前言

 

　　近年来，预应力管桩技术在快速、高铁及高速公路软土路基上广泛应用，主要应用于桥头、涵洞及大面积的软土地基处理。随着高速铁路的迅猛发展，将更大地推动预应力管桩技术的成熟与应用。为此，预应力管桩在大面积软基处理施工领域有着非常好的应用前景。

 

　　1、预应力混凝土管桩工艺原理

 

　　预应力混凝土管桩是一种打入土中，横截面尺寸比其长度小得多的管状细长构件，其主要作用是提高地基承载力，其支撑力是由桩侧摩阻力和桩端阻力两部分组成。

 

　　浇筑完桩帽混凝土后，铺设土工格栅，利用土工格栅良好的延展性和整体抗剪性，均匀的纵、横向抗拉性，高抗疲劳性和耐腐蚀性的特点，增加路基的稳定力矩，提高软基的整体稳定性，加快了路基的填筑速度。

 

　　2、适用范围

 

　　预应力管桩适用于湿陷性黄土和膨胀土区域内，地基的湿陷量或膨胀量较大情况时；

 

　　当建筑物荷载过大，地基软弱，地下水位较高而采用明挖基础沉降量过大，建筑物又不允许有较大沉降条件下；当建筑物内外地面有大面积堆载，使软弱地基产生较大变形，或当基础可能有不均匀沉降而对建筑物造成危害的情况下；当建筑物承受较大竖向荷载和水平荷载，对建筑物有特殊要求时。当地表软土层较厚，不宜作基础持力层，或地基中有暗沟、深坑、古河道等情况。

 

　　3、技术特点

 

　　上部荷载通过桩基础传递给土层，它是深基础中常用的一种形式，能较好地适应各种软弱地质条及荷载情况，具有承载力大、稳定性好、沉降值小等特点，并能采用机械化施工，大大提高了放工进度。

 

　　4、施工设备选型

 

　　预应力管桩施工采用锤击的方法。锤击机的优点是嵌岩能力强，体积小行走灵活，适合于打设处理深度比较大的桩，对场地的要求也比较小。静压机具有无噪音、无振动和无污染的优点，适合在靠近居民区的场地施工；缺点是设备体积大、自重大，要求施工场地要平整并有一定的承载力。

 

　　5、施工工艺流程

 

　　施工工艺流程见图1

 

　　图1预应力管桩施工工艺流程图

 

　　6、施工操作要点

 

　　（1）平整场地

 

　　将施工场地内的杂物清理干净，高低起伏处用推土机推平，形成一个整体工作面供机械施工。

 

　　（2）施工放样

 

　　首先根据设计图纸绘制施工放样平面图，监理审核合格后测量组用全站仪精确放样出管桩处理范围边线控制桩。中间桩位拉钢尺准确定位，插竹钎标识。

 

　　（3）运输存放

 

　　管桩运输采用长挂车，分层叠放、错位布置、捆绑牢固，悬臂部分不超过1.5m。现场堆放场地要平整，堆高不超过5层。施工时，按照“长桩管在下，短桩管在上”的顺序进行施工。

 

　　（4）起吊

 

　　管桩的长细比大、自重大，在起吊过程中，过大的动荷载易使管桩产生破坏。正确的起吊方法是：两支点法或两头勾吊法，吊桩送至桩机附近时，采用单点吊桩，吊点设在0.3倍桩长处，开始垂直起钩，平稳地把桩送到打桩机夹桩器中，同时使桩尖对准桩位中心，缓缓放下插入土中。在吊装过程中轻吊轻放，避免拖吊破坏。

 

　　（5）稳桩

 

　　当桩尖进入土中300mm～500mm后，用经纬仪或用支架线坠调整桩的垂直度（测量仪器一般在距桩机15m以外处架设），观测时，上端与下端的垂直度偏差应≤1%（接桩时，第一节桩入土后垂直度偏关不超过0.5%）。

 

　　（6）冲程

 

　　管桩施工时，柴油锤最大冲程不超过2m，施工时，按1.8m控制，最后1米冲程为1.2米。

 

　　（7）压桩

 

　　由测量人员根据边桩控制桩，用J2级经纬仪定位放样后，在桩身上划出以米为单位的长度标记，以便观察桩的入土深度及记录每米沉桩的锤击数；第一节管桩起吊就位插入地面时的垂直度偏差不得大于0.5%，在两个成90度的方向上同时观测、校正；保证施工过程中，桩锤、桩帽和桩身的中心线应重合，否则管桩受到偏心锤打，容易发生受弯而折断。焊接接桩时桩头应高于地面0.5～1.0m，上下节桩段保持顺直，错位偏差不宜大于2mm。焊好的桩头应自然冷却后方可继续锤击，时间不少于8min，严禁用水冷却或焊好即打；打桩时锤垫选用15cm厚直纹木垫，桩垫用麻袋、木夹板，压缩后厚度12cm左右，锤击过程中经常检查及时更换；管桩的总锤击数不宜大于2000，最后1m锤击数不宜超过250；送桩前应检查桩的垂直度；软土层中施工，每根桩宜连续施打，停置时间不宜太长。

 

　　（8）接桩

 

　　第一节桩头高于地面1m左右时，将第二节桩吊放在下节桩端板上，依靠定位板将上下两节桩接直，新接桩节与原桩节的轴线一致，错位偏差不大于2mm。上下桩如果有间隙，用契型铁片全部垫实。管桩焊接之前，上下端面用铁刷清理干净，露出金属光泽。焊接时分层焊接，四周先对称点焊6点，减少焊缝变形引起节点弯曲，焊缝应连续、饱满，焊接层数为3层，层间焊皮要清理干净，焊缝达到三级焊缝要求，焊接好的桩头严禁浇水冷却。接桩处的焊缝应自然冷却不少于8min。管桩焊接施工应由有经验的焊工按照技术规程的要求认真进行。接桩时，新接桩未固定前，也要用经纬仪在成90度夹角两方向观测垂直度，调整桩机水平。

 

　　（9）收锤

 

　　收锤标准对打桩工程质量起着至关重要的作用，控制收锤能减少打桩破损率，保证桩身质量，确保送桩桩深达到设计值。

 

　　根据试桩所采集的施工数据（见施工数据表1），管桩采用最后1米的最后10cm每分钟平均值作为停打贯入度，以最后1米的锤击数量、平均贯入度及停打贯入度作为收锤标准。

 

　　表1施工数据表（最后1米）

 

　　在实测数值与上述数值偏差不大时，即在1米范围内贯入度没有发生急剧变化，可以认定管桩达到设计地质深度并满足设计承载力要求。

 

　　（10）管桩检测

 

　　管桩检测底应变检测数量为总桩数的10%；单桩荷载试验数量为总桩数的2‰。

 

　　（11）桩帽混凝土

 

　　管桩达到设计标高后，支立桩帽模板，绑扎桩帽钢筋，浇注桩帽混凝土。

 

　　7、施工注意事项

 

　　（1）打桩前必须对桩的质量进行验收，其质量和规格必须符合设计要求。吊桩前重复检查桩架、桩位、桩身，质量合格后始可插桩；

 

　　（2）锤击打桩宜重锤低击，打桩前从两个方向检查确认桩锤、桩帽与桩身保持在同一轴线上。

 

　　（3）当管桩接长时，长桩在下部，其入土部分桩段的桩头宜高出地面1m左右，下节桩的桩头处设导向钢筋以方便上节桩就位，接桩时上下节桩段保持顺直，端板焊接牢固、平齐，不得歪斜，并符合有关规范要求。

 

　　（4）打桩过程中防止偏移。遇下列情况暂停打桩，并及时与设计、监理等有关人员研究处理：

 

　　①贯入度发生突变；

 

　　②沉桩入土深度与设计要求差异较大；

 

　　③桩头混凝土剥落、破碎或桩身混凝土出现裂缝或破碎；

 

　　④桩身突然倾斜、跑位；

 

　　⑤地面明显隆起、邻桩上浮或位移过大；

 

　　⑥总锤击数超过规定值。

 

　　⑦对发生“假极限”、“吸入”、上浮、下沉现象和射水沉桩必须进行复打。

 

　　8、质量检验标准

 

　　（1）桩的混凝土表面质量应符合下列规定：

 

　　①桩的棱角破损深度应在10mm以内；

 

　　②预应力混凝土不得有裂缝（表面收缩裂缝除外）；

 

　　③混凝土管桩表面裂缝深度不应大于7mm，裂缝宽度不应大于0.15mm。横向裂缝长度：管桩不应大于直径或对角线1/3；纵向裂缝长度：管桩不大于直径或对角线的1.5倍。

 

　　检验方法：观察、尺量或刻度放大镜检查。

 

　　（2）桩的入土深度符合设计要求。

 

　　（3）桩顶高程和桩头处理应符合设计要求。

 

　　（4）打入桩地基处理后，按设计要求检验桩的承载力满足设计要求。

 

　　检验方法：底应变检测、单桩荷载试验。

 

　　检验数量：底应变检测数量为总桩数的10%；单桩荷载试验数量为总桩数的2‰。

 

　　（5）桩位、倾斜度的允许偏差、见表2打入桩施工允许偏差表。

 

　　表2打入桩施工允许偏差表

 

　　9、结束语

 

　　随着我国高铁的飞速发展，在软土地基上穿越高铁的施工也越来越多，软土地基处理已成为影响高铁工程质量和工期的关键技术。由于高速铁路工程穿越不同的地质区域，尤其在沿海地区，地基土强度低，压缩性差同时还具有流变性。软土地基的处理已引起设计、施工和管理人员的高度重视，近年来工程实践已积累了大量的处理方法。国外也有一些较为先进的处理法，诸如；轻型填方处理法、加固填方处理法、土工织物处理软土地基法、深层拌处理法、冻结法和注入化学药剂法、真空联合堆载预压处理软土地基等。

 

　　不同的软土地基可采用不同的处理方法，依据各种软基处理法的原理，并根据土质类型、地基条件、道路条件、施工条件和建设费用合理选择恰当方法，来获得最佳的处理效果，也可采用复合处理法，发挥各方法的优势，达到最好的处理效果。

 

　　本文根据中铁九局在丹大快速铁路软土路基地段采用管桩处理的施工实践，对其原理和实际应用的各种方法做一些浅显的阐述。