預應力管樁應用之議

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摘要：結合預應力管樁在紹興至諸暨高速公路橋頭軟基處理的應用實例，著重介紹預應力管樁的施工方法，為以后的施工提供一些借鑒和參考。

關鍵詞：預應力管樁；軟基；公路；

1工程概況

紹興至諸暨高速公路第SZTJ03合同段，起點里程為K8+000，終點里程為K17+000，全長計9.000km。路基大部為填方，并為軟土路段，其工程地質條件表部分布軟塑—可塑狀粉質粘土，俗稱“硬殼層”，其下分布海相流塑—軟塑狀淤泥質粉質粘土、粉質粘土等，性質差-較差，做路基時易引起沉降和不均勻沉降，需進行軟基處理。針對本合同段工程特點，結合我單位成熟的施工方法，采用了水泥攪拌樁、塑料排水板、塑料套管樁、預應力管樁、貧混凝土灌注樁五種軟基處理方案。本文著重從預應力管樁的應用進行探討。

2工作機理

在加荷初期，樁間土和樁同時受力并發生變形，由于樁和樁間土的剛度相差較大，樁間土下沉量大于樁基，形成樁頂與軟土地基頂面少量的沉降差。該沉降差能夠導致樁頂一定范圍內路堤填料產生應力重分布。大主應力方向發生偏轉，大致平行于相鄰兩樁帽之間的圓拱形連線，從而將此拱形區域內的路堤填料壓實，形成一個個拱狀的壓密殼體，將一部分樁間土路堤的荷載傳遞于樁帽上，加上鋼塑土工格柵變形的提拉作用，將路堤荷載大部分轉移到樁托板上，從而減小了樁間土上部的壓力。在加筋墊層的作用下，樁基所分配的荷載逐漸增大，進而樁基下沉，如此往復達到兩者變形的協調。其樁間土壓力數值應是逐漸增加，而樁帽下的土壓力數值呈鋸齒狀的曲線上升，但始終都小于樁間土的土壓力。

3施工方法

3.1概況與設計要求

預應力管樁地基處理適用于軟土深度大于8m的結構物路段，管樁在平面上采用平行四邊形布置，樁間距及行間距視填土高度為2.2m-2.6m,管樁樁長應穿透軟土層，并進入下臥層不小于1m。其樁徑40cm，壁厚60cm,樁身用C60混凝土預制，樁頂設有樁帽，樁帽采用C30混凝土現澆。樁帽尺寸采用100*100*35cm正方形。要求鋼塑格柵的延伸率≤3%，縱向抗拉強度≥80KN/m，橫向抗拉強度≥80KN/m。

3.2施工準備

1）將水源、電源接入現場，因各種條件受限制，打樁時需配120KVA發電機組。

2）樁機組裝及組織有關人員進行安裝驗收，并進行空載運轉。

3）組織集中施工及機班等有關人員進行施工進度計劃要求及技術交底。

4）根據施工進度計劃要求，為保證成品樁質量和制作精度，在開工前向專業工廠提供管樁的數量與計劃。

5）樁機選用DD63錘擊打樁機。該型號樁機性能穩定，使用便利，同時能滿足設計要求。

3.3管樁驗收與起吊、堆放

3.3.1管樁外觀質量及尺寸檢查、抗彎試驗和檢驗規則。

外觀質量尺寸允許偏差均按GB13476-1999的規定執行。粘皮、麻面面積不得大于樁總外表面積的0.5%；磕損深度不得大于10mm；不得出現環向和縱向裂縫；不允許出現露筋、斷筋、脫頭現象，若預應力為鋼絲，斷絲和滑脫鋼絲數量不得大于總量的3%；不允許有空洞和蜂窩；樁端面應平整。

3.3.2管樁的起吊方法有兩點及四點捆綁法，參見示意圖：

施打前吊立吊點位置參見示意圖：

3.3.3裝卸時輕起輕放，嚴禁拋擲、碰撞、滾落，吊運過程保持平穩。

運輸過程中支點必須滿足兩點法的位置（支點距離樁端0.207L）處，并墊以楔形木，防止滾動，保證層與層間墊木與樁端的距離相等。運輸車輛底層設置墊枕，并保持同一平面，參見示意圖：

管樁的堆放根據樁的規格、長度和使用先后及遠近安排，堆放場地選擇在平整堅實的地方，使樁堆放后不會產生過大的沉陷，最下層與地面接觸的墊木加寬加高。

3.3.4堆放時，樁下墊木設置兩道，支承點的位置就在兩點吊的吊點位置處，同層的兩道墊木頂面保持在同一水平面上；當重疊堆放時，各層均設置墊木，并保證各層墊木上下對齊；堆放層數不超過三層；墊木選用耐壓的木枋。

3.4施工工藝

放樣處理范圍→平整場地、鋪設20cm厚清宕渣→放線布置樁位→樁機就位→插樁并檢查→沉樁→接樁→收錘→移機→安裝蓋板模板→放置蓋板鋼筋網→澆注混凝土→鋪設剩余清宕渣和第二層格柵（若有）。

3.4.1平整場地

路基兩側排水溝位置挖設臨時水溝，排除地表積水，并鋪設20cm厚的含泥量小于15%的宕渣。

3.4.2定位放樣

放出需處理的施工范圍，然后放出定位軸線和控制點，控制點盡量設置在遠離沉樁區域不受干擾的地方，并加以固定保護。鉆機就位。

3.4.3探樁

管樁入土前，應先清理樁位處工作墊層中的石塊，防止樁入土時偏位。樁位放樣后，先人工進行探樁，在樁位處用鋼管探測地下有無障礙物。發現地下障礙物及時排除，以防因其造成樁偏位，管塞及樁壓不下去等施工質量事故。

3.4.4吊樁

先將管樁從堆放點用吊車，水平吊運到樁架附近，再利用樁機上專門設置的起樁重鉤及卷揚機吊樁就位。管樁吊起時要控制其速度，嚴禁快速吊起使管樁與樁機碰撞，損壞管樁。

3.4.5吊車平吊運移管樁采用兩頭勾頭法或2點邦扎法。

采用2點邦扎法其邦扎起吊點位置離樁端0.207L（L：樁管長度）。機架上附設起重鉤吊樁就位時，采用一點邦扎法，其邦扎起吊點位置離樁端0.31L（L：樁管長度）。

3.4.6插樁（植樁）

樁起吊提升到垂直狀態后，將樁上頭套入錘頭下部固有送樁器，然后將樁尖準確地放在樁位上，緩緩施工將樁插入土中1.5m左右位置，停止施壓。在機架前，側呈90°的兩個方向，各距機架25m左右處，架設經緯儀，檢查調直樁身垂直度。控制植樁樁身垂直度偏差在0.5%以內。

3.4.7打（沉）樁

沉樁前應選用15cm厚的直紋木墊作為錘墊，樁墊用麻袋、木夾板，壓縮后厚度不小于12cm，錘擊過程中經常檢查及時更換。沉樁時，繼續用兩臺經緯儀交叉檢查樁身垂直度，邊校正樁身垂直度邊往下沉樁，避免由于樁身傾斜產生管樁損壞。不得采用頂拉樁頭、樁身等強行糾偏方法。樁身傾斜率超過0.8%時，應找出原因并進行糾正。初打時關閉供油泵油門，使錘冷打。當貫入度小于100mm/擊時，再開啟油門正常打樁，正常打樁采用重錘輕擊。錘落距控制在1.5m以內。打樁應連續施打不宜停歇時間過長，防止樁周土固結，增大沉樁阻力。

打樁過程中，遇到下列情況應該停止打樁，經分析研究并采取措施后，方可以繼續施工：

1）貫入度發生急劇變化或者震動打樁機的振幅異常；

2）樁身突然傾斜移位或者錘擊時有嚴重回彈；

3）樁頭破碎或樁身開裂；

4）附近地面有嚴重隆起現象；

5）打樁架發生傾斜或晃動。

3.4.8接樁

將下段樁頂距離地面0.8~1.0m處（但應避免樁尖接近硬持力層或樁尖處于硬持力層中），可進行接樁，采用焊接法。因本工程場地上部地基土較為松軟，第一節樁壓沉時，原起吊樁時邦扎在樁身上的鋼絲繩不宜拆解，以防止樁在自重作用下下滑。當樁沉入到接樁位置（頂端高出地面1.0m左右）仍有下滑趨勢時，則采用鋼夾板將樁夾持住后再進行下道接樁工序。在接樁前一定要將上下段樁端用鋼刷清洗干凈，加上定位板，同時利用經緯儀使上下節樁軸線一致。下樁段的中心線偏差不大于5mm，節點彎曲矢高不得大于樁段的0.1%。

所用電焊條要有出廠檢驗單和質保書，并要按規定要求。如果上下樁接頭處間隙較大，則先用楔形鐵片填實，然后進行焊接，接樁鐵件應做防腐處理。拼接處坡口槽電焊分3次對稱焊接，焊縫連續飽滿（滿足二級焊縫），焊后清除焊渣，檢查焊縫飽滿程度。施焊完畢，自檢合格后，請監理、工區等有關人員進行檢查。合格后，自然冷卻5分鐘以上再施打。待樁沉入到距地面1.0米左右時，停止沉樁，吊上第三節樁，采用同樣工藝將上下段樁焊接完畢后，繼續沉樁至樁身設計標高。

3.4.9收錘標準

打入樁采用樁長和貫入度雙控制,以設計樁長為主，貫入度為輔。最后貫入度的確定需根據試驗樁的結果，用水準儀測量樁頂標高，確定最后1m每10擊的下沉量和總錘擊數。

3.4.10沉樁施工記錄

沉樁時詳細、準確地填寫沉樁記錄。記錄每米的錘擊數，距設計標高2~3m時則以30cm為單位記錄錘擊數，最后連續錘擊3陣，每陣10擊的貫入度及樁頂標高。

3.4.11質量檢測

在達到設計或規范規定的“修止”時間后，進行樁基承載力檢測，需滿足設計要求單樁承載力。

1）小應變測試法

施工結束后按樁總數的10%進行小應變測試，以檢測樁的完整性與承載力。

傳感器的安裝：傳感器安裝時，必須確保傳感器的軸線與樁身的縱軸線平行；傳感器與樁必須粘接良好，盡可能減少粘接材料厚度，并在粘接材料完全固化后進行檢測；傳感器應安裝在基樁平面中心位置，在樁中心距（或半徑）的1/2處錘擊激發。

現場數據采集：檢測前對設備進行檢查，性能正常方可使用；選擇能產生低頻的力錘（如尼龍錘），要在現場進行激振方式和接收條件的選擇試驗；錘擊要選用有實踐經驗豐富的熟練技術工人操作；每一根被檢測單樁最少應進行三次以上重復測試。

2）樁基靜載試驗

根據設計要求隨機選擇5‰樁進行樁基靜載試驗，以確定單樁承載力。靜載試驗一般采用慢速維持荷載法，若設計無特殊要求，用單循環加載試驗。

試驗加載裝置根據現場實際條件及設計要求選用壓重平臺裝置、錨樁承載梁反力裝置或錨樁壓重聯合反力裝置。

測量儀表必須精確，支承儀表的基準架要有足夠的剛度和穩定性，基準梁的一端在其支承上可以自由移動，不受溫度影響引起上拱或下撓，基準樁埋入地基中一定深度。

加載方法：加載重心與試樁軸線相一致，加載時分級進行，使荷載傳遞均勻，無沖擊。加載過程中，不使荷載超過每級的規定值，每級加載量為預估最大荷載的1/10～1/15。最大荷載采用設計荷載的2倍。

沉降觀測：每級加載的觀測時間規定為每級加載完畢后，每隔15min觀測一次，累計1h后，每30min觀測一次。下沉未達到穩定，不得進行下一級加載。

穩定標準：在下列時間內，每級加載的下沉量不大于0.1mm時，即可認為穩定。樁端下為巨粒土、砂類土、硬粘土，最后30min；樁端下為半堅硬和細粒土，最后1h。

根據有關規范確定靜載試驗終止條件和試樁的極限荷載值。

3.4.12混凝土樁帽施工

沉樁完成并經檢測合格后，按設計要求綁扎樁帽鋼筋，澆筑樁帽C30砼。樁帽混凝土采用現場拌制，除試樁外，其余各樁樁帽隨沉樁速度及時澆筑，并根據施工進度需要在混凝土中摻入早強劑。施工中留置好砼試塊，未達到設計強度不得在其上填筑路基。

4結語

通過紹興至諸暨高速公路工程使用預應力管樁來看：處理深度大，速度快，路基填土時基本上可不考慮填土速率的控制問題，可大大縮短路基填土施工時間，加快工程進度，而且總的沉降量以及工后沉降量小，質量控制好，但造價高。設計和施工時可結合工期、地質和投資等實際情況靈活選用。