1预应力混凝土管桩(PC桩)概述

 

　　预应力混凝土管桩是指采用离心成型的先张法预应力管桩。预应力混凝土管桩分为预应力高强混凝土管桩(PHC桩)、预应力混凝土管桩(PC桩)和预应力混凝土薄壁管桩(PTC桩)。本文所述PC桩是指离心混凝土强度低于C80且不低于C60的管桩。PC桩按桩身混凝土有效预压应力值或其抗弯性能分为A型、AB型、B型和C型，其抗弯性能依次增强。管桩桩尖分为十字型桩尖(用a表示)和开口型桩尖(用b表示)。

 

　　上世纪九十年代，由于受港澳地区的影响，我国华南尤其是广东地区预应力混凝土管桩得到迅速推广。时至今日，随着社会经济和各类工程建设的发展，预应力混凝土管桩已广泛应用于工业与民用建筑、铁路、水利和港口码头等工程建设中，尤其以工业与民用建筑用量最大。海滨大道南段二期工程作为沿海高速的组成部分和滨海新区骨架路网重要组成部分，是新区南北向交通大动脉。在本工程中第一次大规模采用预应力混凝土管桩进行地基处理，取得良好效果，其具体桩型为PC-C400(95)-La型管桩，即C型、外径为400mm、壁厚95mm的十字型桩尖PC桩。

 

　　2预应力混凝土管桩(PC桩)的优点

 

　　天津高速公路的常规软基深层地基处理以水泥搅拌桩和高压旋喷桩等加固土桩为主。海滨大道南段二期工程大规模采用PC桩进行地基处理是天津高速公路的首次尝试与创新，与加固土桩相比具有以下优点：

 

　　(1)规格一致，质量可靠。PC桩均按国标、地标或各相关图集采用工厂预制的生产方式，产品出厂前经过检测，质量能得到保证。

 

　　(2)施工方便快速，制约因素少。PC桩一般采用锤击法或静压法施工，受地空物影响较小，可在狭窄的空间施工。

 

　　(3)污染小。相对加固土桩而言，PC桩施工不会产生水泥浆液等污染；如果PC桩采用静压法施工，还能减小噪音污染。

 

　　(4)对周围地基扰动小。加固土桩施工时对周围地基扰动影响较大，如果周围的管线和桥台等构筑物被挤偏移位，将会造成质量事故。PC桩为空心桩，壁厚相对于管径来说小很多，施工时对地基扰动影响小。

 

　　(5)成桩质量好。加固土桩往往受土质条件、施工工艺和施工人员素质等因素影响，成桩强度和桩长难以得到保证。PC桩由于是预制产品，质量完全能得到保证。

 

　　(6)检测周期短。加固土桩一般施工完成后28天方能进行质量检测。PC桩施工完成后即可进行单桩承载力和复合地基承载力检测，大大提高了施工进度。

 

　　3预应力混凝土管桩(PC桩)工程应用

 

　　海滨大道南段二期工程大规模采用了预应力混凝土管桩(PC桩)进行地基处理。该工程范围内多为虾池及水塘，天然地基承载力约为70～90KPa。地表以下多为软土和天然含水量大的黏土，压缩系数约为0.91～1.08，属于高压缩性软弱土，地质条件较差。根据地基处理部位不同，PC桩主要应用于以下几方面：

 

　　(1)桥头地基处理。本工程桥头填土高度均大于4.5m，根据地质资料计算分析，为满足路基稳定和工后沉降要求，须采取地基深层处理。桥头地基处理PC桩采用正三角形布桩，主路基的投影范围内施打长桩，路基边坡投影范围内施打短桩；同时主路基投影范围内的桩长沿远离桥头纵向分三个区间逐级递减。桩长和桩距须根据地质资料计算分析后确定，桩长应穿透软弱土层到达承载力相对较高的土层，边坡短桩还应穿透最不利破裂面2m以上。PC桩顶设置C25混凝土托板，尺寸为：1.0×1.0×0.3m，内设Φ10＠10×10钢筋网；在托板下设置400×400×4mm钢板。托板上设置50cm厚碎石褥垫层，并在碎石褥垫层中部铺设一层土工格栅。桩和桩间土共同受力，协调应力应变，形成良好的复合地基。桥头地基处理横断面示意图详见图1，设置托板的PC桩大样图详见图2。

 

　　图1桥头地基处理横断面示意图图2设置托板的PC桩大样图

 

　　(2)老路加宽地基处理。本工程有近15Km为利用现状海防路进行拼接加宽。现状海防路两侧多为虾池及水塘，加宽段路基填土高度大于4m的段落占了较大比重，采取浅层换填的地基处理方式难以保证路基稳定和原有路基与加宽路基的路拱横坡度的工后增大值不大于0.5%的要求。现状海防路通车近十年，已基本或绝大部分完成了地基固结沉降，路基加宽范围内的软土地基处理宜采用深层地基处理。本工程老路加宽段落根据不同地质条件和填土高度分别采用钉形水泥土双向搅拌桩和PC桩深层地基处理。采用PC桩段落，PC桩为正三角形布桩，主路基的投影范围内施打长桩，路基边坡投影范围内施打短桩，桩长和桩距须根据地质资料计算分析后确定。PC桩顶同上设置C25混凝土托板、50cm碎石褥垫层和土工格栅。老路加宽地基处理横断面示意图详见图3。

 

　　图3老路加宽地基处理横断面示意图

 

　　(3)边坡稳定地基处理。本工程K15+800～K15+841.492段落位于一取土坑，从坑底算起填土高度约为7.5m。经计算分析工后沉降能满足规范要求，但路基边坡稳定不能满足规范要求。本着保证质量安全经济的原则，在路基边坡投影范围内施打PC桩进行边坡稳定加固，桩顶不设置托板。桩长和桩距须根据地质条件计算分析后确定。本工程桩长取20m，桩距取1.4m，正三角形布桩，辅以路基加筋，共同提高路基稳定性。边坡稳定地基处理横断面示意图详见图4。

 

　　图4边坡稳定地基处理横断面示意图

 

　　此外，PC桩还应用于海滨大道南段二期工程的涵洞和通道的深层地基处理，在此不一一赘述。

 

　　4预应力混凝土管桩(PC桩)施工质量检测

 

　　4.1PC桩质量标准按表1规定检查。

 

　　表1PC桩质量标准

 

　　4.2桩身完整性检测采用以下方法：

 

　　(1)工程桩桩身完整性检测验收采用低应变法。

 

　　(2)低应变法检测桩身数不应小于总桩数的5％，且不得小于10根。

 

　　(3)低应变反射方法宜在管桩侧壁的不同方向分别进行敲击、接收试验，并对比其信号的一致性。

 

　　(4)当检测发现桩身完整性不满足相应要求时，应分析原因，必要时进行扩大检测。

 

　　4.3单桩承载力特征值及复合地基承载力检测。

 

　　(1)采用现场静载荷试验确定单桩竖向极限承载力标准值时，在同一条件下的试桩数量不小于总桩数的1％，且不应小于3根，工程总桩数在50根以内时不应小于2根。

 

　　(2)PC桩采用正三角形布桩，不同桩长单桩承载力特征值及复合地基承载力要求见表2。

 

　　表2PC桩单桩承载力特征值及复合地基承载力要求

 

　　结束语：

 

　　海滨大道南段二期工程深层地基处理使用预应力混凝土管桩超过57万m。该工程经过不足两年的建设期已于2010年12月交工投入使用，目前路基使用状况良好，PC桩地基处理发挥了重要作用。本工程是天津第一条大规模使用PC桩的高速公路，希望对其他工程有借鉴参考意义。

 

　　参考文献

 

　　[1]03SG409，预应力混凝土管桩

 

　　[2]DB29-110-2004，预应力混凝土管桩技术规程

 

　　[3]JGJ79-2002，建筑地基处理技术规范

 

　　[4]JTGD30-2004，公路路基设计规范