预应力管桩应用之议

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摘要：结合预应力管桩在绍兴至诸暨高速公路桥头软基处理的应用实例，着重介绍预应力管桩的施工方法，为以后的施工提供一些借鉴和参考。

关键词：预应力管桩；软基；公路；

1工程概况

绍兴至诸暨高速公路第SZTJ03合同段，起点里程为K8+000，终点里程为K17+000，全长计9.000km。路基大部为填方，并为软土路段，其工程地质条件表部分布软塑—可塑状粉质粘土，俗称“硬壳层”，其下分布海相流塑—软塑状淤泥质粉质粘土、粉质粘土等，性质差-较差，做路基时易引起沉降和不均匀沉降，需进行软基处理。针对本合同段工程特点，结合我单位成熟的施工方法，采用了水泥搅拌桩、塑料排水板、塑料套管桩、预应力管桩、贫混凝土灌注桩五种软基处理方案。本文着重从预应力管桩的应用进行探讨。

2工作机理

在加荷初期，桩间土和桩同时受力并发生变形，由于桩和桩间土的刚度相差较大，桩间土下沉量大于桩基，形成桩顶与软土地基顶面少量的沉降差。该沉降差能够导致桩顶一定范围内路堤填料产生应力重分布。大主应力方向发生偏转，大致平行于相邻两桩帽之间的圆拱形连线，从而将此拱形区域内的路堤填料压实，形成一个个拱状的压密壳体，将一部分桩间土路堤的荷载传递于桩帽上，加上钢塑土工格栅变形的提拉作用，将路堤荷载大部分转移到桩托板上，从而减小了桩间土上部的压力。在加筋垫层的作用下，桩基所分配的荷载逐渐增大，进而桩基下沉，如此往复达到两者变形的协调。其桩间土压力数值应是逐渐增加，而桩帽下的土压力数值呈锯齿状的曲线上升，但始终都小于桩间土的土压力。

3施工方法

3.1概况与设计要求

预应力管桩地基处理适用于软土深度大于8m的结构物路段，管桩在平面上采用平行四边形布置，桩间距及行间距视填土高度为2.2m-2.6m,管桩桩长应穿透软土层，并进入下卧层不小于1m。其桩径40cm，壁厚60cm,桩身用C60混凝土预制，桩顶设有桩帽，桩帽采用C30混凝土现浇。桩帽尺寸采用100*100*35cm正方形。要求钢塑格栅的延伸率≤3%，纵向抗拉强度≥80KN/m，横向抗拉强度≥80KN/m。

3.2施工准备

1）将水源、电源接入现场，因各种条件受限制，打桩时需配120KVA发电机组。

2）桩机组装及组织有关人员进行安装验收，并进行空载运转。

3）组织集中施工及机班等有关人员进行施工进度计划要求及技术交底。

4）根据施工进度计划要求，为保证成品桩质量和制作精度，在开工前向专业工厂提供管桩的数量与计划。

5）桩机选用DD63锤击打桩机。该型号桩机性能稳定，使用便利，同时能满足设计要求。

3.3管桩验收与起吊、堆放

3.3.1管桩外观质量及尺寸检查、抗弯试验和检验规则。

外观质量尺寸允许偏差均按GB13476-1999的规定执行。粘皮、麻面面积不得大于桩总外表面积的0.5%；磕损深度不得大于10mm；不得出现环向和纵向裂缝；不允许出现露筋、断筋、脱头现象，若预应力为钢丝，断丝和滑脱钢丝数量不得大于总量的3%；不允许有空洞和蜂窝；桩端面应平整。

3.3.2管桩的起吊方法有两点及四点捆绑法，参见示意图：

施打前吊立吊点位置参见示意图：

3.3.3装卸时轻起轻放，严禁抛掷、碰撞、滚落，吊运过程保持平稳。

运输过程中支点必须满足两点法的位置（支点距离桩端0.207L）处，并垫以楔形木，防止滚动，保证层与层间垫木与桩端的距离相等。运输车辆底层设置垫枕，并保持同一平面，参见示意图：

管桩的堆放根据桩的规格、长度和使用先后及远近安排，堆放场地选择在平整坚实的地方，使桩堆放后不会产生过大的沉陷，最下层与地面接触的垫木加宽加高。

3.3.4堆放时，桩下垫木设置两道，支承点的位置就在两点吊的吊点位置处，同层的两道垫木顶面保持在同一水平面上；当重叠堆放时，各层均设置垫木，并保证各层垫木上下对齐；堆放层数不超过三层；垫木选用耐压的木枋。

3.4施工工艺

放样处理范围→平整场地、铺设20cm厚清宕渣→放线布置桩位→桩机就位→插桩并检查→沉桩→接桩→收锤→移机→安装盖板模板→放置盖板钢筋网→浇注混凝土→铺设剩余清宕渣和第二层格栅（若有）。

3.4.1平整场地

路基两侧排水沟位置挖设临时水沟，排除地表积水，并铺设20cm厚的含泥量小于15%的宕渣。

3.4.2定位放样

放出需处理的施工范围，然后放出定位轴线和控制点，控制点尽量设置在远离沉桩区域不受干扰的地方，并加以固定保护。钻机就位。

3.4.3探桩

管桩入土前，应先清理桩位处工作垫层中的石块，防止桩入土时偏位。桩位放样后，先人工进行探桩，在桩位处用钢管探测地下有无障碍物。发现地下障碍物及时排除，以防因其造成桩偏位，管塞及桩压不下去等施工质量事故。

3.4.4吊桩

先将管桩从堆放点用吊车，水平吊运到桩架附近，再利用桩机上专门设置的起桩重钩及卷扬机吊桩就位。管桩吊起时要控制其速度，严禁快速吊起使管桩与桩机碰撞，损坏管桩。

3.4.5吊车平吊运移管桩采用两头勾头法或2点邦扎法。

采用2点邦扎法其邦扎起吊点位置离桩端0.207L（L：桩管长度）。机架上附设起重钩吊桩就位时，采用一点邦扎法，其邦扎起吊点位置离桩端0.31L（L：桩管长度）。

3.4.6插桩（植桩）

桩起吊提升到垂直状态后，将桩上头套入锤头下部固有送桩器，然后将桩尖准确地放在桩位上，缓缓施工将桩插入土中1.5m左右位置，停止施压。在机架前，侧呈90°的两个方向，各距机架25m左右处，架设经纬仪，检查调直桩身垂直度。控制植桩桩身垂直度偏差在0.5%以内。

3.4.7打（沉）桩

沉桩前应选用15cm厚的直纹木垫作为锤垫，桩垫用麻袋、木夹板，压缩后厚度不小于12cm，锤击过程中经常检查及时更换。沉桩时，继续用两台经纬仪交叉检查桩身垂直度，边校正桩身垂直度边往下沉桩，避免由于桩身倾斜产生管桩损坏。不得采用顶拉桩头、桩身等强行纠偏方法。桩身倾斜率超过0.8%时，应找出原因并进行纠正。初打时关闭供油泵油门，使锤冷打。当贯入度小于100mm/击时，再开启油门正常打桩，正常打桩采用重锤轻击。锤落距控制在1.5m以内。打桩应连续施打不宜停歇时间过长，防止桩周土固结，增大沉桩阻力。

打桩过程中，遇到下列情况应该停止打桩，经分析研究并采取措施后，方可以继续施工：

1）贯入度发生急剧变化或者震动打桩机的振幅异常；

2）桩身突然倾斜移位或者锤击时有严重回弹；

3）桩头破碎或桩身开裂；

4）附近地面有严重隆起现象；

5）打桩架发生倾斜或晃动。

3.4.8接桩

将下段桩顶距离地面0.8~1.0m处（但应避免桩尖接近硬持力层或桩尖处于硬持力层中），可进行接桩，采用焊接法。因本工程场地上部地基土较为松软，第一节桩压沉时，原起吊桩时邦扎在桩身上的钢丝绳不宜拆解，以防止桩在自重作用下下滑。当桩沉入到接桩位置（顶端高出地面1.0m左右）仍有下滑趋势时，则采用钢夹板将桩夹持住后再进行下道接桩工序。在接桩前一定要将上下段桩端用钢刷清洗干净，加上定位板，同时利用经纬仪使上下节桩轴线一致。下桩段的中心线偏差不大于5mm，节点弯曲矢高不得大于桩段的0.1%。

所用电焊条要有出厂检验单和质保书，并要按规定要求。如果上下桩接头处间隙较大，则先用楔形铁片填实，然后进行焊接，接桩铁件应做防腐处理。拼接处坡口槽电焊分3次对称焊接，焊缝连续饱满（满足二级焊缝），焊后清除焊渣，检查焊缝饱满程度。施焊完毕，自检合格后，请监理、工区等有关人员进行检查。合格后，自然冷却5分钟以上再施打。待桩沉入到距地面1.0米左右时，停止沉桩，吊上第三节桩，采用同样工艺将上下段桩焊接完毕后，继续沉桩至桩身设计标高。

3.4.9收锤标准

打入桩采用桩长和贯入度双控制,以设计桩长为主，贯入度为辅。最后贯入度的确定需根据试验桩的结果，用水准仪测量桩顶标高，确定最后1m每10击的下沉量和总锤击数。

3.4.10沉桩施工记录

沉桩时详细、准确地填写沉桩记录。记录每米的锤击数，距设计标高2~3m时则以30cm为单位记录锤击数，最后连续锤击3阵，每阵10击的贯入度及桩顶标高。

3.4.11质量检测

在达到设计或规范规定的“修止”时间后，进行桩基承载力检测，需满足设计要求单桩承载力。

1）小应变测试法

施工结束后按桩总数的10%进行小应变测试，以检测桩的完整性与承载力。

传感器的安装：传感器安装时，必须确保传感器的轴线与桩身的纵轴线平行；传感器与桩必须粘接良好，尽可能减少粘接材料厚度，并在粘接材料完全固化后进行检测；传感器应安装在基桩平面中心位置，在桩中心距（或半径）的1/2处锤击激发。

现场数据采集：检测前对设备进行检查，性能正常方可使用；选择能产生低频的力锤（如尼龙锤），要在现场进行激振方式和接收条件的选择试验；锤击要选用有实践经验丰富的熟练技术工人操作；每一根被检测单桩最少应进行三次以上重复测试。

2）桩基静载试验

根据设计要求随机选择5‰桩进行桩基静载试验，以确定单桩承载力。静载试验一般采用慢速维持荷载法，若设计无特殊要求，用单循环加载试验。

试验加载装置根据现场实际条件及设计要求选用压重平台装置、锚桩承载梁反力装置或锚桩压重联合反力装置。

测量仪表必须精确，支承仪表的基准架要有足够的刚度和稳定性，基准梁的一端在其支承上可以自由移动，不受温度影响引起上拱或下挠，基准桩埋入地基中一定深度。

加载方法：加载重心与试桩轴线相一致，加载时分级进行，使荷载传递均匀，无冲击。加载过程中，不使荷载超过每级的规定值，每级加载量为预估最大荷载的1/10～1/15。最大荷载采用设计荷载的2倍。

沉降观测：每级加载的观测时间规定为每级加载完毕后，每隔15min观测一次，累计1h后，每30min观测一次。下沉未达到稳定，不得进行下一级加载。

稳定标准：在下列时间内，每级加载的下沉量不大于0.1mm时，即可认为稳定。桩端下为巨粒土、砂类土、硬粘土，最后30min；桩端下为半坚硬和细粒土，最后1h。

根据有关规范确定静载试验终止条件和试桩的极限荷载值。

3.4.12混凝土桩帽施工

沉桩完成并经检测合格后，按设计要求绑扎桩帽钢筋，浇筑桩帽C30砼。桩帽混凝土采用现场拌制，除试桩外，其余各桩桩帽随沉桩速度及时浇筑，并根据施工进度需要在混凝土中掺入早强剂。施工中留置好砼试块，未达到设计强度不得在其上填筑路基。

4结语

通过绍兴至诸暨高速公路工程使用预应力管桩来看：处理深度大，速度快，路基填土时基本上可不考虑填土速率的控制问题，可大大缩短路基填土施工时间，加快工程进度，而且总的沉降量以及工后沉降量小，质量控制好，但造价高。设计和施工时可结合工期、地质和投资等实际情况灵活选用。