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【摘 要】本文简要介绍了大直径素混凝土薄壁筒桩加固软土地基的施工工艺、常见问题及质量控制。
【关键词】大直径素混凝土薄壁筒桩；软土地基；质量控制
大直径素混凝土薄壁筒桩为近几年来新发明的一种新型实用桩型，已在公路、铁路工程中得到广泛运用。它可以加固软土地基，也可以打入地下形成连续的防水幕墙，根据地质状况，处理深度可达10～30m，主要特点是一次成桩，自动排土，质量易于控制，成桩速度快且节省建材，沉降小，可操作性强。
1. 施工工艺
1.1 基本原理在软土地基中打入由内外双层钢管制成的沉管，然后在双层沉管之间灌入混凝土，提起沉管形成筒桩，利用筒桩混凝土与地基土的摩擦力提高地基承载力。同时，在筒桩顶上部浇筑1.5mX1.5mX0.2m的混凝土盖板，增加了受力面积，分散应力集中，也增加了部分承载力。另外，在打桩过程中对筒桩周围土也起到了挤密固结的作用，相应地也提高了地基承载力。筒桩采用自动排土振动灌注混凝土，直径1.0m，壁厚120mm，长度根据具体情况确定，混凝土强度20#，盖板混凝土强度25#。
1.2 施工流程桩位放样——桩尖埋设——桩机就位——振动沉管——浇注拔管——桩机移位。
1.3 施工机械设备与适用范围大直径素混凝土薄壁筒桩加固软土地基过程中，采用的设备主要有以下四种形式，其型号用配套设备见表1。
2. 常见故障及问题
2.1 遇到亚粘土、亚砂土地层时，打入比较困难（有时是拔管困难），沉管时间长，容易出现振动锤内的机油油温升高、沸腾而外溢、飞溅；电缆线发热、外裹胶管破裂等现象。此时，需要停机冷却后再行施工。
2.2 桩顶标高不足，达不到设计值。产生的主要原因有：（1）混凝土方量计算不准确，终灌混凝土数量不足；（2）现场标高不准确；（3）混凝土的充盈系数不一样。
2.3 现场经常出现实心桩。筒内实心部分随打桩而下沉，提管后期由于没有内模而形成。拔管时筒内的土被带出地面，混凝土填了空，因而也成了实心桩头。
2.4 混凝土壁经常出现一侧厚、一侧薄现象。产生原因：（1）沉管四周夹带的泥土厚度不一致；（2）拔管速度的影响；（3）沉管倾斜度的影响。
2.5 清理桩头时，经常出现凹凸不平。产生的原因：（1）混凝土级配不合理；（2）粗集料粒径偏大；（3）振动不均匀。
2.6 桩底经常进泥水。措施：（1）沉管比设计值加长80～100cm；（2）改进底部活瓣结构，使其更加严密；（3）打桩时，在沉管底部加些水泥袋或其他防水、防泥土的材料。
3. 质量控制
3.1 沉孔。
3.1.1 沉孔要求：当成孔器安装完毕之后，套上桩靴（或称桩尖），方可加压振动沉孔。在沉孔过程中密切注视沉孔速度的变化，遇到强硬地层，不宜过度加压沉孔，以避免桩尖及成孔器损坏。同时要注意成孔器保持正常的垂直度，保持成孔器顶部排土出口的畅通无阻。
3.1.2 成孔器的止水措施：沉孔之前必须使桩尖与成孔器内、外钢管的空腔密封，使其在全部沉孔过程中不会漏水。止水方法有以下几种，根据实际情况选取合适的止水方法：（1）预先灌注约1m3混凝土在壁腔内，防止地下水渗入壁腔中。（2）在桩尖与成孔器接触处的内外侧均用胶泥或石膏水泥密封防水。（3）止水塑料布或其他止水胶布垫层止水。以上三种方法，其目的均是使水及泥质不进入壁腔内。
3.2 现浇混凝土。
大直径素混凝土薄壁筒桩的混凝土灌注的技术要求与普通混凝土灌注桩的施工工艺要求不甚相同，前者是一般混凝土灌注法，而后者则是水下混凝土灌注。大直径素混凝土薄壁筒桩的混凝土灌注的施工工艺要求如下：
（1）混凝土的制备：坍落度8～10cm，碎石骨料5～40mm，混凝土搅拌时间2～3min。混凝土配比强度需根据设计混凝土强度要求，按设计的配合比设计单严格执行、拌制，并在施工中随机取样进行混凝土质量的抽查、监测。
（2）成孔器提升速度：当制备的混凝土灌入成孔器壁腔内后，及时振动成孔器并缓慢地提升，提升速度约为1m/min，但必须是保持成孔器的钢管埋入混凝土约1m的深度，以防成孔器内、外侧的泥土挤入壁腔内造成断桩事故。为了不使成孔器振动时间过长而造成混凝土离析，不宜连续振动而不提升，造成混凝土离析。
（3）成孔器的垂直度要求：在沉孔及提升成孔器时，必须保持成孔器的垂直度。垂直偏差不得超过0.5%。
3.3 质量检验。除按设计要求制作混凝土抗压试件外，对完成的筒桩按10%抽查作低应变动测；按成桩数的0.5%筒内挖土随机抽检桩身完整性；按0.2%作桩基承载力试验。试验工作委托具有相应资质的检测单位完成。
4. 施工注意事项
4.1 原材料。水泥采用普通硅酸盐水泥、硅酸盐水泥均可。水泥的初凝时间以2.5～3.0h较好。该项目采用兆山安吉水泥，标号32.5MPa，水泥强度45.7MPa。砂：所用砂子要求洁净、含泥量、级配、细度模数等各项指标符合设计要求，砂中有害杂质含量小于规定值。碎石：粗集料粒径一般为5～16、20～40。所用碎石必须质地坚韧，具有足够的强度，一般用压碎值指标进行检验。由于薄壁筒桩设计壁厚较薄，碎石最大粒径必须严格控制在<1/3壁厚，防止卡筒现象发生。水：应采用洁净的水，不得采用含有影响水泥正常凝结与硬化的油类、糖类等有害杂质的水。外加剂：为防止初灌混凝土过早凝固而发生卡管现象，造成后期混凝土的灌注困难，在初灌混凝土中应加入缓凝剂。
4.2 混凝土拌和场地。为便于混凝土的拌和，材料要分堆堆放，为此拌和场地约需（10X20）m2。水泥、粗、细集料要分仓存储，并标出产地、数量、进场时间、检验结果等。现场要配备磅秤，控制材料用量，用小黑板记录混凝土盘数。要求场地内外排水畅通，道路通顺，地面平整。
4.3 混凝土的拌和。混凝土拌和时要严格按配合比施工，准确计量各材料用量，严格控制粗集料粒径，最大粒径不允许超过40mm，坍落度要求达到60～100mm，首盘混凝土宜适当减少。施工过程中，随时检测坍落度，每盘料的拌和时间应达到60～90s以上。混凝土拌和以后要尽快利用，不允许停留时间太长，以免粗、细料离析、硬化，降低混凝土质量。同时，机械操作人员要利用小黑板详细记录拌和的盘数，以便与设计用量相比较，确定充盈系数。
4.4 混凝土的浇筑振捣。薄壁筒桩的混凝土振捣没有单独的振捣设备，主要是利用振动锤带动沉管将管内混凝土振捣密实。
4.5 混凝土的检测试验。混凝土试件的制备，每班组制作混凝土试块3组，上午、下午施工单位各自检一组，监理人员抽检一组。对所有桩按30%的抽样比例做无破损低应变动力检测，并对单侧桥头选择1～2根桩开挖检测。
5. 结束语
大直径素混凝土薄壁筒桩弥补了现有的预制类、沉管类桩和钻孔灌注桩的缺陷，与预制类、沉管类桩处理软土地基相比有如下优势：挤土效应减少、设计桩径不限、桩身整体质量连续且容易保证；与钻孔灌注桩相比具有节省混凝土至少40%、且无泥浆污染、施工速度快、工程造价低。
参考文献
[1] GB50202-2002，建筑地基基础工程施工质量验收规范[S].
[2] DB33/1044-2007，大直径现浇混凝土薄壁筒桩技术规程[S].
【关键词】大直径素混凝土薄壁筒桩；软土地基；质量控制
大直径素混凝土薄壁筒桩为近几年来新发明的一种新型实用桩型，已在公路、铁路工程中得到广泛运用。它可以加固软土地基，也可以打入地下形成连续的防水幕墙，根据地质状况，处理深度可达10～30m，主要特点是一次成桩，自动排土，质量易于控制，成桩速度快且节省建材，沉降小，可操作性强。
1. 施工工艺
1.1 基本原理在软土地基中打入由内外双层钢管制成的沉管，然后在双层沉管之间灌入混凝土，提起沉管形成筒桩，利用筒桩混凝土与地基土的摩擦力提高地基承载力。同时，在筒桩顶上部浇筑1.5mX1.5mX0.2m的混凝土盖板，增加了受力面积，分散应力集中，也增加了部分承载力。另外，在打桩过程中对筒桩周围土也起到了挤密固结的作用，相应地也提高了地基承载力。筒桩采用自动排土振动灌注混凝土，直径1.0m，壁厚120mm，长度根据具体情况确定，混凝土强度20#，盖板混凝土强度25#。
1.2 施工流程桩位放样——桩尖埋设——桩机就位——振动沉管——浇注拔管——桩机移位。
1.3 施工机械设备与适用范围大直径素混凝土薄壁筒桩加固软土地基过程中，采用的设备主要有以下四种形式，其型号用配套设备见表1。
2. 常见故障及问题
2.1 遇到亚粘土、亚砂土地层时，打入比较困难（有时是拔管困难），沉管时间长，容易出现振动锤内的机油油温升高、沸腾而外溢、飞溅；电缆线发热、外裹胶管破裂等现象。此时，需要停机冷却后再行施工。
2.2 桩顶标高不足，达不到设计值。产生的主要原因有：（1）混凝土方量计算不准确，终灌混凝土数量不足；（2）现场标高不准确；（3）混凝土的充盈系数不一样。
2.3 现场经常出现实心桩。筒内实心部分随打桩而下沉，提管后期由于没有内模而形成。拔管时筒内的土被带出地面，混凝土填了空，因而也成了实心桩头。
2.4 混凝土壁经常出现一侧厚、一侧薄现象。产生原因：（1）沉管四周夹带的泥土厚度不一致；（2）拔管速度的影响；（3）沉管倾斜度的影响。
2.5 清理桩头时，经常出现凹凸不平。产生的原因：（1）混凝土级配不合理；（2）粗集料粒径偏大；（3）振动不均匀。
2.6 桩底经常进泥水。措施：（1）沉管比设计值加长80～100cm；（2）改进底部活瓣结构，使其更加严密；（3）打桩时，在沉管底部加些水泥袋或其他防水、防泥土的材料。
3. 质量控制
3.1 沉孔。
3.1.1 沉孔要求：当成孔器安装完毕之后，套上桩靴（或称桩尖），方可加压振动沉孔。在沉孔过程中密切注视沉孔速度的变化，遇到强硬地层，不宜过度加压沉孔，以避免桩尖及成孔器损坏。同时要注意成孔器保持正常的垂直度，保持成孔器顶部排土出口的畅通无阻。
3.1.2 成孔器的止水措施：沉孔之前必须使桩尖与成孔器内、外钢管的空腔密封，使其在全部沉孔过程中不会漏水。止水方法有以下几种，根据实际情况选取合适的止水方法：（1）预先灌注约1m3混凝土在壁腔内，防止地下水渗入壁腔中。（2）在桩尖与成孔器接触处的内外侧均用胶泥或石膏水泥密封防水。（3）止水塑料布或其他止水胶布垫层止水。以上三种方法，其目的均是使水及泥质不进入壁腔内。
3.2 现浇混凝土。
大直径素混凝土薄壁筒桩的混凝土灌注的技术要求与普通混凝土灌注桩的施工工艺要求不甚相同，前者是一般混凝土灌注法，而后者则是水下混凝土灌注。大直径素混凝土薄壁筒桩的混凝土灌注的施工工艺要求如下：
（1）混凝土的制备：坍落度8～10cm，碎石骨料5～40mm，混凝土搅拌时间2～3min。混凝土配比强度需根据设计混凝土强度要求，按设计的配合比设计单严格执行、拌制，并在施工中随机取样进行混凝土质量的抽查、监测。
（2）成孔器提升速度：当制备的混凝土灌入成孔器壁腔内后，及时振动成孔器并缓慢地提升，提升速度约为1m/min，但必须是保持成孔器的钢管埋入混凝土约1m的深度，以防成孔器内、外侧的泥土挤入壁腔内造成断桩事故。为了不使成孔器振动时间过长而造成混凝土离析，不宜连续振动而不提升，造成混凝土离析。
（3）成孔器的垂直度要求：在沉孔及提升成孔器时，必须保持成孔器的垂直度。垂直偏差不得超过0.5%。
3.3 质量检验。除按设计要求制作混凝土抗压试件外，对完成的筒桩按10%抽查作低应变动测；按成桩数的0.5%筒内挖土随机抽检桩身完整性；按0.2%作桩基承载力试验。试验工作委托具有相应资质的检测单位完成。
4. 施工注意事项
4.1 原材料。水泥采用普通硅酸盐水泥、硅酸盐水泥均可。水泥的初凝时间以2.5～3.0h较好。该项目采用兆山安吉水泥，标号32.5MPa，水泥强度45.7MPa。砂：所用砂子要求洁净、含泥量、级配、细度模数等各项指标符合设计要求，砂中有害杂质含量小于规定值。碎石：粗集料粒径一般为5～16、20～40。所用碎石必须质地坚韧，具有足够的强度，一般用压碎值指标进行检验。由于薄壁筒桩设计壁厚较薄，碎石最大粒径必须严格控制在<1/3壁厚，防止卡筒现象发生。水：应采用洁净的水，不得采用含有影响水泥正常凝结与硬化的油类、糖类等有害杂质的水。外加剂：为防止初灌混凝土过早凝固而发生卡管现象，造成后期混凝土的灌注困难，在初灌混凝土中应加入缓凝剂。
4.2 混凝土拌和场地。为便于混凝土的拌和，材料要分堆堆放，为此拌和场地约需（10X20）m2。水泥、粗、细集料要分仓存储，并标出产地、数量、进场时间、检验结果等。现场要配备磅秤，控制材料用量，用小黑板记录混凝土盘数。要求场地内外排水畅通，道路通顺，地面平整。
4.3 混凝土的拌和。混凝土拌和时要严格按配合比施工，准确计量各材料用量，严格控制粗集料粒径，最大粒径不允许超过40mm，坍落度要求达到60～100mm，首盘混凝土宜适当减少。施工过程中，随时检测坍落度，每盘料的拌和时间应达到60～90s以上。混凝土拌和以后要尽快利用，不允许停留时间太长，以免粗、细料离析、硬化，降低混凝土质量。同时，机械操作人员要利用小黑板详细记录拌和的盘数，以便与设计用量相比较，确定充盈系数。
4.4 混凝土的浇筑振捣。薄壁筒桩的混凝土振捣没有单独的振捣设备，主要是利用振动锤带动沉管将管内混凝土振捣密实。
4.5 混凝土的检测试验。混凝土试件的制备，每班组制作混凝土试块3组，上午、下午施工单位各自检一组，监理人员抽检一组。对所有桩按30%的抽样比例做无破损低应变动力检测，并对单侧桥头选择1～2根桩开挖检测。
5. 结束语
大直径素混凝土薄壁筒桩弥补了现有的预制类、沉管类桩和钻孔灌注桩的缺陷，与预制类、沉管类桩处理软土地基相比有如下优势：挤土效应减少、设计桩径不限、桩身整体质量连续且容易保证；与钻孔灌注桩相比具有节省混凝土至少40%、且无泥浆污染、施工速度快、工程造价低。
参考文献
[1] GB50202-2002，建筑地基基础工程施工质量验收规范[S].
[2] DB33/1044-2007，大直径现浇混凝土薄壁筒桩技术规程[S].