預應力混凝土管樁的應用研究

 預應力管樁是工廠(chǎng)化制造的水泥制品，具有生產(chǎn)工藝穩定、樁體質(zhì)量可靠、樁身混凝土強度高、耐錘打性好、貫穿能力強、單樁承載力高、單樁承載力價(jià)格便宜等特點(diǎn)。另外，還因其對不同地質(zhì)條件適應性強、施工速度快、工期短、施工現場(chǎng)簡(jiǎn)潔、成樁質(zhì)量監測方便，因而在世界各國得到了廣泛應用。在國內的華南及華東地區預應力管樁正被廣泛應用于工民建、港口、碼頭、水利建設中。在高速公路軟土地基處理中，預應力管樁也開(kāi)始被 

　　引人。對于深度20m以上的軟基處理，管樁具有一定的優(yōu)勢，由于其樁身質(zhì)量可靠，可克服水泥攪拌樁在大深度條件下的質(zhì)量不穩定、施工困難等缺點(diǎn)。 

　　1試驗段概況 

　　廣梧高速公路穿越廣闊的水網(wǎng)地區，沿線(xiàn)地質(zhì)情況復雜，軟土層厚薄不均，一般在6～14m，最大厚度大于30m。拼接工程軟基處理除要滿(mǎn)足現有《公路軟土地基路堤設計與施工技術(shù)規范》外，還應相應提高路基沉降的控制標準。為減小新老路基沉降差的產(chǎn)生，采取預應力 

　　管樁和水泥攪拌樁技術(shù)對軟土地基進(jìn)行處理。在廣梧高速公路馬安至河口段K12+488.5～K12+597進(jìn)行管樁復合地基試驗。試驗段長(cháng)148.5m。試驗區域分為四段，各段試驗內容詳見(jiàn)表1。 

　　2管樁施工 

　　管樁直徑30cm，壁厚7cm，間距2m，正方形布置，樁長(cháng)15m。管樁采用柴油錘打樁機施工，為了減小擠土效應，可以采取設置豎井、隔樁跳打等措施。管樁樁頂設置一個(gè)正方形托板，托板長(cháng)度為lm，厚度0.35m，配2層φ8@100×100鋼筋網(wǎng)層，硅標號C20。托板頂鋪設碎石墊層，碎石墊層頂面鋪設1層鋼塑復合土工格柵或土工格柵。 

　　2.1原材料控制 

　　2.1.1管樁 

　　表1管樁復合地基試驗內容

　?、殴軜恫捎脤?zhuān)業(yè)廠(chǎng)家生產(chǎn)，規模、型號符合設計要求，注意收集廠(chǎng)家每批材料出廠(chǎng)合格檢測報告，并采用回彈儀進(jìn)行樁身檢測。 

　?、聘鶕O計文件進(jìn)行配樁，為減少接頭數量，樁基處理深度>24m，不超過(guò)3節樁組合；樁基深度<24m，不超過(guò)2節樁組合。 

　?、瞧?chē)運輸時(shí)用長(cháng)掛車(chē)，樁的懸臂不超過(guò)lm。汽車(chē)運輸時(shí)應分層疊放并錯位而置，不超過(guò)5層。在工地堆放時(shí)，必須選擇密實(shí)平整的場(chǎng)地或墊木支承，堆高不應超過(guò)5層。 

　　2.1.2鋼筋對托板混凝土所用鋼筋檢驗合格后方可使用。 

　　2.1.3碎石、砂對托板混凝土所用的碎石、砂檢驗合格后方可使用。 

　　2.2施工過(guò)程質(zhì)量控制 

　　2.2.1施工方法與施工流程 

　?、殴軜妒┕ぃ汗軜妒┕げ捎渺o壓法或錘擊法。施工流程如下： 

　　清表整平→樁位放樣→機械就位→經(jīng)緯儀調整垂直度→施工第一節樁→起吊第二節樁→電焊接樁→檢查焊接質(zhì)量和垂直度→施工第二節樁→重復前面的工藝直至設計標高→檢查整樁質(zhì)量→管樁托板模板制作安裝→綁扎托板鋼筋、現澆混凝土、養護→報驗 

　　樁位放樣：根據設計文件和技術(shù)交底所確定的坐標控制點(diǎn)和水準點(diǎn)進(jìn)行樁位放樣，采用經(jīng)緯儀或全站儀定出樁位。用消石灰作出樁位的圓形標記，圓心位置用小木樁標記，并注意保護所作標記； 

　　起吊：用鋼繩綁住樁身兩點(diǎn)或兩頭勾吊，并在吊裝過(guò)程中輕吊，管樁就位時(shí)將樁對準同形樁進(jìn)行插樁； 

　　壓樁/打樁：將樁身小心移入樁機，然后調平樁機，開(kāi)動(dòng)縱橫兩向油缸移動(dòng)樁機調整對中，同時(shí)利用相互垂直的兩個(gè)方向經(jīng)緯儀檢查垂直度。第一節樁土30～50cm后檢查和校正垂直度，垂直度控制在0.5%以?xún)?，開(kāi)動(dòng)壓樁裝置，記錄壓樁時(shí)間和各壓力表讀數，保持連續壓樁并控制壓樁速度l～2m/min，橋頭段應控制在0.5～1m/min，最大壓樁力不得大于單樁強度的豎向承載力設計值。為防止壓樁機械對已壓樁樁頭的破壞，樁頂高程應低于地面10cm。 

　　打樁：樁的打入初期要徐徐試打，在確認樁的中心位置及角度無(wú)誤后，再轉為正式打入。在軟土層中打樁，應徐徐將錘放上樁頂，直至樁自沉到某一深度不動(dòng)為止，再使樁中心不偏移地徐徐打入。當要求管樁打穿淤泥層進(jìn)入持力層至少0.5m時(shí)，應通過(guò)試打確定停打標準。 

　　接樁及焊接要求：接樁時(shí)其樁頭應高出地面1m左右；接樁前下節樁的樁頭加上定位板，然后將上節樁吊放在下節樁端板上，依靠定位板將上下樁接直，其錯位偏差不應大于2mm；上下樁如有空隙，用楔形鐵片全部墊實(shí)焊接牢固；管樁焊接之前，上下端表面用鐵刷清理干凈，直至其坡口處刷出金屬光澤；焊接時(shí)應分層焊接，在坡口四周先對稱(chēng)點(diǎn)焊6點(diǎn)，焊接由兩個(gè)焊工對稱(chēng)進(jìn)行；焊接層數不得小于2層，層間焊皮要清理干凈，焊縫應達到二級焊縫要求；焊接好的樁接頭應自然冷卻，冷卻時(shí)間至少5～9min，嚴禁用水冷卻。 

　　送樁：送樁前用水準儀確定地面標高，在送樁桿上作記號，送樁過(guò)程中進(jìn)行跟蹤，動(dòng)態(tài)檢查送樁深度。送樁器下端宜設置樁墊，樁墊厚度均勻并與樁頂全斷面接觸。終止壓樁（打樁）：正常情況按設計壓樁力送樁，達到設計高程后持荷（正常壓力）10min且每分鐘沉降量不超過(guò)2mm后方可結束送樁。在同一地質(zhì)類(lèi)型的地段，若出現靜壓力顯著(zhù)增加或送樁時(shí)靜壓力顯著(zhù)減小等異常情況，需暫停施工并及時(shí)報告監理，分析和找出原因后 

　　提出處理措施。截樁：如需截樁，應有確保截樁后管樁質(zhì)量的措施，嚴禁使用大錘硬砸，應先將不需要截除的樁身端部用鋼箍包緊，然后沿鋼箍上沿鑿槽打穿后，用錘打下，用氣割法切斷鋼筋。 

　?、仆邪迨┕?nbsp;

　　施工工藝：下承層平整、夯實(shí)→模板安裝→鋼筋制安→混凝土澆筑→養護。模板可以采用木?；蜾撃０?，混凝土采用商品混凝土或現場(chǎng)拌制。

　　2.2.2施工質(zhì)量控制 

　　管樁施工過(guò)程中質(zhì)量控制要點(diǎn)如表2[3]。 

　　2.2.3成品質(zhì)量檢驗 

　?、艠堕g距：采用尺子測量樁間距。抽查2%。 

　?、茦俄敇烁撸翰捎盟疁蕛x測量樁頂標高。抽查2%。 

　?、菢堕L(cháng)：①施工記錄法:根據旁站觀(guān)測和施工記錄檢查樁長(cháng)。②錘球法。利用系有鐵錘的皮尺或鋼尺放入管樁內測量樁的長(cháng)度。當未設置樁頭時(shí)應扣除估計的土塞長(cháng)度。 

　?、葮渡硗暾裕孩倩鶚斗瓷洳ǚㄔ囼?目的是普查樁身結構完整性，并為靜載試驗或高應變動(dòng)力試樁提供依據。還可用于檢查接樁質(zhì)量。通常檢測頻率為30%。② 基樁高應變法試驗:目的是檢測樁的豎向承載力和樁身結構完整性。通常檢測頻率為10%。 

　?、沙休d力：①基樁高應變法試驗；②載荷試驗，通常檢測頻率為0.5%，且每個(gè)標段不得小于3根。 

　　3試驗監測 

　　在樁間土和樁承臺埋設觀(guān)測儀器，施工過(guò)程中對管樁的沉樁過(guò)程、樁體檢驗、路堤填筑等各階段進(jìn)行資料采集和分析，為進(jìn)一步研究管樁復合地基樁土應力分擔比、沉降、孔壓變化規律等提供現場(chǎng)實(shí)測資料。 

　　3.1觀(guān)測內容 

　?、磐馏w變形的觀(guān)測，包括表面沉降、分層沉降和側向水平變形，用以分析土體變形性能的改變，并推算土體工后沉降的大小及其分布情況。 

　?、茦渡蠎Ρ扔^(guān)測，分別在管樁承臺和樁間土埋設壓力盒，通過(guò)現場(chǎng)測試，計算管樁復合地基樁土應力比，掌握管樁復合地基中樁土荷載分配規律，進(jìn)一步分析管樁復合地基承載能力。 

　?、强紫端畨毫τ^(guān)測，在樁間土不同深度處埋設孔隙水壓力傳感器，測定在管樁沉樁和路堤填筑過(guò)程中樁間土超靜孔隙水壓力發(fā)生及其消長(cháng)過(guò)程，以便計算土體的受力狀態(tài)和土體變形隨時(shí)間的發(fā)展規律。 

　　3.2儀器的布置和埋設 

　　四個(gè)試驗區段中部各設置1個(gè)監測斷面，用于對比不同復合地基作用下的加固效果。每個(gè)監測斷面設置以下監測儀器： 

　?、疟砻娉两担好總€(gè)監測斷面設置3組表面沉降板，分別設在路中線(xiàn)、坡肩。每組3塊，分別設在2根樁連線(xiàn)中點(diǎn)處、4根樁對角線(xiàn)交點(diǎn)處、樁頂。 

　?、品謱映两担好總€(gè)監測斷面設置1孔分層沉降，設在路基中線(xiàn)附近4根樁對角線(xiàn)交點(diǎn)處。 

　?、撬匠两倒埽好總€(gè)監測斷面設置2根水平沉降管，1根在2排樁之間，1根在1排樁樁頂上方。水平沉降管與施工干擾較小，主要用于卸載階段、路面施工階段的沉降監測。 

　?、瓤讐簻y頭：每個(gè)監測斷面設置1組孔壓測頭，設置在4根樁對角線(xiàn)交點(diǎn)處，沿深度每1.5m一只測頭。 

　?、赏翂毫校簩τ贏(yíng)區、B區、D區，每個(gè)監測斷面設置16只土壓力盒。土壓力盒分2層布置，分別在土工格柵上側和下側。每層8只土壓力盒，其中2只土壓力盒布設在2根樁的樁頂上方，6只土壓力盒布設在樁之間。C區的監測斷面設置24只土壓力盒，土壓力盒分3層布置，分別在土工格柵上側、土工格柵下側、托板下側。每層8只土壓力盒，其中2只土壓力盒布設在1個(gè)托板上方或下方，6只土壓力盒布設在樁之間。 

　?、蕼y斜：在每個(gè)監測斷面的坡腳附近設置一孔測斜管，測斜管進(jìn)入軟土層下面的硬土層3～4m，并且不得短于管樁長(cháng)度。 

　　4小結 

　　預應力管樁作為一種新興的樁型，被工程界所認同，但預應力混凝土管樁,既有別于普通預制樁，是一種部分擠土樁，易于施工、質(zhì)量控制、節省材料，又有別于鋼管樁，具有不同的側面性能，特別是外徑相同的樁，截面積大，管內側摩阻力大，易于形成完全閉塞。針對廣梧高速公路的特殊性及重要程度，部分地段軟基處理采用控沉預應力管樁施工，可以大大減小路基工后沉降，克服路基拼接施工新老路基的沉降差異。經(jīng)過(guò)施工總結，采用控沉預應力管樁施工具有施工工藝可靠、施工質(zhì)量容易控制、施工便捷快速、綜合經(jīng)濟指標合理等優(yōu)點(diǎn)。特別是采用靜壓法施工，噪音小、擾民少，施工的環(huán)保效果顯著(zhù)。采用控沉預應力管樁施工，因其在軟基處理施工中良好的技術(shù)性能和工藝條件，必將在高速公路改擴建工程中被廣泛應用。