间便形成砼管桩。在形成复合地基时，为了保证桩与土共同承担荷载，并调整桩与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，从而形成现浇薄壁管桩复合地基。
（三）优点
1．薄壁管桩施工由于采用了钢管沉模，下沉速度快，纠错纠偏方便迅速；
2．在沉腔内灌筑砼，砼灌筑质量、管桩成型有保障；
3．节省材料，降低了工程造价；
4．通过振动挤密和管桩的支承作用切实、快速、有效地提高了软基承载能力；
5．处理深度灵活，受限程度小；
6．施工工艺简单，易于掌握。
三、薄壁管桩设计布置（闵塔路辅道桥部分）
薄壁管桩设计尺寸：外径1m，内径0.76m，壁厚0.12m，桩长21m，C15砼现浇。桥台30m以近按4×4m正方形布置，30m以远按5×5m正方形布置。
四、薄壁管桩施工工艺
（一）平整场地
1．调查清楚施工区域内地上、地下管线和周围建筑物情况，采取保护或迁移措施。
2．施工场地的地面应平整，排水畅通，坡度应符合路拱坡度，土基压实度应大于93%（重型击实标准），如不满足要求，必须进行处理，或铺设宕渣或掺加石灰，视具体情况分析采用加固方案。
3．如遇填浜处，应先按填浜处理方法填至原地面，再打桩。打桩范围可不铺设土工格栅。遇设涵管处，先清淤填砂，素土填浜，后打桩，桩顶在涵管基础下0.5m。
（二）振动沉腔
1．腔体为钢管结构，外钢管内径为1m，内钢管外径为0.76m，钢管壁厚为12mm。确保桩径和桩壁厚度不小于设计要求。
2．打桩锤的选择应根据工程地质条件、桩的直径、结构、桩布置的密集程度及施工条件选用，认真检查打桩设备各部分的性能，以保证正常运作。
3．清除桩位 1.5m×1.5m范围的填碴，埋设桩尖。桩尖分为砼预制桩尖和钢活瓣桩尖。预制桩尖应标明编号和制作日期。
4．桩机就位后吊起腔管，使腔管在自由状态下对准并套入预先埋好的桩尖。腔管与桩尖连接处放置麻（草）绳垫，以作缓冲层和防地下水进入。利用振动机及腔管自重把桩尖压入土中。在下沉腔管过程中必须保证主机机身处于水平状态，保证导向架的垂直度，偏差不得超过1%。
5．开动振动箱，腔管即在强迫振动下迅速沉入土中。沉腔过程中，应经常探测腔管内有无水或泥浆，如发现水或泥浆较多，应拔出腔管，用砂回填桩孔后重新沉腔。如地下水位较高、水量较大可在沉至桩长2/3或1/2时灌入1m高左右的干拌砼，封住活瓣桩尖缝隙，再继续下沉。沉腔时，为了适应不同地质条件，常用加压方法来调整土的自振动频率，桩尖压力改变可利用卷扬机把桩架的部分重量传到桩管上加压，并根据桩管沉入速度，随时调整离合器，防止桩架抬起发生事故。如沉腔中途须上拔，应将腔管拔出地面，清除管中的淤土、固定活瓣后重新沉腔。沉腔施工要连续进行，一次到达设计深度。
（三）砼灌筑
1．沉腔达到设计深度后，检查腔体内是否进泥、进水，测量孔径、孔深、桩位和倾斜度，确认满足设计要求后，应立即灌筑砼，尽量减少间隔时间。灌筑砼之前必须根据工程施工经验，结合地质报告预估充盈系数，计算投料体积。砼一般应灌满腔管或略高于地面；沉腔内灌满砼后，先振动5～10s，再开始拔管，应边振边拔，每拔0.5～1.0m停拔振动5～10s；如此反复，距离地面2～5m时，一次性全部拔出。在拔管过程中，应分段添加砼，保持管内砼面始终不低于地面。拔管是影响桩身质量的关键工序，也是造成扩、缩颈甚至断桩的主要原因，施工前充分考虑地质条件及砼状态等多方面因素确定拔管的速度、停止的时间、位置等施工参数。在一般土层内，拔管速度宜为1.2～1.5m/min，在软弱土层中，拔管速度宜在0.6～0.8m/min。
2．砼的粗骨料粒径：卵石不宜大于50mm，碎石不宜大于40mm；坍落度：非泵送宜60～80mm，泵送宜80～120mm。浇筑砼时，同一配合比的试块，每班不得小于1组。
3．当气温低于0℃灌筑砼时，应采取保温措施。灌筑时，砼的温度不得低于5℃。在桩顶砼未达到设计强度50%以前不得受冻。当气温高于30℃时，应根据具体情况对砼采取缓凝措施。
4．灌筑砼应保证质量，灌筑后的桩顶应高出设计标高至少0.2m，灌筑后注意保护桩头，不得在桩头上行走，桩机移位不得影响新浇桩体。
5．灌筑砼的各道工序应连续完成，管桩的实际灌筑砼量不得小于理论计算体积。砼应连续灌筑，严禁有夹层和断桩。
（四）桩头处理
1．桩身强度达到设计强度的80%后，方可对桩头进行处理。按桩顶设计标高，桩头截除不少于0.2m；截断后的桩头应在同一平面上。挖除约0.5m桩心土，用C15素砼封口。
2．浇筑桩帽，桩帽厚度不小于0.4m，砼强度不低于桩身砼的强度。
3．桩间土应按桩顶设计标高整平、压实，可采用宕渣回填，最大粒径150mm，压实度应大于93%。（重型击实标准）。
（五）褥垫层铺筑
1．半刚性垫层的材料及厚度应符合设计要求。施工应符合《公路路面基层施工技术规范》JTJ034-2000的要求。整平场地后，铺筑0.2m水泥稳定钢渣，钢渣中水泥掺量为5%（重量比）。钢渣的控制指标：压碎值：不大于35%，浸水膨胀率：小于2%。
2．水泥稳定钢渣上摊铺单层双向土工格栅(25.4×25.4mm)。土工格栅铺设不允许有褶皱，应用人工拉紧。玻纤网的连接应牢固，其叠合长度不小于0.15m。土工格栅拉伸强度≥50KN/m，横向屈服伸长率≤16%，纵向屈服伸长率≤13%；2%伸长率时拉伸力横向≥20KN/m，纵向≥16KN/m，5%伸长率时拉伸力横向≥25KN/m，纵向≥22KN/m。
3．铺设0.3m级配砂砾垫层，其压实度应≥95%，7天无侧限抗压强度应≥1.5Mpa。集料最大料径≤50mm，集料级配应在表1的级配范围内。砂垫层施工完毕后分层填筑路堤。
五、质量控制及检验
1．试桩：在正式施工之前，选择具有代表性的位置做二根试桩，复核地质资料以及设备配置、确定施工工艺参数，检验砼配合比等。并按照设计要求对试桩进行单桩承载力、小应变试验检测等，根据试验结果复核、修正施工参数。待工艺试验桩经检验满足设计和质量要求后，进行大面积施工。
2．薄壁管桩质量验收标准包括成桩桩位偏差、桩身质量完整性、桩的承载力和堆载后一定时间内沉降量等四方面。
3．桩身检测项目：外观检查：现场开挖检查桩身内壁外观质量，并在管桩壁钻芯检查壁厚，该项工作应在桩基完工14天后进行，每个加固段检查2根；低应变动力检测：依据《桩基低应变动力检测规程》JGT/93-95的规定，对桩身完整性进行检测，检测数量为总桩数的25%；选取1～2根桩进行取芯，测定桩身砼强度；为确保实际单桩竖向极限承载力标准值达到设计要求，应根据过程重要性、地质条件、设计要求及工程施工情况进行单桩静载荷试验。
4．采用薄壁管桩处理后的复合地基，待土路基施工完毕后的工后总沉降量不大于0.1m，四个月的累计沉降不大于60mm，六个月的累计沉降不大于80mm。路堤沉降速率（连续三个月）不大于8mm/月。
5．为降低挤土效应的影响，薄壁管桩采取先深桩后浅桩，自中间向四周对称方法进行施工。
6．实测项目及验收标准
六、常见问题及整改措施
七、推广的意见和建议
建立“首件工程试验认可制”，严格按设计、规范、技术规程操作，完成一个业主、设计、监理、施工四方认可的质量优良的首件，并由监理出具“首件认可报告”后进行标准化施工是保证施工质量的有效方法。
薄壁管桩作为一种新兴的有效施工方法，可广泛应用于我国沿海及内地湖泊地区的软土地层等不良地质条件以解决其承载力和沉降等问题。随着其设计计算理论的不断完善，施工机械、施工工艺、施工材料的不断发展进步必然有更为广阔的应用前景。
作者简介：
蒲晓斌，男，汉族，四川广元，主要研究高速公路软基处理、路桥隧施工、测量；蒲多全，男，汉族，四川盐亭，从事中低层工业与民用建筑、大中型水泥厂施工管理。
[关键词]软基处理 薄壁管桩 施工原理 施工工艺 质量控制
中图分类号：TU7 文献标识码：A 文章编号：1671－7597（2008）1110094－02
一、工程概况
A15新建公路西起浙江上海市界，接浙江省申嘉湖高速公路，东至浦东机场南进场路，全长83.512Km。
第六标段起讫桩号为K23+484.744～K28+639.983，断面形式按高架六车道高速公路＋地面四车道二级公路实施。第六标段一般地质情况为：地表1～3m填土，其下为30m左右的粉质粘土夹2～5m厚灰色粉砂层，再往下为黄～灰色粉细砂。个别填土高度较高的匝道、塔闵路辅道桥台按照不同的土质情况采用薄壁管桩＋0.25m厚等载预压的复合地基处理方式。
二、薄壁管桩技术起源、原理、优点
（一）起源
薄壁管桩技术是由河海大学刘汉龙教授领衔的课题组历时三年开发研制的一种优质桩型，并已在江苏和上海等地区高速公路和市政工程中推广应用。该成果通过江苏省科技厅组织的专家鉴定，申请并获得了4项国家专利，并获香港首届国际科技成果与优秀新发明网博会金奖。
（二）原理
采取振动沉腔自动排土、现场灌注砼而施工成管桩，具体步骤是依靠沉腔上部锤头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，在腔体内浇筑砼，之后振动拔管，在环形域中土体与外部的土体之间便形成砼管桩。在形成复合地基时，为了保证桩与土共同承担荷载，并调整桩与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，从而形成现浇薄壁管桩复合地基。
（三）优点
1．薄壁管桩施工由于采用了钢管沉模，下沉速度快，纠错纠偏方便迅速；
2．在沉腔内灌筑砼，砼灌筑质量、管桩成型有保障；
3．节省材料，降低了工程造价；
4．通过振动挤密和管桩的支承作用切实、快速、有效地提高了软基承载能力；
5．处理深度灵活，受限程度小；
6．施工工艺简单，易于掌握。
三、薄壁管桩设计布置（闵塔路辅道桥部分）
薄壁管桩设计尺寸：外径1m，内径0.76m，壁厚0.12m，桩长21m，C15砼现浇。桥台30m以近按4×4m正方形布置，30m以远按5×5m正方形布置。
四、薄壁管桩施工工艺
（一）平整场地
1．调查清楚施工区域内地上、地下管线和周围建筑物情况，采取保护或迁移措施。
2．施工场地的地面应平整，排水畅通，坡度应符合路拱坡度，土基压实度应大于93%（重型击实标准），如不满足要求，必须进行处理，或铺设宕渣或掺加石灰，视具体情况分析采用加固方案。
3．如遇填浜处，应先按填浜处理方法填至原地面，再打桩。打桩范围可不铺设土工格栅。遇设涵管处，先清淤填砂，素土填浜，后打桩，桩顶在涵管基础下0.5m。
（二）振动沉腔
1．腔体为钢管结构，外钢管内径为1m，内钢管外径为0.76m，钢管壁厚为12mm。确保桩径和桩壁厚度不小于设计要求。
2．打桩锤的选择应根据工程地质条件、桩的直径、结构、桩布置的密集程度及施工条件选用，认真检查打桩设备各部分的性能，以保证正常运作。
3．清除桩位 1.5m×1.5m范围的填碴，埋设桩尖。桩尖分为砼预制桩尖和钢活瓣桩尖。预制桩尖应标明编号和制作日期。
4．桩机就位后吊起腔管，使腔管在自由状态下对准并套入预先埋好的桩尖。腔管与桩尖连接处放置麻（草）绳垫，以作缓冲层和防地下水进入。利用振动机及腔管自重把桩尖压入土中。在下沉腔管过程中必须保证主机机身处于水平状态，保证导向架的垂直度，偏差不得超过1%。
5．开动振动箱，腔管即在强迫振动下迅速沉入土中。沉腔过程中，应经常探测腔管内有无水或泥浆，如发现水或泥浆较多，应拔出腔管，用砂回填桩孔后重新沉腔。如地下水位较高、水量较大可在沉至桩长2/3或1/2时灌入1m高左右的干拌砼，封住活瓣桩尖缝隙，再继续下沉。沉腔时，为了适应不同地质条件，常用加压方法来调整土的自振动频率，桩尖压力改变可利用卷扬机把桩架的部分重量传到桩管上加压，并根据桩管沉入速度，随时调整离合器，防止桩架抬起发生事故。如沉腔中途须上拔，应将腔管拔出地面，清除管中的淤土、固定活瓣后重新沉腔。沉腔施工要连续进行，一次到达设计深度。
（三）砼灌筑
1．沉腔达到设计深度后，检查腔体内是否进泥、进水，测量孔径、孔深、桩位和倾斜度，确认满足设计要求后，应立即灌筑砼，尽量减少间隔时间。灌筑砼之前必须根据工程施工经验，结合地质报告预估充盈系数，计算投料体积。砼一般应灌满腔管或略高于地面；沉腔内灌满砼后，先振动5～10s，再开始拔管，应边振边拔，每拔0.5～1.0m停拔振动5～10s；如此反复，距离地面2～5m时，一次性全部拔出。在拔管过程中，应分段添加砼，保持管内砼面始终不低于地面。拔管是影响桩身质量的关键工序，也是造成扩、缩颈甚至断桩的主要原因，施工前充分考虑地质条件及砼状态等多方面因素确定拔管的速度、停止的时间、位置等施工参数。在一般土层内，拔管速度宜为1.2～1.5m/min，在软弱土层中，拔管速度宜在0.6～0.8m/min。
2．砼的粗骨料粒径：卵石不宜大于50mm，碎石不宜大于40mm；坍落度：非泵送宜60～80mm，泵送宜80～120mm。浇筑砼时，同一配合比的试块，每班不得小于1组。
3．当气温低于0℃灌筑砼时，应采取保温措施。灌筑时，砼的温度不得低于5℃。在桩顶砼未达到设计强度50%以前不得受冻。当气温高于30℃时，应根据具体情况对砼采取缓凝措施。
4．灌筑砼应保证质量，灌筑后的桩顶应高出设计标高至少0.2m，灌筑后注意保护桩头，不得在桩头上行走，桩机移位不得影响新浇桩体。
5．灌筑砼的各道工序应连续完成，管桩的实际灌筑砼量不得小于理论计算体积。砼应连续灌筑，严禁有夹层和断桩。
（四）桩头处理
1．桩身强度达到设计强度的80%后，方可对桩头进行处理。按桩顶设计标高，桩头截除不少于0.2m；截断后的桩头应在同一平面上。挖除约0.5m桩心土，用C15素砼封口。
2．浇筑桩帽，桩帽厚度不小于0.4m，砼强度不低于桩身砼的强度。
3．桩间土应按桩顶设计标高整平、压实，可采用宕渣回填，最大粒径150mm，压实度应大于93%。（重型击实标准）。
（五）褥垫层铺筑
1．半刚性垫层的材料及厚度应符合设计要求。施工应符合《公路路面基层施工技术规范》JTJ034-2000的要求。整平场地后，铺筑0.2m水泥稳定钢渣，钢渣中水泥掺量为5%（重量比）。钢渣的控制指标：压碎值：不大于35%，浸水膨胀率：小于2%。
2．水泥稳定钢渣上摊铺单层双向土工格栅(25.4×25.4mm)。土工格栅铺设不允许有褶皱，应用人工拉紧。玻纤网的连接应牢固，其叠合长度不小于0.15m。土工格栅拉伸强度≥50KN/m，横向屈服伸长率≤16%，纵向屈服伸长率≤13%；2%伸长率时拉伸力横向≥20KN/m，纵向≥16KN/m，5%伸长率时拉伸力横向≥25KN/m，纵向≥22KN/m。
3．铺设0.3m级配砂砾垫层，其压实度应≥95%，7天无侧限抗压强度应≥1.5Mpa。集料最大料径≤50mm，集料级配应在表1的级配范围内。砂垫层施工完毕后分层填筑路堤。
五、质量控制及检验
1．试桩：在正式施工之前，选择具有代表性的位置做二根试桩，复核地质资料以及设备配置、确定施工工艺参数，检验砼配合比等。并按照设计要求对试桩进行单桩承载力、小应变试验检测等，根据试验结果复核、修正施工参数。待工艺试验桩经检验满足设计和质量要求后，进行大面积施工。
2．薄壁管桩质量验收标准包括成桩桩位偏差、桩身质量完整性、桩的承载力和堆载后一定时间内沉降量等四方面。
3．桩身检测项目：外观检查：现场开挖检查桩身内壁外观质量，并在管桩壁钻芯检查壁厚，该项工作应在桩基完工14天后进行，每个加固段检查2根；低应变动力检测：依据《桩基低应变动力检测规程》JGT/93-95的规定，对桩身完整性进行检测，检测数量为总桩数的25%；选取1～2根桩进行取芯，测定桩身砼强度；为确保实际单桩竖向极限承载力标准值达到设计要求，应根据过程重要性、地质条件、设计要求及工程施工情况进行单桩静载荷试验。
4．采用薄壁管桩处理后的复合地基，待土路基施工完毕后的工后总沉降量不大于0.1m，四个月的累计沉降不大于60mm，六个月的累计沉降不大于80mm。路堤沉降速率（连续三个月）不大于8mm/月。
5．为降低挤土效应的影响，薄壁管桩采取先深桩后浅桩，自中间向四周对称方法进行施工。
6．实测项目及验收标准
六、常见问题及整改措施
七、推广的意见和建议
建立“首件工程试验认可制”，严格按设计、规范、技术规程操作，完成一个业主、设计、监理、施工四方认可的质量优良的首件，并由监理出具“首件认可报告”后进行标准化施工是保证施工质量的有效方法。
薄壁管桩作为一种新兴的有效施工方法，可广泛应用于我国沿海及内地湖泊地区的软土地层等不良地质条件以解决其承载力和沉降等问题。随着其设计计算理论的不断完善，施工机械、施工工艺、施工材料的不断发展进步必然有更为广阔的应用前景。
作者简介：
蒲晓斌，男，汉族，四川广元，主要研究高速公路软基处理、路桥隧施工、测量；蒲多全，男，汉族，四川盐亭，从事中低层工业与民用建筑、大中型水泥厂施工管理。