梁忠强 张仁峰 张军伟 （山东省路桥集团有限公司）
摘 要：Y型沉管灌注桩是一门新型的软基处理技术，在浙江省高速公路中属首次推广型技术。本文通过在浙江省申苏浙皖高速公路的应用实践，简要介绍Y型沉管桩的施工工艺，并通过试验对施工工艺控制等问题进行初步研究，为Y型沉管桩在公路及其他工程中的推广应用打下基础及通过理论依据。 关键词：Y型沉管桩 处理 桥头软基 研究
浙江省地处我国东南沿海，为软土广泛分布地区，而且多数属于深厚软土，软土层的力学指标极差。随着高速公路的飞速发展，桥头对路堤沉降的控制要求日益严格，桥头位置的软基处理成为高速公路工程中的一个技术难题。
申苏浙皖高速公路工程施工中采用了Y型沉管灌注桩（见图1）桥头软基处理形式，在浙江高速公路属于首次推广技术。Y型沉管灌注桩是一种派生于传统沉管灌注桩的异形灌注桩，它采用普通沉管桩的成桩工艺，将原有圆管形桩模改为Y形桩模，这样既保持了沉管桩的施工快捷、价格低廉的优势，又发挥了等截面非圆形桩侧表面积增大，摩阻力提高的特点，在等工程量的前提下提高了桩基的承载能力。尤其它可构筑素砼桩，从而大幅降低基础造价，是一种较好的路堤桩施工方法。 一、施工工艺介绍
本文仅以K24+080~ K24+155和K24+959~ K25+049路段对Y型沉管桩施工工艺作介绍： 1、工程简介
Y型沉管桩在平面上呈梅花形布置，间距和深度如下表：
桩 号 K24+080~ K24+112 K24+112~ K24+155 K24+959~ K24+989 K24+989~ K25+019 K25+019~ K25+049 间距 2.2 2.7 2.2 2.7 2.2 深度 19 19 17 16 15 根数 298 266 312 205 305 长度 5662 5054 5304 3280 4575 砼标号为C25，断面面积0.19m2，周长2.143m，盖板采用圆形，砼标号为C25，直径1.4 m，厚度0.35m。 2、施工准备
①砼施工配合比的确立
灌注用砼要求为C25，坍落度13~15cm，通过实验室试配确立砼配合比。 ②桩头制作
桩头选择专业生产厂家定点预制，截面形状呈Y型，底部做成三角刀口，易于入土，桩头采用钢筋砼结构，标号为C30，这样入土不易被破坏。 ③桩位放线
用经纬仪和卷尺放出每一个桩位，并打入竹片桩。注意留出桥台灌注桩位置，适当改变冲突的桩位。 3、施工步骤及要点
根据工艺性试桩取得的经验数据，总结出“静压沉桩、轻振拔管、逐斗加料、分级提升”的施工措施。
①沉桩设备就位后，必须平正、稳固，确保施工中不发生倾斜、移动。
②将桩尖预埋入地表，桩尖中心与桩位一致，桩管垂直套入桩尖。 ③在桩管内灌入1m左右的封底砼，防止沉管时水或泥浆进入桩管内。
④沉管时，根据少挠动土层的原则，先将桩管振动穿过表层硬土后改为静压沉管，进入硬层静压无法下沉时再振动沉管至设计标高。 ⑤沉管完成后，尽快灌注砼，在沉管内采用专用导管下灌砼。 ⑥灌注过程中，应用测锤测定砼的灌注高度。
⑦砼灌入后振动拔管，拔起7～8米后将连续振动改为间歇振动。拔管采用加一斗料拔一段管，保持管内砼面不高于地面2.5～3米，拔管速度1.5～2m/min。
⑧Y型沉管桩施工过程中应采用隔排跳打，防止振动沉管时将临排砼初凝的成桩挤断。
二、Y型沉管桩成桩工艺试验总结
Y型沉管桩仅在工民建工程中作为试桩进行过简单承载力测试，尚未大面积应用，在实际工程应用中Y形沉管灌注桩的成桩工艺，包括桩模结构、桩尖形状、打设时下管及提管速度等参数，特别是Y形桩三个凸角的充盈情况等，均有待于工程实践的检验及完善。
本文结合在浙江省申苏浙皖高速公路工程实例，通过现场成桩工艺的实验研究对施工工艺控制等问题作初步探索，为Y形沉管桩在公路及其他工程中的推广应用打下基础及提供理论依据。 1、试验段情况介绍
根据沿线地质情况，选取申苏浙皖高速公路的K24+080~K24+155路段作为试验段 ①地质情况
该路段表层为2.5~3.0m厚的软塑亚粘土I1，上部为16.0m左右厚的湖沼积淤泥质亚粘土II3，为本路段的主要软土层，中部为13.0m左右厚软塑偏硬状粘土IV1，中下部为厚5~9m软塑粘土，为第二软土层；下部为亚粘土V4，其具体物理力学指标详见下表。
试验路段K24+080~K24+155路段物理力学指标表
天然含 孔隙比 岩土名称 土层厚度 水量W （％） e0 塑性指数 Ip (%) 渗透系数 Kv / Kh (cm / s) 7.5E－I1 亚粘土 2.5~3.0 27.2 0.806 11.5 6 5.8E－6 0.50EII3 淤泥质 15.0~1亚粘土 6.5 48.4 1.318 16.5 －5 0.88E－5 IV1 亚粘土 12.0~13.2 27.8 0.782 10.0 5.94 2.07 1.22E－3 1.05E－3 0.62EIV5 淤泥质 5.0~6.粘土 5 42.3 1.176 20.5 4.62 －3 0.65E－3 V4 亚粘土 8.0~10.0 31.7 0.877 12.6 7.50 40.9 6.5 29.3 6.3 30.2 14.5 49.0 5.7 9.9 3.7 20.0 8.5 5.30 40.8 12.4 压缩模量 ES (Mpa) 固结系数 Cv / Ch (cm / s) (Kpa(° ) ) ) 固结快剪 CCU φCU 抗剪强度指标 快剪 CUU φ(Kpa(° ) UU 分 层 代 号 ②设备及机具概况
Y形沉管灌注桩沉管设备采用DZ—90型电振动锤，浙江瑞安产，电机功率90kW，激振力550kN。配走管式桩架，桩架高30m。 2、试验过程
①砼充盈工艺控制参数试验
2003年6月2日开始在K24+080K24+155段进行试桩，首次试打6根桩，按一般沉管灌注桩工艺施工，坍落度控制在15~17cm，拔管速度1m~1.2m/min，此时砼充盈很大，单桩理论体积3.6方，最多一根桩灌入砼竟达6方之多，且桩顶均未达到设计标高，充盈系数超过1.8。经研讨后，于6月8日至15日通过逐步调整工艺参数继续试桩。根据少扰动土层、低砼灌压的原则，采取先将桩管振动穿透表层硬土
后改为静压沉管，在桩架抬起后再振动沉管至设计高程，砼灌入后振动拔管，拔起7~8m后将连续振动改为间歇振动。拔管采取加一斗料拔一段管，保持管内砼面不高过地面2.5~3m，坍落度控制在13~15cm，拔管速度1.5~2m/min能顺利成桩，且充盈系数保持在1.25以内。经过研究确定改进后的工艺切实可行，Y形沉管桩开始正式施工。
对Y形沉管桩的成桩质量采用了多种方法检测，包括低应变动测、静载荷堆载、钻孔取芯及拔桩直接观测，检测数量为63根、抽检率近10%，结果一类桩90%，二类桩9%，三类桩1%，具有较好的完整性。
②不同桩模结构及桩尖形状的对比试验
本次成桩工艺试验研究中对桩模和桩尖的选型也进行了试验。桩模主要对中隔板的结构作用进行验证，而桩尖则主要对有尖头和无尖头两种桩尖进行现场适应性选用。
桩模的主要作用是与桩尖共同在地层中挤出空间供桩体砼材料置换，在拔出过程中又要储存待灌砼，据此分析桩模的受力情况：在桩模打入地层后，模内砼尚未灌入之前，空模必须承受模外土压力，此时桩模处于被压缩状态。而在拔出桩模浇灌砼时，桩模内储存的流态砼面高于地面，砼压力是向模外挤涨的，所以在整个工作过程中桩模始终处于压缩→挤涨→压缩这样的交变荷载下。
根据上述受力情况分析Y形桩桩模结构与圆管桩模应有较大的不同。因为圆管桩模无论在受压缩受挤涨时都处于均匀受力状态，无应力集中。Y形桩模则在受压缩时模板内凹，受挤涨时模板外凸，交变应力集中于尖角焊缝处，模板材料疲劳容易导致破坏。为适应桩模这种受力特点，Y形桩模结构在模内距三个尖角顶端一定距离设置三条中隔板，其作用有二：一是减少模板受弯支点距离，增加模板刚度；二是改变节点处的受力状况，模板主跨两端由简支变为固端，大大减轻了节点处的疲劳状态。
为了验证中隔板的作用，试验先用一付无中隔板桩模试打，桩模钢板厚10mm，模板宽68.5cm，模长19m，第一次试打拔出桩模后即发现从15m深处模板开始压瘪，在距下模口1.5m处变形最大，内凹近10cm，经割除更换严重变形部位，其余变形较轻部分用100×10mm扁钢加固，间距20～30cm，向上逐步减稀，其后未发生“瘪管”。
但继“瘪管”后桩模又出现了“涨管”问题，由于拔模时砼对桩模有挤涨力，疲劳作用的结果产生焊缝涨裂，即“涨管”。桩模在瘪管后打了不到10根桩时，又在-15m处一个尖角的焊缝开始破裂，经用100×10mm扁铁包络加固后，继续施打，但打了3～5根后，同一部位其余2个尖角也发生裂缝，经加固后裂缝向未加固部分继续发展，采用20cm间隔多处用扁钢加固后，到后来扁钢加固攀本身也发生断裂，此时，桩模已基本无法正常使用，只好整体更换。整根桩模累计打了不到一百根桩，而采用了中隔板的桩模自开始使用至试验结束，两付桩模各打了七百到八百根桩，从未出现焊缝开裂问题，试验结果证明中隔板的作用是明显的。
关于桩尖的试验主要分为预制和施打的现场工艺适应性比较，分别制作了带尖头的桩尖（图2）和小平底桩尖（图3）两种桩尖，它们中上部形状是一样的，区别在于下部一种有尖头，一种采用小平底加三条线状刃口，具体形状见照片，由于带尖头的桩尖预制时需将模具翻转脱模养护，尖头必需朝上才能放稳，而小平底桩尖无需翻转，可就地脱模（但胎模必须多配备几付，以利周转，一般半天即可脱模）。从使用角度看，尖头桩尖需挖坑埋设，而小平底桩尖能水平放稳，无需挖坑。定位效果两种桩尖相差不多，都能满足工程要求，但平底桩尖穿透能力不如尖头桩尖，建议在局部遇到透镜体和必须穿透的互层时，可部分采用尖头桩尖。
根据桩模和桩尖的对比试验得到以下结果：
1．当量截面φ460的Y形桩模在超过10m以上深度时，桩模内
设置中隔板是必要的，中隔板距尖角距离以不少于5cm为宜。
2．小平底三刃桩尖能满足Y形桩定位导向要求，制作和埋设都较尖头桩尖方便，尖头桩尖穿透能力优于小平底桩尖。
图1挖开后的Y形桩外形
图3尖头桩尖 图2 正常桩模形状 图4小平底三刃桩尖
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