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。