CN108252290A - 高强透水纤维混凝土管碎石芯桩软厚土基处理结构和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高强透水纤维混凝土管碎石芯桩软厚土基处理结构，所述软基处理结构包括高强透水纤维混凝土管桩、碎石、软式透水盲管、透水混凝土桩帽、碎石垫层及双向钢塑格栅，所述碎石填充在高强透水纤维混凝土管桩内，所述软式透水盲管设在高强透水纤维混凝土管桩内，所述透水混凝土桩帽设在高强透水纤维混凝土管桩的上端，所述透水混凝土桩帽上方及其四周设有碎石垫层，所述碎石垫层中部及上部设有双向钢塑格栅，所述最上层双向钢塑格栅上方填筑路基土及路床。本发明利用新材料的新应用和新的工艺，能够高质量地实现软土地基的有效处理，方法简单，效果优良，极大地提高土基承载力和大大地缩短工期，节省工程成本，产生较高的经济效益。

Description

高强透水纤维混凝土管碎石芯桩软厚土基处理结构和方法

技术领域

本发明涉及一种高强透水纤维混凝土管碎石芯桩软厚土基处理结构和 方法，属于公路路基软基处理技术领域。

背景技术

在水系发达地区软土地基比较常见，软基处理质量也因此成为公路建 设中影响工程造价和公路路基施工质量的最关键的因素之一，在以往的路 基软基处理措施中，主要采用的方法有堆载预压、塑料排水板排水固结、 水泥搅拌桩等。这些方法有一定的优势，也存在一些缺点。如堆载预压法 是对原地基不做处理，直接在其上加载土、砂石、水等重物，通过重力使 土体压缩，土基中的水随即排除，其优点是方法简单，处理方便，节省费 用，缺点是预压工期长，土基固结程度不够，处理效果可靠度差。塑料排 水板排水固结法是在软基处理地段***一定数量和深度的塑料排水板，排 水板与土基接触，当土基受到堆载压力时，其中的水会通过塑排板内的芯 板排到地表，并通过砂垫层排到路基范围以外，当土基内的水排除后，即 实现固结的效果；这种方法的主要缺点是堆载时间长，土基处理深度有限， 土基处理深度一般不大于15m。水泥搅拌桩是用于加固饱和软黏土地基的 一种方法，它利用水泥作为固化剂，通过机械搅拌，在地基深处将软土和 水泥强制搅拌，利用水泥和软土之间所产生的一系列物理化学反应，使软 土硬结成具有整体性、水稳定性和一定强度的优质地基。但水泥搅拌桩对 软土处理后形成的复合地基只是在水泥搅拌桩桩位处土基强度得到了改 善，而在桩身之间的土，并没有发生变化，原状土的含水量没有降低。综 上所述，现有的技术存在的问题是：(1)软基处理效果不佳。如水泥深搅 桩加固软土，只是在桩位处进行加固，而在桩范围外并没有达到加固效果； (2)施工质量难以控制。不管是水泥搅拌桩还是塑料排水板，施工控制难 度都很大，如水泥搅拌桩在施工过程中的水泥浆比重、单位长度喷浆量、 钻进深度，塑料排水板的入土深度等等；(3)现有技术路基工后沉降量偏 大。现有的软基处理工后沉降均在20cm左右；(4)现有技术处理深度有限， 塑料排水板一般适用于软土厚度不大于15m的路段，水泥深层搅拌桩达到 18m施工就会出现困难，而本发明高强透水纤维混凝土碎石芯桩最大处理 深度最大超过30m，是软厚土地段复合地基处理的有效型式。为此，需要 设计一种新的技术方案，能够综合型克服现有技术存在的不足。

发明内容

本发明正是针对现有技术存在的不足，提供一种高强透水纤维混凝土 管碎石芯桩软厚土基处理结构和方法，解决了现有技术存在的问题，满足 了实际使用要求。

为解决上述问题，本发明所采取的技术方案如下：

高强透水纤维混凝土管碎石芯桩软厚土基处理结构，所述软厚土基处 理结构包括高强透水纤维混凝土管桩、碎石、软式透水盲管、透水混凝土 桩帽、碎石垫层及双向钢塑格栅，所述碎石填充在高强透水纤维混凝土管 桩内，所述软式透水盲管设置在所述高强透水纤维混凝土管桩内，所述透 水混凝土桩帽设置在所述高强透水纤维混凝土管桩的上端，所述透水混凝 土桩帽上方及其四周设有碎石垫层，所述碎石垫层中部及其上部设有双向钢塑格栅，所述最上层双向钢塑格栅上方填筑路基土及路床。

作为上述技术方案的改进，所述高强透水纤维混凝土管桩包括圆筒形 桩身、端头板及钢套箍构成，所述端头板设在所述圆筒形桩身两端，所述 钢套箍环绕所述圆筒形桩身两端头部设置。

作为上述技术方案的改进，所述高强透水纤维混凝土管桩还包括设置 在所述圆筒形桩身内的钢筋，所述钢筋包括纵向主筋、加强筋及螺旋箍筋， 且所述纵向主筋和所述加强筋是设置在圆筒形桩身管壁内，且所述纵向主 筋垂直焊接固定在所述加强筋的外侧，所述螺旋箍筋环绕在所述纵向主筋 的外侧。

作为上述技术方案的改进，所述高强透水纤维混凝土管碎石芯桩软厚 土基处理结构的方法包括：步骤(1)高强透水纤维混凝土配合比设计；步 骤(2)高强透水纤维混凝土管桩的设计制作；步骤(3)高强透水纤维管 碎石芯桩的施工。

作为上述技术方案的改进，步骤(1)中所述高强透水纤维混凝土的配 料包括水、水泥、骨料、外加剂及聚丙烯纤维，所述水泥采用P.O42.5普通 硅酸盐水泥，所述水泥中还添加了占水泥重量2％-2.5％的胶粉，所述骨料 采用10-20mm单粒级碎石，所述外加剂的掺量为水泥重量的3.0％-3.5％， 所述聚丙烯纤维长度为5-10mm。

作为上述技术方案的改进，步骤(2)中所述高强透水纤维混凝土管桩 的设计制作包括：步骤(2.1)高强透水纤维混凝土管桩的直径和截面确定； 步骤(2.2)高强透水纤维混凝土管桩设计及配筋；步骤(2.3)高强透水纤 维混凝土管桩悬辊工艺成型。

作为上述技术方案的改进，步骤(2.3)高强透水纤维混凝土管桩悬辊 工艺成型包括：步骤(2.31)钢筋骨架制作：所述钢筋骨架制作包括骨架胎 架准备、加强筋安设、纵向主筋的安设与焊接、螺旋箍筋的安装与焊接及 骨架成品，所述钢筋骨架制作时应控制纵向主筋间距、螺旋箍筋间距以及 焊接点质量，其中，所述纵向主筋的间距允许偏差不大于5mm、螺旋箍筋 间距允许偏差不大于10mm、且螺旋箍筋单根管桩用料总长度与理论计算长 度偏差不超过-100mm；步骤(2.32)模板的组装：所述模版的组装包括模 板内模涂脱模剂、安装钢筋骨架入半模、安设钢筋保护层垫块、组合两片 半模及布料盖安放，其中所述模板制作是采用优质钢模板，每根管桩的模 板至多一节，模板由两片半圆形钢模组合而成，内壁光滑无毛刺，所述模 板安装时，应检查钢筋保护层厚度垫块，保证钢筋与模板之间的距离满足 钢筋保护层厚度的误差范围，钢筋保护层厚度允许偏差为±3mm，两片半 圆形钢模接缝应密封，不得漏浆；步骤(2.33)悬辊成型，在所述悬辊成型 前，加强钢筋笼固定检查，喂料缓慢而连续进行，边喂料边辊压成型，辊 压后进行静辊成型，静辊成型时间应在5min，静辊结束后应缓慢停机，停 机时保持管模在辊轴上不晃动；步骤(2.34)管桩的养生：所述管桩的养生 采用蒸汽养生，在60℃±10℃条件下养生9小时后即可脱模。

作为上述技术方案的改进，步骤(3)中所述高强透水纤维管碎石芯桩 的施工包括：步骤(3.1)选择处理路段；步骤(3.2)高强透水纤维混凝土 碎石芯桩的施工；其中，所述高强透水纤维管碎石芯桩的施工程序为：场 地平整及施工放样、管桩静压施工、管桩芯内安设软式透水盲管、管桩芯 内装碎石、管桩截断及透水混凝土桩帽施工、安装沉降板并在后续工作中 加长沉降标、铺设下层碎石、铺设下层双向塑钢格栅、铺设上层碎石、铺 设上层双向塑钢格栅，路基土逐层施工；步骤(3.2)所述高强透水纤维混 凝土碎石芯桩的施工包括：步骤(3.21)处理路段整平：在管桩静压前，先 对处理路段的处理范围画出边界，然后进行清表处理，处理的深度以将表 面腐殖土、表土、草皮等清除为宜，并形成双向横坡，坡度为1％-2％，清 表完成后，将表面用6-8吨轻型压路机压实2-3遍，便于压管机的安设移运和管桩的施工；步骤(3.22)准备工作：高强透水纤维混凝土管桩采用两点 法或两头勾吊法，并在吊装过程中轻吊轻放，在运输过程中应绑固、分层 叠放并错位布置，不超过5层，在工地现场堆放时，选择坚实平整的场地 或垫木支承，堆高不超过5层；步骤(3.23)静压桩机就位及调平：静压桩 机采用YZY120型，压桩机总重量为120T，额定功率22KW，额定压桩力1200KN，压桩速度1.0-3.0m/min，一次压桩行程为150cm。压桩机就位后 应进行桩机身的粗略调平，将安装好桩尖的第一节桩起吊，将桩提升至夹 桩器处，并喂桩至夹桩器内，将桩慢慢降低至桩尖距地面30-50cm时，夹 桩器上升到桩顶，并将桩夹紧，然后通过移动或调整桩机使桩垂直对中； 步骤(3.24)压桩施工及接头：当桩尖***桩位后，启动压桩机压桩，并随时用经纬仪观测桩身倾斜情况，保证第一节桩的各向垂直度偏差不超过 0.5％，后续桩的垂直度不超过1％，压桩速度应严格控制在1-2m/min；当第 一节桩桩顶距地面50cm左右时，起吊第二节桩，对准后采用焊接的方法接 桩，接桩前下节桩的桩头加上定位板，然后将上节桩吊放在下节桩端板上， 依靠定位板将上下桩接直，错位偏差不大于2mm；上下桩如有空隙，用楔 形铁片全部垫实焊接牢固；焊接时应分层焊接，在坡口四周先对称点焊6 点，焊接由两个焊工对称进行，焊接层数不得少于2层；压桩时应动态检 查压入深度，当达到设计桩底高程时，停止压桩；此时，桩头如果高于设 计高程应该予以截除，截除桩头后的桩顶高程偏差为±5mm；步骤(3.25) ***软式透水盲管、灌装碎石：压桩结束后，按照设计标高切断桩顶，向 桩芯内***软式透水盲管，***后软式透水盲管的底部高程比桩底高程高 40cm，软式透水盲管尽量保持在管桩内腔中心线位置。然后灌入碎石，碎 石为连续级配碎石或单粒级碎石，碎石含泥量＜3％；步骤(3.26)透水混 凝土桩帽施工：压桩结束后，桩顶标高低于整平标高20cm，桩基施工完成 后，在桩顶根据桩帽尺寸开挖、整修成桩帽土模，安放钢筋网片后浇筑透 水混凝土，透水混凝土桩帽的强度等级为C15，透水混凝土桩帽的轴线偏位、平面尺寸、帽顶高程等的允许偏差分别为±15mm、±30mm、±20mm； 步骤(3.27)碎石垫层及双层双向钢塑格栅施工：在碎石垫层施工前，应根 据设计图纸的要求安设沉降板，沉降板一般在路基横断面方向每断面3处， 每20米一个断面，沉降板上的沉降管应根据填土情况及时加长；碎石垫层 用碎石要求干净无泥块，含泥量或粉尘含量≯3％，钢塑格栅双向张拉力标 准值N＞80KN/m，延伸率＜10％；铺设上层碎石，厚度20cm，用6-8t轻型 压路机压实2遍，铺设下层双向塑钢格栅，然后，铺设上层层碎石，厚度 20cm，用6-8t轻型压路机压实2遍，铺设上层双向塑钢纤维；步骤(3.28) 路基土施工及等超载预压：在管桩施工完成后进行路基填土时，填筑速度 要控制在30cm/d，以减小土基的瞬时沉降；路基土以及预压土全部加载后， 根据沉降观测情况确定预压时间，一般不少于半年，且连续3个月月均沉 降不大于5mm时视为路基稳定。

本发明所述加强筋与所述纵向主筋焊接采用点焊，且焊接不出现主筋 烧伤、焊瘤现象；所述螺旋箍筋在与所述纵向主筋的接触点全部焊接，且 焊接时不出现焊瘤和烧伤；本发明所述高强透水纤维混凝土管桩节段长度 为400cm，本发明加强筋为设有双面焊结构的加强筋。

本发明所述透水混凝土桩帽内底部布置单层钢筋网片。

本发明与现有技术相比较，本发明的实施效果如下：

本发明采用的是在软土地基处理路段打入高强透水纤维混凝土管桩(打入后在管内腔***软式透水盲管并填塞碎石)的方式，利用透水混凝 土的透水性，通过桩体对土基的挤密作用以及路基土自身堆载压实等，使 土基里的水渗透到混凝土管内腔中，然后通过管桩内腔及内腔内布设的软 式透水盲管排到路基范围以外，使土基达到快速固结的效果；其中，高强 透水纤维混凝土碎石芯管桩在软基处理过程中的主要作用有三个，一是在 桩体压入过程中通过对土基的挤密作用而排水，使土基固结；二是在土基 固结后，由于管桩外壁粗糙，与土体密贴，增大了管桩与土体的摩擦力， 起到摩擦桩的作用，更加增大了土基的整体承载力；三是管桩一般打入深 度均到达持力层，管桩支撑在持力层上，既起到支撑路基的作用，又能有 效降低路基工后总沉降量。

本发明利用新材料的新应用(高强透水纤维混凝土材料应用于管桩) 和新的施工工艺(高强透水纤维混凝土管桩悬辊施工工艺、透水管桩软基 处理工艺)，能够高质量地实现软土地基的有效处理，方法简单，效果优良， 不仅仅能极大地提高土基承载力和大大地缩短工期，还能够节省工程成本， 产生较高的经济效益。

此外，通过对比发现，使用本发明处理软土地基，复合地基承载力比 水泥搅拌桩处理提高13％，工期缩短34％，路基工后总沉降量明显小于其 他处理方式，节省成本11.4％。

附图说明

图1为本发明所述的高强透水纤维混凝土管碎石芯桩软基处理结构示 意图；

图2为本发明所述高强透水纤维混凝土管碎石芯桩细部结构图；

图3为本发明所述高强透水纤维混凝土管桩截面结构示意图；

图4为本发明所述加强筋截面结构示意图；

图5为本发明所述高强透水纤维混凝土管桩悬辊成型工艺流程；

图6为本发明所述钢筋骨架的制作工序图；

图7为本发明所述所述模板的组装流程图；

图8为本发明所述高强透水纤维混凝土管碎石芯桩的施工程序图；

图9为本发明所述单桩静载试验荷载-沉降量曲线图

图10为本发明所述单桩复合地基荷载试验承载力-沉降量曲线图

图11本发明所述管桩间软弱土表面沉降量曲线图

具体实施方式

下面将结合具体的实施例来说明本发明的内容。

如图1和图8所示，为本发明所述的高强透水纤维混凝土管碎石芯桩 软厚土基处理结构结构示意图：

本发明所述高强透水纤维混凝土管碎石芯桩软厚土基处理结构，所述 软基处理结构包括高强透水纤维混凝土管桩10、官腔内碎石20、软式透水 盲管30、透水混凝土桩帽40、碎石垫层50及双向钢塑格栅60，所述碎石 20填充在高强透水纤维混凝土管桩10内，所述软式透水盲管30设置在所 述高强透水纤维混凝土管桩10内，所述透水混凝土桩帽40设置在所述高 强透水纤维混凝土管桩10的上端，所述透水混凝土桩帽40上方及其四周 设有碎石垫层50，所述碎石垫层50中部及其上部设有双向钢塑格栅60， 所述最上层双向钢塑格栅60上方填筑路基土70及路床80。

进一步改进地，所述高强透水纤维混凝土管桩10包括圆筒形桩身11、 端头板12及桩套箍13构成，所述端头板12设在圆筒形桩身11两端，所 述桩套箍13环绕圆筒形桩身11两端头部设置。

具体地，所述高强透水纤维混凝土管桩10还包括设置在所述圆筒形桩 身11内的钢筋，所述钢筋包括纵向主筋111、加强筋112及螺旋箍筋113， 且所述纵向主筋111和所述加强筋112是设置在圆筒形桩身11管壁内，且 所述纵向主筋111垂直焊接固定在所述加强筋112的外侧，所述螺旋箍筋 113环绕在纵向主筋111的外侧。

1、高强透水纤维混凝土配合比设计

透水混凝土是由骨料、水泥和水拌制而成的一种多孔轻质多孔混凝土， 它不含细骨料，由粗骨料表面包覆一薄层水泥浆相互粘结而形成孔穴均匀 分布的蜂窝状结构，故具有透气、透水、重量轻高散热的特点，由于其上 述特点，透水混凝土结构广泛应用于城市道路中的排水路面，应用于路面 结构的透水混凝土强度不高，一般在C15-C25之间。

而本研究中，将透水混凝土应用于管桩，其受力复杂，主要包括移运 过程中产生的弯拉力、施工过程中的轴向静压力或锤击力、静压施工过程 中静压机夹桩器的夹持力、使用过程中的水平剪力等，因此对管桩使用的 透水混凝土强度要求较高，需达到40MPa以上；为提高透水混凝土强度， 使其能够满足管桩的强度要求，需对透水混凝土配合比较常规透水混凝土 配合比做较大调整，调整的原则是在提高混凝土抗压强度的同时确保透水混凝土的孔隙率和透水性。

高强透水纤维混凝土所用的原材料为普通硅酸盐水泥、单粒粒级粗骨 料、聚丙烯纤维、高效减水剂、胶粉。

1.1水灰比

水灰比是影响混凝土强度的主要因素，在透水混凝土配合比设计时， 水灰比的大小直接影响透水混凝土的强度和透水系数，且透水系数随着水 灰比的减小而增大，水灰比越小，透水混凝土的强度越高，粗骨料不能完 全被水泥浆包裹，透水性增大，但是流动性不足，施工困难。一般来说， 透水混凝土水灰比一般为0.25-0.40，本高强透水纤维混凝土配合比采用的 水灰比为0.28。

1.2水泥及胶粉

水泥采用P.O42.5普通硅酸盐水泥，为了增加混凝土强度，还添加了占 水泥重量2％-2.5％的胶粉。

1.3骨料

骨料的粒径大小和粒级是影响透水混凝土性能的因素之一，连续级配 的骨料可以增加混凝土强度，但渗水性会降低，而单粒级骨料渗水性能良 好但强度会减弱。综合考虑各种因素，确定骨料采用10-20mm单粒级碎石。

1.4外加剂

采用高性能减水剂，减水剂的减水率为26％，7d抗压强度比为150％， 28d抗压强度比为114％，泌水率比41％。外加剂的掺量为水泥重量的3.0％-3.5％。

1.5聚丙烯纤维

采用的纤维为聚丙烯纤维，纤维长度为5-10mm

1.6水

采用引用自来水。

1.7配合比的确定

经试配，得出表1所示配合比以及模拟悬辊工艺成型的透水混凝土各 项指标。

表1高强透水纤维混凝土配合比

2、高强透水纤维混凝土管桩的设计制作

2.1高强透水纤维混凝土管桩的直径和截面确定

高强透水纤维混凝土管桩是空心筒体细长混凝土预制构件，主要由圆 筒形桩身11、端头板12和钢套箍13等组成。

目前建筑用预应力混凝土管桩的直径有300mm,400mm,500mm等规 格，根据透水混凝土的特点，考虑管桩的预制、移运、静压以及工作状态 时的抗压和抗剪等力学状况，选用直径为400mm，管壁厚度为70mm；管 桩节段长度为400cm。

2.2设计及配筋

综合管桩横截面、施工时的静压力和土体的水平剪力等影响因素，选 择高强透水纤维混凝土管桩的配筋率，定为1.2％左右，纵向主筋111选择 8根直径φ12HRB400钢筋，加强筋112采用φ16HRB400钢筋，螺旋箍筋 113采用φ^b5冷拔低碳钢丝，具体配筋及桩头套箍布设图(如说明书附图3 和附图4所示)。

2.3悬辊工艺成型

预应力管桩的成型方法一般采用离心法，但是透水混凝土管桩所用的 混凝土属于干硬混凝土，且需要保证透水效果，离心法会在离心过程中水 泥浆流向管壁外侧，造成透水性减弱，同时离心成型不能保证干硬混凝土 的密实性，致使强度降低，因此，透水混凝土管桩成型不建议采用离心的 方法。

悬辊工艺的原理是调速电机通过悬辊轴带动管模旋转，喂进管模内的 混凝土在离心力作用下也随着一起旋转，当喂进混凝土料物的厚度超过挡 圈的高度后，经过悬辊轴垂直上方的管壁混凝土受到悬辊轴的辊压力，在 悬辊轴和管模内壁的共同作用下密实成型，悬辊工艺适用于干性混凝土管 材制作，而透水混凝土正适合悬辊成型；其中，高强透水纤维混凝土管桩 悬辊成型工艺流程(如说明书附图5)

(1)骨架的制作

钢筋骨架的制作工序(如说明书附图6所示)

钢筋骨架制作时，应重点控制纵向主筋111间距、螺旋箍筋113间距以 及焊接点质量。纵向主筋111的间距允许偏差不大于5mm，螺旋箍筋113 间距允许偏差不大于10mm，且螺旋箍筋113单根管桩用料总长度与理论计 算长度偏差不超过-100mm，加强筋112与纵向主筋111采用点焊，且不得 出现主筋烧伤、焊瘤等现象；螺旋箍筋113在与纵向主筋111的接触点全部 焊接，焊接时，不得出现焊瘤和烧伤。

(2)模板的组装

模板的制作应采用优质钢模板，每根管桩的模板只一节，不得拼装成 两截，模板由两片半圆形钢模组合而成，内壁光滑无毛刺(模板的组装流 程如图说明书附图7所示)；

模板安装时，应注意检查钢筋保护层厚度垫块，看看有没有钢筋与模 板之间的距离不满足保护层厚度的误差范围，钢筋保护层厚度允许偏差为 ±3mm；两片半模接缝应密封，不得漏浆。

(3)悬辊成型

在悬辊成型前，应加强钢筋笼固定检查，喂料应缓慢而连续，边喂料 边辊压成型；辊压后即需进行静辊成型，静辊成型时间应在5分钟左右， 静辊结束后应缓慢停机，停机时，应保持管模在辊轴上不晃动。

(4)管桩的养生

为了尽量提高透水混凝土管桩的强度，养护方式采用蒸汽养生，在60℃ ±10℃条件下养生9小时后即可脱模。

在混凝土管桩预制过程中，应该制取尺寸为200×200×200mm的大混 凝土抗压强度试件，试件制作时应采用压力机静压的方式进行成型；成型 后的混凝土试件放在标准养生室中养生28天，检测其强度。

3、高强透水纤维管碎石芯桩软土地基处理原理及结构

高强透水纤维混凝土管碎石芯桩软土地基处理原理有两个，第一是采 用排水固结的原理，利用打入土中的桩身对软土的挤压以及后续路基填筑 荷载的压密作用，将软土中的水通过透水管壁进入管桩内腔，管桩内腔装 有碎石并插有软式透水盲管，碎石占据了管芯的大量空间，当水充满管桩 内腔的碎石缝隙后，即通过透水盲管以及碎石溢出管口，通过碎石垫层排 出到路基以外；

第二是支承与摩擦桩的原理，高强度透水纤维管桩的桩底打入到承载 能力较强的土层，通过桩尖支承力来起到土基承载力加强的效果，同时， 通过管桩外壁与土体的摩擦作用，也起到了提升承载力的效果。

高强透水纤维管碎石芯桩软土地基处理属于复合地基处理形式，其结 构组成主要有：

3.1高强透水纤维混凝土管桩

软厚土基内打入混凝土管桩会对土体有挤密作用，上部路基填土后， 土的压力也对软土地基有挤密作用，从而使软土中的水通过管桩本身的透 水特点深入的管桩内腔，此时，管桩起到了透水并汇集水的作用。

另外，管桩外壁与土体之间存在摩擦力，因此，管桩还起到了摩擦桩 的作用。

高强透水纤维混凝土管桩桩尖打入到持力层，管桩又可以作为支承桩 提升复合地基的承载能力。

3.2软式透水盲管

在管桩内腔***软式透水盲管30，会使管桩内腔的水更容易向上排出。

3.3管内碎石

在管桩内腔填充碎石20，会占用管桩内腔大部分空间，使管桩内存水 数量大大减少，对排水固结更加有效。

3.4透水混凝土桩帽

透水混凝土桩帽40的作用是扩大管桩与其上的路基土的接触面积，增 加其承载力。

3.5碎石垫层

隔离原地面(软土层)与路基填土，使由管桩和透水软管排出的水顺 利地排到路基范围之外。

3.6钢塑格栅

钢塑格栅60的作用是固定碎石20，防止碎石20过大的水平滑移，同 时，使整个管桩处理面形成一体，成为复合地基(其具体结构如说明书附 图2所示)。

4、高强透水纤维管碎石芯桩的施工(其施工程序如说明书附图8所示)

管桩沉桩方法有多种，在我国国内使用的方法主要有：锤击法、静压 法、震动法、射水法、预钻孔法及中掘法等，而以静压法用得最多。由于 柴油锤打桩时震动剧烈、噪音大，为适应市区施工需要，近几年来我国各 地开发了大吨位的静力压桩机施压预应力管桩的工艺，静力压桩机又可分 为顶压式和抱压式，抱压式是桩机的夹板夹紧桩身，依靠持板的摩擦力大 于入土阻力的原理工作，静力压桩机最大压桩力可达5000-6000kN，可将直 径500、600的预应力管桩压到设计要求的持力层，从而大大推动了预应力 管桩的应用和发展。

4.1选择处理路段(以常溧高速公路为例)

常溧高速公路是江苏省苏南高速公路网的重要组成部分，全线共38.3 公里，沿线软土地基丰富，且软土厚度较深，最大达33m，软土地基处理 方式为水泥搅拌桩。高强透水混凝土管桩应用在原水泥搅拌桩处理路段(桩 号为K26+500-K26+920)，将该路段原设计的水泥搅拌桩全部改为高强透水 纤维混凝土管碎石芯桩，处理路段共计420米，软土路基处理宽度为35米， 该路段平均填土高度为7.4m，堆载预压期为180天，高强透水纤维混凝土管碎石芯桩间距为3.5米，桩长设计为28m-30m(具体平面布置如图1和图 2)。

4.2高强透水纤维混凝土碎石芯桩的施工

高强透水纤维混凝土管碎石芯桩的施工流程(如说明书附图8所示)

(1)处理路段整平

在管桩静压前，先对处理路段的处理范围画出边界，然后进行清表处 理，处理的深度以将表面腐殖土、表土、草皮等清除为宜，并形成双向横 坡，坡度为1％-2％，清表完成后，将表面用6-8吨轻型压路机压实2-3遍， 以便于压管机的安设移运和管桩的施工。

(2)准备工作

由于管桩的长细比大、自重大，在起吊、运输过程中过大的动荷载容 易使管桩产生破裂，正确的起吊方式是两点法或两头勾吊法，并在吊装过 程中轻吊轻放，禁止拖吊，避免产生较大的动荷载；在运输过程中，应该 绑固、分层叠放并错位布置，不宜超过5层；在工地现场堆放时，必须选 择坚实平整的场地或垫木支承，堆高不超过5层。

施工放样采用极坐标法，放样前计算每根管桩的坐标，用全站仪定出 桩位后用消石灰做出桩位的圆形标记，圆心位置用小木桩标记，并注意保 护所做标记，施工放样桩位偏差不大于3cm。

(3)静压桩机就位及调平

静压桩机采用YZY120型，压桩机总重量为120T，额定功率22KW， 额定压桩力1200KN，压桩速度1.0-3.0m，一次压桩行程为150cm；

压桩机就位后应进行粗略调平。将安装好桩尖的第一节桩起吊，将桩 提升至夹桩器处，并喂桩至夹桩器内，将桩慢慢降低至桩尖距地面30-50cm 时，夹桩器上升到桩顶，并将桩加紧，然后通过移动或调整桩机使桩垂直 对中。

(4)压桩施工及接头

当桩尖***桩位后，启动压桩机，压桩，并随时用经纬仪观测桩身倾 斜情况，保证第一节桩的各向垂直度偏差不超过0.5％，后续桩的垂直度不 超过1％，压桩速度应严格控制，一般控制在1-2m/min；

当第一节桩桩顶距地面50cm左右时，起吊第二节桩，对准后采用焊接 的方法接桩，接桩前下节桩的桩头加上定位板，然后将上节桩吊放在下节 桩端板上，依靠定位板将上下桩接直，错位偏差不应大于2mm；上下桩如 有空隙，用楔形铁片全部垫实焊接牢固；焊接时应分层焊接，在坡口四周 先对称点焊6点，焊接由两个焊工对称进行；焊接层数不得少于2层；

压桩时应动态检查压入深度，当达到设计桩底高程时，停止压桩。此 时，桩头如果高于设计高程应该予以截除，截除桩头后的桩顶高程偏差为 ±5mm。

(5)插软式透水盲管、灌碎石

压桩结束后，按照设计标高切断桩顶，向桩芯内***软式透水盲管， ***后软式透水盲管的底部高程比桩底高程高40cm，软式透水盲管尽量保 持在管桩内腔中心线位置。然后灌入碎石，碎石为连续级配碎石或单粒级 碎石，碎石的强度指标无严格要求，但对其含泥量、粉尘含量、泥块含量 应严格控制，目测碎石应该干净，无泥块和粉尘，检测含泥量＜3％。

(6)透水混凝土桩帽施工

压桩结束后，桩顶标高低于整平标高20cm,在桩顶根据桩帽尺寸开挖、 整修成桩帽土模，安放钢筋网片后浇筑透水混凝土；透水混凝土桩帽的强 度等级为C15，透水混凝土桩帽的轴线偏位、平面尺寸、帽顶高程等的允 许偏差分别为±15mm、±30mm、±20mm。

(7)碎石垫层及双层双向钢塑格栅施工

在碎石垫层施工前，应根据设计图纸的要求安设沉降板，沉降板一般 在路基横断面方向每断面3处，每30米一个断面，沉降板上的沉降管应根 据填土情况及时加长；

碎石垫层用碎石要求干净无泥块，含泥量或粉尘含量≯3％，钢塑格栅 双向张拉力标准值N＞80KN/m，延伸率＜10％；

铺设第一层碎石，厚度20cm，用6-8t轻型压路机压实2遍，铺设下层 双向塑钢格栅；然后，铺设第二层碎石，厚度20cm，用6-8t轻型压路机压 实2遍，铺设上层双向塑钢纤维。

(8)路基土填筑及等超载预压

高强透水纤维混凝土管桩软土地基处理原理主要基于排水固结的原 理，因此要确保处理效果，就必须使软土本身的水有效排除，因此在管桩 施工完成后进行路基填土时，应特别注意一些两点：①填筑速度要控制在 30cm/d，以减小土基的瞬时沉降；②路基土以及预压土全部加载后，根据 沉降观测情况确定预压时间，一般不少于半年，且连续3个月月均沉降不 大于5mm时视为路基稳定。

路基土施工按设计要求完成，控制好压实度。

5、高强透水纤维管碎石芯桩软土地基处理结构处理效果

常溧高速公路K26+500-K26+920段软基采用高强透水纤维管碎石芯桩 处理方式，为了观察处理效果，对该路段按设计图纸要求进行了沉降观测， 并对相近地基情况的K32+036-K32+353路段水泥搅拌桩软基处理段进行了 比较，结果如表2。

表2两种软基处理效果比较表

通过对比发现，使用本发明处理软土地基，承载力比水泥搅拌桩处理 提高13％，工期缩短34％，路基工后总沉降量明显小于其他处理方式，节 省成本11.4％。

此外，为了评价对于高强透水纤维混凝土管碎石芯桩处理路段软 厚地基处理效果，又进行了单桩承载能力试验、单桩复合地基承载能 力试验和桩间土沉降观测，具体详见图11。

以上内容是结合具体的实施例对本发明所作的详细说明，不能认定本 发明具体实施仅限于这些说明。对于本发明所属技术领域的技术人员来说， 在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当 视为属于本发明保护的范围。

Claims (8)

1.高强透水纤维混凝土管碎石芯桩软厚土基处理结构，其特征在于：所述软厚土基处理结构包括高强透水纤维混凝土管桩(10)、碎石(20)、软式透水盲管(30)、透水混凝土桩帽(40)、碎石垫层(50)及双向钢塑格栅(60)，所述碎石(20)填充在高强透水纤维混凝土管桩(10)内，所述软式透水盲管(30)设置在所述高强透水纤维混凝土管桩(10)内，所述透水混凝土桩帽(40)设置在所述高强透水纤维混凝土管桩(10)的上端，所述透水混凝土桩帽(40)上方及其四周设有碎石垫层(50)，所述碎石垫层(50)中部及其上部设有双向钢塑格栅(60)，所述最上层双向钢塑格栅(60)上方填筑路基土(70)及路床(80)。

2.根据权利要求1所述高强透水纤维混凝土管碎石芯桩软厚土基处理结构，其特征在于：所述高强透水纤维混凝土管桩(10)包括圆筒形桩身(11)、端头板(12)及桩套箍(13)构成，所述端头板(12)设在所述圆筒形桩身(11)两端，所述桩套箍(13)环绕圆筒形桩身(11)两端头部设置。

3.根据权利要求2所述高强透水纤维混凝土管碎石芯桩软厚土基处理结构，其特征在于：所述高强透水纤维混凝土管桩(10)还包括设置在所述圆筒形桩身(11)内的钢筋，所述钢筋包括纵向主筋(111)、加强筋(112)及螺旋箍筋(113)，且所述纵向主筋(111)和所述加强筋(112)是设置在圆筒形桩身(11)管壁内，且所述纵向主筋(111)垂直焊接固定在所述加强筋(112)的外侧，所述螺旋箍筋(113)环绕在纵向主筋(111)的外侧。

4.根据权利要求1-3所述高强透水纤维混凝土管碎石芯桩软厚土基处理结构的方法，其特征在于：所述方法包括：步骤(1)高强透水纤维混凝土配合比设计；步骤(2)高强透水纤维混凝土管桩的设计制作；步骤(3)高强透水纤维管碎石芯桩的施工。

5.根据权利要求4所述高强透水纤维混凝土管碎石芯桩软厚土基处理结构的方法，其特征在于：步骤(1)中所述高强透水纤维混凝土的配料包括水、水泥、骨料、外加剂及聚丙烯纤维，所述水泥采用P.O42.5普通硅酸盐水泥，所述水泥中还添加了占水泥重量2％-2.5％的胶粉，所述骨料采用10-20mm单粒级碎石，所述外加剂的掺量为水泥重量的3.0％-3.5％，所述聚丙烯纤维长度为5-10mm。

6.根据权利要求4所述高强透水纤维混凝土管碎石芯桩软厚土基处理结构的方法，其特征在于：步骤(2)中所述高强透水纤维混凝土管桩的设计制作包括：步骤(2.1)高强透水纤维混凝土管桩的直径和截面确定；步骤(2.2)高强透水纤维混凝土管桩设计及配筋；步骤(2.3)高强透水纤维混凝土管桩悬辊工艺成型。

7.根据权利要求6所述高强透水纤维混凝土管碎石芯桩软厚土基处理结构的方法，其特征在于：步骤(2.3)高强透水纤维混凝土管桩悬辊工艺成型包括：步骤(2.31)钢筋骨架制作：所述钢筋骨架制作包括骨架胎架准备、加强筋安设、主筋钢筋的安设与焊接、螺旋箍筋的安装与焊接及骨架成品，所述钢筋骨架制作时应控制主筋钢筋间距、螺旋箍筋间距以及焊接点质量，其中，所述主筋钢筋的间距允许偏差不大于5mm、螺旋箍筋间距允许偏差不大于10mm、且螺旋箍筋单根管桩用料总长度与理论计算长度偏差不超过-100mm；步骤(2.32)模板的组装：所述模版的组装包括模板内模涂脱模剂、安装钢筋骨架入半模、安设保护层垫块、组合两片半模及布料盖安放，其中所述模板制作是采用优质钢模板，每根管桩的模板至多一节，模板由两片半圆形钢模组合而成，内壁光滑无毛刺，所述模板安装时，应检查保护层厚度垫块，保证钢筋与模板之间的距离满足保护层厚度的误差范围，保护层厚度允许偏差为±3mm，两片半圆形钢模接缝应密封，不得漏浆；步骤(2.33)悬辊成型，在所述悬辊成型前，加强钢筋笼固定检查，喂料缓慢而连续进行，边喂料边辊压成型，辊压后进行静辊成型，静辊成型时间应在4min，静辊结束后应缓慢停机，停机时保持管模在辊轴上不晃动；步骤(2.34)管桩的养生：所述管桩的养生采用蒸汽养生，在60℃±10℃条件下养生9小时后即可脱模。

8.根据权利要求4所述高强透水纤维混凝土管碎石芯桩软厚土基处理结构的方法，其特征在于：步骤(3)中所述高强透水纤维管碎石芯桩的施工包括：步骤(3.1)选择处理路段；步骤(3.2)高强透水纤维混凝土碎石芯桩的施工；其中，所述高强透水纤维管碎石芯桩的施工程序为：场地平整及施工放样、管桩静压施工、管桩芯内安设软式透水盲管、管桩芯内装碎石、管桩截断及透水混凝土桩帽施工、安装沉降板并在后续工作中加长沉降标、铺设下层碎石、铺设下层双向塑钢格栅、铺设上层碎石、铺设上层双向塑钢格栅，路基土逐层施工；步骤(3.2)所述高强透水纤维混凝土碎石芯桩的施工包括：步骤(3.21)处理路段整平：在管桩静压前，先对处理路段的处理范围画出边界，然后进行清表处理，处理的深度以将表面腐殖土、表土、草皮等清除为宜，并形成双向横坡，坡度为1％-2％，清表完成后，将表面用6-8吨轻型压路机压实2-3遍，便于压管机的安设移运和管桩的施工；步骤(3.22)准备工作：高强透水纤维混凝土管桩采用两点法或两头勾吊法，并在吊装过程中轻吊轻放，在运输过程中应绑固、分层叠放并错位布置，不超过5层，在工地现场堆放时，选择坚实平整的场地或垫木支承，堆高不超过5层；步骤(3.23)静压桩机就位及调平：静压桩机采用YZY120型，压桩机总重量为120T，额定功率22KW，额定压桩力1200KN，压桩速度1.0-3.4m，一次压桩行程为150cm；压桩机就位后应进行桩机身的粗略调平，将安装好桩尖的第一节桩起吊，将桩提升至夹桩器处，并喂桩至夹桩器内，将桩慢慢降低至桩尖距地面30-50cm时，夹桩器上升到桩顶，并将桩夹紧，然后通过移动或调整桩机使桩垂直对中；步骤(3.24)压桩施工及接头：当桩尖***桩位后，启动压桩机压桩，并随时用经纬仪观测桩身倾斜情况，保证第一节桩的各向垂直度偏差不超过0.5％，后续桩的垂直度不超过1％，压桩速度应严格控制在1-2m/min；当第一节桩桩顶距地面50cm左右时，起吊第二节桩，对准后采用焊接的方法接桩，接桩前下节桩的桩头加上定位板，然后将上节桩吊放在下节桩端板上，依靠定位板将上下桩接直，错位偏差不大于2mm；上下桩如有空隙，用楔形铁片全部垫实焊接牢固；焊接时应分层焊接，在坡口四周先对称点焊6点，焊接由两个焊工对称进行，焊接层数不得少于2层；压桩时应动态检查压入深度，当达到设计桩底高程时，停止压桩；此时，桩头如果高于设计高程应该予以截除，截除桩头后的桩顶高程偏差为±5mm；步骤(3.25)灌碎石：压桩结束后，按照设计标高切断桩顶，然后向桩芯内灌入碎石，碎石为连续级配碎石或单粒级碎石，碎石含泥量＜3％；步骤(3.26)透水混凝土桩帽施工：压桩结束后，桩顶标高低于整平标高20cm，桩基施工完成后，在桩顶根据桩帽尺寸开挖、整修成桩帽土模，安放钢筋网片后浇筑透水混凝土，透水混凝土桩帽的强度等级为C15，透水混凝土桩帽的轴线偏位、平面尺寸、帽顶高程等的允许偏差分别为±15mm、±30mm、±20mm；步骤(3.27)碎石垫层及双层双向钢塑格栅施工：在碎石垫层施工前，应根据设计图纸的要求安设沉降板，沉降板一般在路基横断面方向每断面3处，每30米一个断面，沉降板上的沉降管应根据填土情况及时加长；碎石垫层用碎石要求干净无泥块，含泥量或粉尘含量≯3％，钢塑格栅双向张拉力标准值N＞80KN/m，延伸率＜10％；铺设上层碎石，厚度20cm，用6-8t轻型压路机压实2遍，铺设下层双向塑钢格栅，然后，铺设上层层碎石，厚度20cm，用6-8t轻型压路机压实2遍，铺设上层双向塑钢纤维；步骤(3.28)路基土施工及等超载预压：在管桩施工完成后进行路基填土时，填筑速度要控制在30cm/d，以减小土基的瞬时沉降；路基土以及预压土全部加载后，根据沉降观测情况确定预压时间，一般不少于半年，且连续3个月月均沉降不大于5mm时视为路基稳定。