1 前言
    我國地域遼闊，地質(zhì)條件極為復(fù)雜，特別是在沿海地區(qū)及內(nèi)地湖河沉積相地區(qū)存在著許多復(fù)雜的軟土地基，在這些地質(zhì)條件下修建高質(zhì)量的公路及建筑物都要進(jìn)行軟基處理，以增加地基的穩(wěn)定性及減少沉降。軟基處理方法的選擇使用對工程質(zhì)量、工期和經(jīng)濟(jì)效益均有重要的影響?，F(xiàn)在軟基處理中使用的方法主要有樁基、水泥土攪拌樁、強(qiáng)夯法和真空預(yù)壓、超載預(yù)壓等加固方法。每種加固技術(shù)都有它的適用性和局限性。水泥土攪拌樁施工質(zhì)量難以控制，加固深度也有限，且檢測量大且費(fèi)用高；超載預(yù)壓方法由于軟弱地基土的強(qiáng)度很低，存在路堤的穩(wěn)定性問題，不能快速加載，制約工程的進(jìn)度，因此施工工期很長，影響了工程投資的經(jīng)濟(jì)性。強(qiáng)夯法主要是針對透水性較強(qiáng)軟土的加固效果明顯，對軟粘土不適宜，對沿海地區(qū)的粘土及淤泥質(zhì)土的加固處理受到了限制。
    樁基在加固軟土地基中使用由于施工速度快，可大大縮短工期，加固處理深度不受限制，適宜各種地質(zhì)條件，可明顯增加路基的穩(wěn)定性，提高地基的承載力和減小變形，長期以來，無論在建筑工程，還是在道路工程中，都得到普遍采用。這其中主要包括實(shí)心預(yù)制樁和現(xiàn)場灌注混凝土樁，以及預(yù)制混凝土管樁等。預(yù)制實(shí)心樁較現(xiàn)場灌注樁造價(jià)要高；現(xiàn)場澆筑混凝土樁單方造價(jià)較低，但也不能節(jié)省混凝土材料，從根本上看，現(xiàn)場澆筑混凝土實(shí)心樁的造價(jià)并未得到根本的降低。為此，又發(fā)展了預(yù)制混凝土管樁，該樁型的單方混凝土提高承載力較實(shí)心混凝土樁有了較大的提高。但預(yù)制混凝土管樁的使用需要在工廠預(yù)制，預(yù)制混凝土管樁從形式上是節(jié)省了材料，但考慮到運(yùn)輸和施工等因素，又必須加入了大量的鋼筋以增加強(qiáng)度抵抗施工可能帶來的破壞性，從而增加了造價(jià)，故地基加固成本較高。因此，尋求使用較少的混凝土方量，以實(shí)現(xiàn)造價(jià)低、承載力高，并且地基的穩(wěn)定性增加明顯的新樁型成為巖土工程界的迫切需要解決的問題。正是考慮到實(shí)心樁及預(yù)制管樁的不足，考慮到實(shí)心樁及預(yù)制管樁的不足，河海大學(xué)開發(fā)了高效經(jīng)濟(jì)的現(xiàn)場澆筑混凝土薄壁管樁軟土地基加固專利技術(shù)(ZL 01273182.X)和施工工藝(CN 1367296A)，達(dá)到了造價(jià)低、承載力高、地基的穩(wěn)定性增加和地基沉降降低等明顯目的。
    2 技術(shù)原理
    振動(dòng)沉?，F(xiàn)澆混凝土管樁技術(shù)采取振動(dòng)沉模自動(dòng)排土現(xiàn)場灌注混凝土而成管樁，具體步驟是依靠沉腔上部錘頭的振動(dòng)力將內(nèi)外雙層套管所形成的環(huán)形腔體在活瓣樁靴的保護(hù)下打入預(yù)定的設(shè)計(jì)深度，在腔體內(nèi)現(xiàn)成澆注混凝土，之后振動(dòng)拔管，在環(huán)形域中土體與外部的土體之間便形成混凝土管樁。在形成復(fù)合地基時(shí)，為了保證樁與土共同承擔(dān)荷載，并調(diào)整樁與樁間土之間豎向荷載及水平荷載得分擔(dān)比例以及減少基礎(chǔ)底面的應(yīng)力集中問題，在樁頂設(shè)置褥墊層，從而形成現(xiàn)澆薄壁管樁復(fù)合地基。振動(dòng)沉模大直徑現(xiàn)澆管樁動(dòng)力設(shè)備是振動(dòng)錘，振動(dòng)錘的兩根軸上各裝有偏心塊，由偏心塊產(chǎn)生偏心力。當(dāng)兩軸相向同速運(yùn)轉(zhuǎn)，橫向偏心力抵消，豎向偏心力相加，使振動(dòng)體系產(chǎn)生垂直往復(fù)高頻率振動(dòng)。振動(dòng)體系具有很高的質(zhì)量和速度，產(chǎn)生強(qiáng)大的沖擊動(dòng)量，將環(huán)形空腔模板迅速沉入地層。腔體模板的沉入速度與振錘的功率大小、振動(dòng)體系的質(zhì)量和土層的密度、粘性、粒徑有關(guān)。振動(dòng)體系的豎向往復(fù)振動(dòng)，將腔體模板沉入地層。當(dāng)激振力R大于以下三種阻力之和：刃面的法向力N的豎向分力、刃面的摩擦力F的豎向分力，腔體模板周邊的摩阻力P的合力時(shí)(見圖1)，模板即能沉入地層；當(dāng)R與N、F、P豎向分力平衡時(shí)或達(dá)到預(yù)定深度時(shí)，則模板停止下沉。由于腔體模板在振動(dòng)力作用下使土體受到強(qiáng)迫震動(dòng)產(chǎn)生局部剪脹破壞或液化破壞，土體內(nèi)摩擦力急劇降低，阻力減小，提高了腔體模板的沉入速度。同時(shí)擠壓、振密作用使得環(huán)形腔體模板中土芯和周邊一定范圍內(nèi)的土體得到密實(shí)。該成樁機(jī)理為：
    （1）模板作用。在振動(dòng)力的作用下環(huán)形腔體模板沉入土中后澆注混凝土；當(dāng)振動(dòng)模板提拔時(shí)，同時(shí)混凝土從環(huán)形腔體模板下端注入環(huán)形槽孔內(nèi)，空腹模板起到了護(hù)壁作用，因此不會(huì)出現(xiàn)縮壁和塌壁現(xiàn)象。從而成為造槽、擴(kuò)壁、澆注—次性直接成管樁的新工藝，保證了混凝土在槽孔內(nèi)良好的充盈性和穩(wěn)定性。
    （2）振搗作用。環(huán)形腔體模板在振動(dòng)提拔時(shí)，對模板內(nèi)及注入槽孔內(nèi)的混凝土有連續(xù)振搗作用，使樁體充分振動(dòng)密實(shí)。同時(shí)又使混凝土向兩側(cè)擠壓，管樁壁厚增加。
    （3）擠密作用。振動(dòng)沉模大直徑現(xiàn)澆混凝土薄壁管樁在施工過程中由于振動(dòng)、擠壓和排土等原因，可對樁間土起到一定的密實(shí)作用。擠壓、振密范圍與環(huán)形腔體模板的厚度及原位土體的性質(zhì)有關(guān)。
    3 振動(dòng)沉模現(xiàn)澆薄壁管樁施工機(jī)具設(shè)備
    施工機(jī)具的主要技術(shù)性能要求：（1）沉樁深度達(dá)到25m以上；（2）樁徑為1000 ~ 1500mm；（3）管樁壁厚100~150mm；（4）混凝土可多次加料；（5）提升力達(dá)到30t，壓樁力加上高頻振動(dòng)荷載達(dá)到100t。
    根據(jù)以上要求設(shè)計(jì)了振動(dòng)套管成模大直徑現(xiàn)澆管樁機(jī)具，如圖2所示。設(shè)備基本組成包括：?底盤（含卷揚(yáng)機(jī)等）；?龍門支架；?振動(dòng)頭；?鋼質(zhì)內(nèi)外套管空腔結(jié)構(gòu)；…活瓣樁靴結(jié)構(gòu)；?成模造漿器等；?混凝土分流器。
    4 振動(dòng)沉?，F(xiàn)澆薄壁管樁施工工藝及要點(diǎn)
    （1）施工流程
    施工進(jìn)場 → 現(xiàn)場裝配 → 樁機(jī)就位 → 振動(dòng)沉管 →澆注混凝土 → 振動(dòng)拔管 → 移機(jī)
    （2）施工要點(diǎn)
    （a）為保證在含地下水地層中應(yīng)用現(xiàn)澆管樁的質(zhì)量，保證在成樁過程中地下水、流砂、淤泥不自樁靴進(jìn)入管腔，澆筑采用二步法工藝，即在成樁管下到地下水位以上即進(jìn)行第一次澆筑，將樁靴完全封閉，然后繼續(xù)下到設(shè)計(jì)深度后進(jìn)行第二次澆筑成樁。
    （b）為保證樁與樁之間在成樁過程中不互相影響，施工順序采用隔孔隔排施工工序。
    （c）如遇到較硬夾層，可利用專門設(shè)計(jì)的成模潤滑造漿器在沉樁過程中注入泥漿。
    （d）內(nèi)外管應(yīng)鎖定后方可起吊裝配；
    （e）混凝土應(yīng)以細(xì)石料為主，可以適當(dāng)摻入減水劑，以利于腔體中砼流動(dòng)性較好；
    （f）在遇到砂性土層時(shí)，宜放慢上提的速度，軟土層速度一般可在1～3min/m。