• 作者：王志军
• 来源：中铁上海设计院集团有限公司
• 发布时间：2011.12.25

1  引言

随着我国经济建设高速发展，交通工程建设大规模展开，特别是高速铁路、城际客运专线铁路的蓬勃发展，对路基的工后沉降提出了极其严格的要求，时速大于300km/h的高速铁路无砟轨道路基工后沉降仅允许15mm。尤其是沿海地区软土分布广泛、厚度大，高含水量、高压缩性且富有机质，地质情况复杂。采用常规的塑料排水板、粉喷桩、搅拌桩、砂桩和预压处理等方法已经很难满足要求。

现浇混凝土薄壁筒桩（以下简称“筒桩”）是一种新型桩，采用薄壁技术、自动排土、振动灌注一次成桩等新技术，不仅施工速度快，且能有效节省建筑材料，造价低，并有工后沉降小、预压期短、可快速填筑等优点。本文结合杭甬铁路绍兴东站及货场的软土地基处理工程，介绍现浇混凝土薄壁筒桩的设计理念和施工工艺、质量控制的要点。

2  概况

本工程位于绍兴市东，杭甬铁路DK46+200～DK50+100左侧约300m范围内。场地地形开阔，属海湖积平原区。

项目由2条正线、6条站线、5条货物线以及进出场道路、货物堆场组成，场地左侧为三滩江，且三面环河。主要路基工程有沿江进出场道路支挡工程、集装箱等笨重货物堆场、临河高填方路基等。

3  地基加固方案

3.1工程地质条件

场地地层主要为第四系沉积层，厚度大于50m，上部主要为高压缩性的淤泥质粉质黏土层，厚度达20m左右，w=53.5%，γ=17.4 kN/m³, C_u=5KPa,φ_u=3^o, E_s=2.80MP_a，      σ₀=50kP_a，工程地质条件差；下部主要为中压缩性的粉质黏土层，工程地质条件一般。

该场地紧临三滩江，地下水埋藏较浅，地下水埋深1.0m左右，无侵蚀性。

3.2工程特点

本工程地处深厚层软土地区，地表以下软土层厚度20m以上，工程地质条件差，对填方路基及地面构筑物的稳定、沉降影响大。根据检算结果，填筑极限高约2.7m，设计极限高仅1.0m左右。

既有线两侧需要帮宽增建站线，填高约3m左右；货物线一般填高约1.5~2m，两侧进出口跨河地段填高达8m左右； 而且，沿江由于收坡需要设计高6m左右的挡土墙；货场宽约80~150m的部分场地落入河道中，路基填高5~6m。为了满足承载力、稳定和沉降要求，需要进行深层软土地基的加固处理。

3.3加固方案比选、工程经济比较

下表为场地不同地基加固处理措施的对比情况。

根据本地区经验，一般采取深层搅拌桩、CFG桩、预应力管桩进行深层软土地基处理。

深层搅拌桩，一般处理效果较好的深度在12m以内，该场地软土处理深度在18~20m，因此难以满足设计要求。

CFG桩，造价相对较低，但由于沉管施工引起桩周围土的压缩，在上拔过程中，淤泥质土的侧向挤压及真空吸引作用易引起缩颈断桩，桩的质量难以控制。

预应力管桩，工程质量易控制，但成本较高，且施工过程中易引起地面变形隆起，需要增加场地平整等后续工程。

现浇混凝土薄壁筒桩，采用套管内自动排土工艺，桩壁内外侧压力基本平衡，消除了施工过程中的挤压缩颈和地面变形隆起现象，成桩效果好，且造价相对较低。

因此，通过其优缺点对比，对高填方、挡墙基础地基优先使用筒桩加固处理。

3.4筒桩的适用条件和优缺点

3.4.1筒桩的适用条件

筒桩适用于处理粘性土、粉土、淤泥质土、松散或稍密砂土及已完成自重固结的素填土等地基。在厚度较大、灵敏度较高的淤泥和流塑状态的粘性土等软弱土层中采用时，应制定质量保证措施，并经工艺试验成功后方可实施。

3.4.2筒桩的优、缺点

    筒桩采用专用的振动压入式成孔器一次成孔灌注成桩，施工快捷。采用环形侧斜桩尖，能使被桩尖挤出的多余软土通过内套管内侧抬升而自动排出，构成了自动排土技术，因而大大减少地面隆起、桩体被拉长、拉裂和挤压缩颈等问题，使桩内外壁侧压力基本平衡，施工质量易控制，而且可提供较大的桩侧摩阻力，单桩承载力大，处理深度深，处理软基沉降量小，且易稳定。

但筒桩适用于摩擦桩、摩擦端承桩，不宜用于端承桩；适用地基土层范围存在一定的局限性。

3.5计算模式、技术参数

3.5.1单桩竖向极限承载力标准值

    根据不同的计算模式进行综合比较，结合现场单桩静载试验来确定其单桩竖向极限承载力值。

    ⑴《建筑桩基技术规范》（JGJ94-2008）单桩竖向极限承载力经验参数法估算：

Q_uk=u∑q_sikl_i+q_pkA_p

式中：Q_uk为单桩竖向极限承载力标准值；u为桩身外周长；q_sik为桩侧第i层土的极限侧阻力标准值；l_i为桩周第i层土的厚度；q_pk为极限端阻力标准值；A_p为桩端面积。

    ⑵《建筑桩基技术规范》（JGJ94-2008）单桩竖向极限承载力钢管桩法估算：

Q_uk=u∑q_sikl_i+λ_pq_pkA_p

式中：λ_p为桩端土塞效应系数，对于闭口钢管桩λ_p=1，对于敞口钢管桩按下式取值，当h_b/d＜5时λ_p=0.16h_b/d，当h_b/d≥5时λ_p=0.8；h_b为桩端进入持力层厚度；d为钢管桩外径。

⑶《大直径现浇混凝土薄壁筒桩技术规程》（DB33/1044-2007）单桩竖向极限承载力估算：

Q_uk=ζ₁u∑q_sikl_i+ζ₂q_pkA_p+ζ₃q_pkA_pS

式中：ζ₁、ζ₂为桩侧阻力和桩端阻力修正系数；ζ₃为桩芯土柱承载力发挥度；A_pS为桩以内径计算的横截面面积。

3.5.2单桩水平承载力特征值

单桩水平承载力特征值应通过现场单桩水平静载试验确定。《建筑桩基技术规范》（JGJ94-2008）单桩水平承载力特征值估算方法：

R_ha=

    式中：R_ha为单桩水平承载力特征值；α为桩的水平变形系数；λ_m为桩截面模量塑性系数；f_t为桩身混凝土抗拉强度设计值；W₀为桩身换算截面受拉边缘的截面模量；υ_M为桩身最大弯距系数；ρ_g为桩身配筋率；ξ_N为桩顶竖向力影响系数；N_k为桩顶的竖向力；A_n为桩身换算截面积。

3.6加固措施

在货场范围采用筒桩进行软土地基加固。具体范围主要在DK48+630～+725到发线段、H1DK000+080～+195货场H1等线段、集装箱货场区；以及DK47+740～DK48+790横向20m ～210m右侧挡土墙基础范围。

筒桩采用现浇C25素混凝土，桩外径1.0米，壁厚0.12米，间距2.5~3.2m，长度为15~20m，正方形布置，桩尖采用C30钢筋混凝土结构，桩顶设边长为1.8m的C30正方形钢筋混凝土桩帽，厚度0.35米，桩帽顶以上铺设0.5米厚碎石褥垫层，垫层中间铺设一层强度不小于110kN/m的土工格栅。

采用挡墙基础下筒桩单桩竖向极限承载力不小于824KN, 单桩水平承载力不小于100KN。一般填河地段单桩竖向极限承载力不小于667KN，正线地段单桩竖向极限承载力不小于623KN。

下图为筒桩横断面布置简图。

4  施工工艺及质量控制

4.1施工工艺

在进行筒桩正式施工前必须进行成桩工艺性试验，以检查桩机设备稳定性及各部分配套设备使用性能是否良好，确认后方可进行试桩工程，取得相关工艺参数。成桩施工工艺流程一般按以下程序进行。

    ⑴、桩位放样：根据设计图纸、业主提供的坐标、基准点、要求按图放样。

⑵、桩尖预制及埋设：桩尖质量及形状是筒桩施工工艺技术的关键点之一，桩尖刃口的形状决定筒桩施工排土量大小及沉管阻力。必须按施工现场工程地质条件、设计要求、筒桩排土量的具体情况来设计桩尖的刀口刃形状。桩尖混凝土强度采用C30，桩尖可场外预制，养护并达到强度后送至施工现场。

桩位放样后，先清除桩位范围内的填碴，再埋设桩尖，桩尖定位采用拉十字线法检验、检查。

⑶、桩机就位：位置初步对中后，下放成孔器，使成孔器的内外钢管底端接近桩尖顶面，再调整纵横相对位置，使桩尖顶面凸台嵌入成孔器内外管间的腔内，实现完全对中。为了不使地下水和淤泥从桩尖与内外管下端接角面挤入内外之间的空腔中，对中后在桩尖的内外台阶上要求铺设纤维性布料或其他密封材料。

⑷、振动沉管：在振动锤的激振力作用下，作用力经内外钢管传至桩尖，桩尖即随内外套管进入土层，被桩尖排挤的泥土则进入内护壁套管中，随着桩尖不断进入土层，内护壁管内的土逐渐向上移而从内管顶端出泥孔排出。

⑸、沉管达到贯入度或设计标高后，检查成孔器内有无进水或进泥。

⑹、灌注混凝土及振动拔管：从设在外护壁套管上端的混凝土受料槽向筒体中灌注混凝土，并在振动的同时将内外套管向上逐渐拉出。此时，桩尖将离开内外套管底端，并同灌注形成的混凝土连成一体，埋设在地基中。最后，根据混凝土的实际方量和理论方量来计算其成桩充盈系数，初步检验成桩质量。振动、浇注混凝土和拔管过程中控制桩顶设计标高。

⑺、桩机移位：完成振动拔管后，按照施工组织的打桩顺序进行桩机移位，重复上述步骤进行打桩。

4.2质量控制

筒桩施工的质量，主要通过施工工艺、载荷试验等一系列的方法和手段来加以控制，最终满足设计要求。

质量检测标准

5  结语

筒桩在杭甬铁路绍兴东站及货场软土地基处理工程中成功地解决了稳定和沉降问题，通过各项检测完全满足设计要求，后期施工观测状况良好，并且节省了投资，丰富了铁路工程深厚软土地基的处理方法和思路，取得了良好的社会效益和经济效益，通过进一步的深入研究，结合其它措施共同使用可广泛地应用于铁路工程建设中。

参考文献：

[1] 建筑桩基技术规范 JGJ94-2008

[2] 大直径现浇混凝土薄壁筒桩技术规程 DB33/1044-2007

[3] 地基处理 大直径现浇混凝土薄壁筒桩技术专集 2008