预制混凝土管桩在路基软基处理中的应用
时间：2022-09-27 20:05:05 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
【摘要：】文章结合广西贺州至巴马高速公路（象州至来宾段）K230+520～K230+880段填土路基基底锰矿尾矿软基处理工程实例，介绍了预应力预制混凝土管桩在软基处理中的设计与施工方法，并通过全数量管桩施工质量检测，验证了此预应力预制管桩处理方法可很好地解决路基基底承载力不足以及软土地层填方路基的沉降问题，为软土地层地基处理提供参考。
【关键词：】预应力混凝土;管桩;锤击;沉桩;软基
U416.1A120383
0 引言
随着我国经济高速增长，全国公路建设迅猛，且日益重视保护农用耕地和生态环境。随着广西公路建设的发展，新建设的公路选线不可避免地要穿越一些不良地质环境，软基是较为普遍的一种，若对软基的处理方式不妥当，会导致路基沉降、路面变形开裂，影响行车安全及舒适度。此外，对路基、路面的返工返修施工复杂、工期长、耗费成本大，且可能影响正常通车，带来不良影响。本文以广西贺州至巴马高速公路（象州至来宾段）K230+520～K230+880段填方路基基底锰矿尾矿软基处理实践为例，详细阐述了预应力预制混凝土管桩处理锰矿尾矿软基的设计参数、施工方法及要点。
1 工程概况
广西贺州至巴马高速公路（象州至来宾段）K230+520～K230+880段为整体式填方路基，整体式路基顶部宽度为26.5 m，路基填筑高度约为8 m。该段填方路基基底为深度约17 m的松散堆积锰矿尾矿，尾矿往下为全风化硬质岩，设计为沉入预应力预制混凝土管桩对基底锰矿尾矿软基处理。
2 预制管桩设计参数
K230+520～K230+880段填方路基基底锰矿尾矿软基处理使用的预应力预制混凝土管桩桩身混凝土强度为C60，长度为20 m，桩横纵向间距为2.2 m。管桩外直径为0.4 m，内直径为0.28 m，管桩壁厚0.06 m。桩顶设计有C30预制钢筋混凝土桩帽，桩帽间铺设一层厚度0.3 cm的砂垫层，桩帽顶铺筑最大粒径<50 mm的级配碎石垫层，碎石垫层厚度为0.3 cm，铺筑至填方路基坡脚外1 m的位置，并用厚度0.3 m的黏土对砂垫层和碎石垫层进行封层。在路基坡脚的位置设泄水管，泄水管的入水口设置包裹有土工布的碎石反滤层。为增强路基整体性，在碎石垫层顶部和底部各铺设一层插接整体式土工格室。预应力预制混凝土管桩横断面示意图见图1[1]。预制桩与桩帽连接示意图见图2。
3 施工方法
本工程使用的预应力预制混凝土管桩在资质满足要求的桩厂统一集中预制，达到设计强度后，由平板拖车运输至沉桩现场堆放。预制管桩采用锤击法沉桩施工，打桩机选用三点支撑自行履带式柴油打桩机，柴油锤选用筒式柴油锤。每根预制管桩由两节段组成，每节段长度为10 m，节段之间采用焊接对接。
4 施工工艺流程
施工准备→平整场地→桩位放样→打桩机就位→吊桩插桩→锤击沉桩→焊接接桩→继续锤击沉桩→最后阶段锤击沉桩→桩基檢测。
5 测量放线定桩位
根据设计图纸计算各个桩中心的水准点和坐标点，然后利用全站仪进行精确测量放出桩位后，在桩位中心打入钢筋头，钢筋头上绑扎红袋子或红绳等作为标记，施工时根据红绳即可找到精确的桩位，以防止错打、漏打。在打桩前，用石灰粉在桩位按桩径的大小铺撒一个圆圈，以便管桩精准对正桩位插入地层。在打桩过程中，管桩会挤压周边地层，造成地层位移，因此在每根管桩打桩前均需对桩位进行测量复核。
预制混凝土管桩在路基软基处理中的应用/陈信朋
6 预制管桩的堆放、吊装
预制管桩存放场地要求平整坚实、不得产生不均匀沉降，且场地应设置有良好的防排水设施。现场管桩存放采用两支点垫放，支点位置设于距管桩节段端头0.21倍管桩节段长度处;在支点位置放置长方木或枕木等垫木，将管桩放置在垫木上，堆叠层数≤3层，且堆叠的管桩通过垫木支点传递给地面的力要满足不大于地基承载力的要求;堆放过程中要采用可靠的防滑、防滚等安全措施。管桩的吊装可采用两点吊或两头钩吊法，其中采用两点吊时，吊点的位置和堆放支点的位置一致。管桩吊装时，吊绳与管桩的夹角尽可能大，夹角最小应≥45°。
7 预制管桩沉桩施工
（1）预制管桩沉桩施工前要进行试桩，选择在附近有钻探资料的位置，最好能选有地质钻孔的位置试桩。试桩的规格与工程桩一致，试桩后进行单桩承载力和复合地基承载力检测。设计单桩承载力特征值为500 kN，复合地基承载力≥150 kPa，以确定是否需要调整收锤标准。预制管桩施工完毕后，预制管桩桩头的高差应<15 cm。
（2）锤击沉桩时，土体会受锤击打入的管桩挤密作用，先沉入的桩易受土体水平推挤，造成偏移、变位或被垂直搓挤造成浮桩，而后沉入的桩常出现难以打到桩底设计标高以致截桩过大的现象。因此在群桩施工时，为了保证沉桩的进度和质量，避免沉桩周围的结构破坏，打桩前应考虑桩的密集程度、桩的规格、长短和打桩机移动便捷等因素，选择适当的打桩顺序。K230+520～K230+880段管桩施工平面大、桩距小、根数多，沉桩顺序选择由中间向两端或四周打桩。
（3）打桩机进场前要对已平整的施工场地进行试压，施工场地的地基承载力要满足要求，以确保打桩机施工及移动过程中不出现沉陷[2]。对于局部地基承载力不能满足要求的软弱部位可采用铺垫整块钢板进行作业。打桩机进场后，检查设备能否正常、安全运转，检查各仪器仪表与部件是否齐全且灵敏有效，按照已确定的打桩顺序，移动调整打桩机，将打桩机对位、调直、调平。
（4）起吊预应力管桩，先在准备起吊的管桩上拴好钢丝绳及索具，钢丝绳及索具的选用要经过计算，各项指标须验算合格。插桩、接桩中的管桩起吊，可采用一点法吊桩，吊桩吊点位置在距离桩头0.21倍桩长处[3]。启动汽车吊起吊管桩，使桩底垂直对准桩位，缓缓下放管桩，将管桩插入地面，插桩位置要准确。随后在桩顶扣好桩帽或桩箍，扣好后卸除索具。将桩锤压着插入地面的管桩，靠桩锤的自重将管桩压入地面下30～50 cm，再用全站仪或线坠对管桩进行双向校正，使管桩垂直稳定。管桩插入地面时，管桩的垂直度偏差要求控制在0.5%以内。管桩在打入前，为便于在沉桩中观测、记录相关数据，在桩的侧面设置标尺。
（5）沉桩开始时，采用较低落距锤击管桩，锤击过程采用重锤低击，且桩锤、送桩与桩保持在同一轴线上。锤击沉桩时，桩身倾斜率要严格控制，及时纠偏，倾斜率不得超过0.8%。沉桩过程有贯入度剧变、桩身严重回弹或突然倾倒、移位、桩身开裂、桩顶出现严重裂缝、破碎等情况发生时，要立即暂停沉桩，待分析查明原因，采取有效措施处置后方能继续沉桩作业。根据地勘资料，K230+520～K230+880段预应力预制管桩的桩端持力层为硬质土或岩，根据施工规范要求以贯入度来控制锤击沉桩，当沉桩的贯入度达到控制贯入度要求，而桩底端未能达到设计标高时，进入最后一阶段锤击贯入100 mm或锤击30～50击，其平均贯入度不能大于控制贯入度，且桩底端距离设计桩底高程要<3 m，若超过上述规定，则应联系各方参建单位研究处理。
（6）管桩的节段对接采用焊接连接。在上一节段管桩露出地面的桩头在≥50 cm时，即进行下一节段管桩吊桩、对接、焊接。上下节段管桩接桩应顺直，严格控制上下节段管桩接头的错位，偏差值≤2 mm。对接焊接前，用铁刷子将管桩对接面的上下端板表面清刷干净，焊接坡口处要清刷至露出金属光泽，以确保焊接质量。安排两个焊工对管桩接头进行对称施焊，焊接层数不得少于两层，外层施焊必须在内层焊渣清理干净后进行，焊缝要求连续、饱满，焊好后的管桩要自然冷却>8 min，不得焊好即打或用水冷却。当管桩未能达到设计桩底标高，桩头露出地面过长时，需要采用锯桩器进行截桩处理。
8 施工控制要点
管桩运输到达施工现场后，应进行严格检查验收，检查合格后才允许使用。支垫管桩的垫木位置要准确，同一层垫木应保持同一平面，不同层间垫木应材质一致，且上下对齐。管桩混凝土浇筑完成后及时进行养护，确保养护龄期结束后桩身混凝土强度要达到设计要求才能进行锤击沉桩。沉桩过程中要对入土深度、桩顶标高、最后贯入度、桩锤落距、锤击数等施工参数做好记录。施工后以复合地基荷载试验检测为主要方式。管桩顶路基填筑时，在桩帽顶上0.5 m的高度范围内使用小型压路机碾压，以避免大型压路机碾压破坏桩头。
9 检测验收
本工程预制混凝土管桩依据相关规范规定进行了全数量管桩施工质量检测，检测内容包括低应变法检测桩身完整性、堆载法检测单桩竖向抗压承载力和复合地基竖向抗压承载力等三项。经检测：桩身完整性检测全部管桩为Ⅰ类桩，单桩竖向抗压承载力检测的实测承载力特征值为500 kN，复合地基竖向抗压承载力检测的实测承载力特征值为150 kPa，均满足规范与设计要求。
10 结语
广西贺州至巴马高速公路（象州至来宾段）K230+520～K230+880段填土路基基底为锰矿尾矿软基，通过打入预应力预制混凝土管桩进行处理。该段路基填土后经过了半年时间的观测，路基沉降在允许范围内，表明预应力预制混凝土管樁能很好地处理20 m深的软基，后期计划将预应力预制混凝土管桩运用到更深层的软基处理中，并对施工工艺及参数进行完善总结。
参考文献：
[1]广西交通设计集团有限公司.广西贺州至巴马高速公路（象州至来宾段）两阶段施工图设计特殊路基设计图（预应力预制混凝土管桩）[Z].2020.
[2]JTG/T 3650-2020，公路桥涵施工技术规范[S].
[3]JGJ 94-2008，建筑桩基技术规范[S].
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