PHC管樁在溫福鐵路軟土地基加固中的應用

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摘要：本文闡述了phc管樁在溫福鐵路軟土地基加固中的應用，施工的整個過程，以及施工中的經驗體會，對今后工程中PHC管樁的施工有借鑒作用。

關鍵詞：PHC管樁施工

引言：溫福鐵路在福建連江車站位置進行了高強預應力砼管樁在鐵路軟土地基加固中應用的試驗，該試驗段工程通過對樁基承載力、應力傳遞規律、樁、土應力的分布及變化情況、地基變形等實測數據的分析研究，對預應力管樁的設計（單樁承載力、樁型及樁間距、樁帽及網墊層等）具有重要的指導意義。筆者做為該試驗段施工技術人員，全過程參與了該試驗工程，本文亦是對該工藝的施工總結。

1、工程簡介

溫福鐵路是從浙江溫州到福建福州的高速鐵路，設計時速200KM，本試驗段在靠近福州市的連江縣進行，自DK275＋000～DK275＋400，共400m長，預應力管樁加固區段為310m，在DK275＋270的位置有一座灌溉涵，該涵洞的基底加固也采用管樁加固。其中φ400mm的樁有46根，φ500mm的樁有1307根，設計單樁允許承載力是900KN。樁的布設呈正方形布置，最小樁間距為2m，最大樁間距為3m。在正式施工前用了靜力壓樁機和柴油錘擊機各進行了8根工藝性試樁。

2、工程地質及水文概況

工點范圍均為第四系地層覆蓋，上部為全新統濱海灘涂—溺谷相沉積形成，底部粘土屬坡殘積成因，下伏基巖為燕山期凝灰巖、侵入巖，地下空隙潛水發育，埋深0～1m。地基土各層的巖性及主要物理力學指標分述如下：

(1)粉質黏土，褐黃~灰綠色，硬塑，局部夾少量礫石，表層0.4~0.6m為種植土，含植物根莖，該層厚0.4~2.1m，工點范圍部分分布。

(2)淤泥，淺灰色，流塑。手感細膩，分布均勻，含少量腐殖物，有機質含量2.8~7.9%，局部夾粉細砂透鏡體。由于地處臨海的山前平原，其橫、縱向分布隨基巖面起伏變化較大。具高壓縮性、低強度的特點，靈敏度標準值7.1，屬靈敏性粘性土。層厚10.5~19.7m。

(3)粉質黏土，褐黃色、灰綠色、淺灰等色，軟硬分布不均，海陸交互相成因夾粗砂、礫石、碎石土、淤泥質黏土等透鏡體，厚3.6～28m；

(3)-1～(3)-7淤泥質黏土，淺灰色，流塑，夾少量腐植物及貝殼，后0～6.0m；局部夾圓礫土，粗砂、粉砂、礫砂、碎石土透鏡體，灰色夾灰黃色，中密，飽和。

(4)花崗巖，全風化呈砂土狀，標貫擊數N＝25～50，厚>2m；

(5)凝灰巖，灰綠色或灰白色，全風化呈砂土狀，標貫擊數N＝16～35，厚>10m。

3、施工準備

3．1、施工便道

施工前的機械進場和施工過程中的管樁進場，都是通過施工便道進出，在其上行駛的都是重車，所以施工便道的承載能力要求較高。本工程施工便道底層用片石擠除原地面表層的淤泥，這樣便道日后就不會出現“彈簧土”，中層用隧道施工棄碴填筑，便道上層用2－4cm的碎石加石屑鋪筑。

材料使用上基本為材下粗上細，這樣既能保證便道的穩定，又能使便道表面平整，易于修整。施工便道要盡量取直，減少不必要的彎道。在施工區域內，便道應該在打樁范圍外，這樣樁機施工時就不會影響到便道的暢通，而且已施工好的管樁也不會被行駛車輛擠壓。

3．2、工作墊層

本試驗段的施工位置上原先為當地百姓的稻田，表層土為常年種植土，承載力差，而單臺靜力壓樁機加配重將會有三百多噸，所以必須在施工區域內鋪設工作墊層，提高地基地承載力，保證樁機施工時不會沉陷。一般要求工作墊層鋪設后，其承載力不少于100KPa。工作墊層的材料可以用隧道爆破時的棄碴，但是大塊片石不能使用，否則施工時易引起樁位的偏差。由于靜壓樁機的機體龐大，工作墊層的鋪設寬度要足夠，本次施工時以最外測樁加寬5米來控制工作墊層的鋪設寬度。

3．3、測量放樣

根據設計交付的導線資料，先進行導線點復測，經復核后根據施工圖紙和現場的施工情況，在距離Ⅰ道左側30m遠的位置，沿線路方向每隔25m設置一個控制點，該控制點作為樁位放樣時經緯儀的架鏡點和后視點。該控制點距離最邊緣管樁有18.8m，仍然存在擠土效應，所以每周都要用全站儀復核、校正一次控制點。

根據實際打樁線路圖，按施工區域劃分測量定位控制網，一般一個區域內根據每天施工進度放樣10～20個樁位，在樁位中心點地面上插入一支約30～40cm長的小竹片樁，并用紅油漆作好記號。并以工程樁位為中心用白灰按直徑大小畫一圓圈，以方便插樁和對中。對放出的軸線和樁位，經自檢后，請監理工程師進行復核檢查，在沉樁過程中，要經常對控制點進行復核，并作好定位記錄和技術復核記錄。

3．4、施工機具和管樁材料的選擇

本次施工采用靜壓和錘擊兩種工藝施工。靜壓樁機具有無噪音、無振動和無污染的優點。錘擊機具有嵌巖能力強的特點。

本次施工靜壓機采用YZY-750T，全液壓側夾式樁機。錘擊機采用滾管式行走的柴油錘樁機，錘型號為HD50型。所有施工機械均有檢測的合格證書。樁錘的選擇主要考慮柴油錘錘擊能量大，施工速度快，工效高，還有“重錘輕擊”的原則。

管樁采用建華管樁公司生產的PHC管樁，砼強度C80，嚴格按照《先張法預應力砼管樁》（GB13476-1999）制作,采用高壓高溫養護,單樁豎向承載力2820KN。

4、施工過程

4．1、靜力壓樁機

4．1．1、打樁過程

樁機進場安裝后，移至需要施打的位置，啟動平臺支腿油缸，調整水平。起吊預制樁，先拴好吊裝用的鋼絲繩及索具，啟動機器起吊預制樁，使樁尖垂直對準樁位中心，緩慢放下插入土中，當樁尖插入樁位，夾具抱緊管樁后，微微啟動壓樁油缸，當樁入土至50cm時，再次校正樁的垂直度和平臺的水平度，保證樁的縱橫雙向垂直偏差不得超標，然后啟動壓樁油缸，把樁徐徐壓下，控制施壓速度，一般不超過2m/min。下壓過程中做好記錄，詳細記錄每入土兩米時壓力表的壓力值。樁頭距地面一米左右時停止壓樁，吊機吊起另一節樁，開始接樁。接樁時新接樁節與原樁節的軸線一致，兩施焊面上的泥土、油污、鐵銹等要預先清刷干凈。上下樁節間的縫隙應用鐵墊片墊密焊牢，焊接時應采取措施對稱施焊，以減少焊縫變形引起節點彎曲。焊縫應連續、飽滿。接樁處的焊縫應自然冷卻不少于1min。接樁時在下節樁頭上安裝導向箍，以便新接樁節的引導就位。上節樁找正方向后，對稱點焊4—6點加以固定，然后拆除導向箍。管樁焊接施工應由有經驗的焊工按照技術規程的要求認真進行。接樁時，新接樁未固定前，也要用經緯儀在成90度夾角兩方向觀測垂直度，調整樁機水平。

4．1．2、停壓標準

本次試驗段φ40cm的管樁的終壓力取不少于2000KN，φ50cm管樁終壓力不少于2500KN，以硬塑粘土層或全風化基巖作為樁端持力層，達到要求后，還要穩壓三次，每次不少于2min。

4．2、錘擊機

4．2．1、打樁過程

由測量人員根據邊樁控制樁，用J2級經緯儀定位放樣后，在樁身上劃出以米為單位的長度標記，以便觀察樁的入土深度及記錄每米沉樁的錘擊數；第一節管樁起吊就位插入地面時的垂直度偏差不得大于0.5%，在兩個成90度的方向上同時觀測、校正；保證施工過程中，樁錘、樁帽和樁身的中心線應重合，否則管樁受到偏心錘打，容易發生受彎而折斷。焊接接樁時樁頭應高于地面0.5～1.0m，上下節樁段保持順直，錯位偏差不宜大于2mm。焊好的樁頭應自然冷卻后方可繼續錘擊，時間不少于8min，嚴禁用水冷卻或焊好即打；打樁時錘墊選用15cm厚直紋木墊，樁墊用麻袋、木夾板，壓縮后厚度12cm左右，錘擊過程中經常檢查及時更換；管樁的總錘擊數不宜大于2000，最后1m錘擊數不宜超過280；送樁前應檢查樁的垂直度；軟土層中施工，每根樁宜連續施打，停置時間不宜太長。

4．2．2、收錘標準

本次錘擊樁只施工了φ50cm的管樁，要求樁端進入硬塑粘土層或全風化基巖，最后3陣的貫入度要求在20～40mm，且在最后10擊的貫入度小于20mm的情況下收錘。

5、檢測結果

本試驗段PHC管樁施工后委托中科院武漢巖土力學研究所分別采用了靜載和小應變檢測，檢測按照《JGJ106－2003》標準進行。小應變檢測了133根，其中Ⅰ類樁占92％，Ⅱ類樁占8％，未發現Ⅲ、Ⅳ類樁。靜載采用慢速維持荷載法檢測了13根樁，最大荷載是1800KN（為設計單樁承載力的兩倍值），初級荷載360KN，然后按每級加載180KN進行；從Q-S曲線看，曲線平緩，無明顯陡降段，S-lgt曲線呈平緩規則排列，最大沉降量是27.61mm，單樁豎向極限承載力滿足要求。

6、施工體會

6．1、工作墊層材料的選用

工作墊層用來改善原有地表的承載力，使樁機施工時行走平穩，但又不能影響到后續施工。如果工作墊層的材料有較多的大塊片石，將會影響到管樁施工時的樁位和垂直度；但是粒徑過細的材料對于改善地表土為淤泥質土或常年種植土的承載力的效果不明顯，所以工作墊層材料的選用要恰當，材料粒徑可偏大，但不能出現大塊的片石。

6．2、管樁材料的堆放

管樁的堆放根據樁的規格、長度和使用先后及遠近進行堆放；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。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。

6．3、擠土效應

靜壓法施工預應力管樁屬于擠土類型，往往由于沉樁時使樁四周的土體結構受到擾動，改變了土體的應力狀態，產生擠土效應；樁機施工過程中焊接時間過長；樁的接頭較多而且焊接質量不好或樁端停歇在硬夾層；施工方法與施工順序不當，每天成樁數量太多、壓樁速率太快、布樁過多過密等，都會加劇擠土效應。也有可能是某一土層的不排水抗剪強度低、壓縮性高，樁在靜壓過程中，樁入土體使其產生沖剪破壞，同時對樁周圍土體進行排擠，孔隙水受此沖剪擠壓形成不均勻水頭，產生巨大的超孔隙水壓力，而上部雜填土層未做清理，使土體向上的應力無法釋放，加大了地基土的側向應力。本工程地處空曠地帶，在距離施工區域左側50m位置有一條小河，這成為天然的防擠溝，使得小河以外的居民房屋未受影響，而距離施工區域較近的邊樁在每周的復核中均發現有位移，但位移量不大。

擠土效應的防治具有重要意義，特別是在周圍有密集建筑的區域內施工。一般做法是先清除表層的雜填土，開挖防擠溝，設置應力釋放孔，合理地安排打樁順序，根據施工場地周圍環境和擠土程度，靜距離先施工，遠距離后施工，必要情況下還應控制每天的壓樁數量。如果允許管樁內腔涌入土體，使用開口型樁尖，也能有效地減小擠土效應。

6．4、終壓標準

PHC樁作為端承樁，停壓標準控制合理與否將直接影響到樁能否既達到設計承載力要求又不致被壓壞的效果。實踐證明：在樁材質量合格、沉樁正常的情況下，由于壓樁壓力而引起的樁身損壞多與停壓標準控制不合理有關。同時由于PHC樁具有脆性破壞和抗拉應力低的特性，當壓力較大，因樁機架配重不夠，而導致樁機抬架所產生的沖擊力極易使PHC樁產生裂縫或損壞，壓斷樁的情況也時有發生。因此，正確合理地控制停壓標準，是PHC樁施工的一項重要技術。PHC樁停壓標準的控制主要考慮以下兩方面：樁入土深度和壓樁力(貫入阻力)。施工時詳細了解工程地質情況及有關設計要求，正確掌握樁入土深度與貫入阻力的關系，一般情況以樁進入持力層且最后三次貫入阻力達1.8～2.0倍單樁設計承載力而累積下沉≤10mm時為停壓控制標準；但是施工中的終壓力值是根據在施工瞬間荷載作用下有土體側向約束的情況來確定的，因此終壓力可比兩倍的管樁單樁豎向承載力大。其受力方式接近于軸心受壓構件，終壓力可按下式近似取值：

P=（0.67R-σce）A0

R——砼立方體抗壓強度

σce——砼的有效預應力值

A0——PHC樁的橫截面積

本次施工兩倍單樁承載力為1800KN，實際控制中以達到2500KN以上的壓樁力做為停壓標準。按下列經驗公式，可由2500KN的終壓力來估算該樁的單樁承載力遠遠滿足設計要求：

Quk=αPp

Pp——終壓力（KN）

α——經過多個工程的靜載試驗值與壓樁終止值分析得出的經驗系數，根據土質情況取值在0.7～1.5。

6．5、樁頂位移

在施工過程中，相鄰的樁會產生橫向位移和樁身上浮。有如下原因：

網易a、樁入土后，遇到大塊堅硬障礙物，把樁尖擠向一側。

b、兩節樁或多節樁施工時，相接的兩樁不在同一軸線上，產生了曲折。

c、樁數較多，土飽和密實，樁間距較小，在沉樁時土被擠到極限密實度而向上隆起，相鄰的樁被浮起。

d、在軟土地基施工較密集的群樁時，由于沉樁引起的孔隙水壓力把相鄰的樁推向一側或浮起。

為了有效地減少樁頂位移，施工前應對樁位下的障礙物清理干凈，對樁構件要進行檢查，發現樁身彎曲超過規定（L/1000且≤20mm）或樁尖不在樁縱軸線上的不宜使用。在穩樁過程中，如發現樁不垂直應及時糾正，接樁時要保證上下兩節樁在同一軸線上，接頭處應嚴格按照操作要求執行。采用井點降水、砂井和盲溝等降水或排水措施。沉樁期間不得開挖基坑，需要沉樁完畢后相隔適當時間方可開挖，相隔時間應視具體地質情況、基坑開挖深度、面積、樁的密集程度及孔隙水壓力消散情況來確實，一般經驗認為宜兩周左右。

6．6、其它問題

a、施工中曾出現在相鄰兩根樁位置，地質情況差異較大的情況，導致送樁過深的問題。由于我們后續還要施工樁帽，對于送樁過深的管樁，施工樁帽時極其不易，容易引起相鄰的樁水平方向位移。筆者認為送樁深度不能超過兩米。

b、本次施工中錘擊樁機的管樁采用普通焊條焊接，而靜壓機采用二氧化碳氣體保護焊；從小應變檢測看，普通焊條焊接的接頭很明顯，焊接質量比二氧化碳氣體保護焊的差。建議今后的施工中管樁接頭焊接盡量采用二氧化碳氣體保護焊。

c、必須根據安全管理的有關規定建立健全項目的各有關管理制度，在項目內部落實安全管理責任制，建立考核制度，實施獎罰措施，以及樁機資質及特種作業上崗證等必須齊全。除此之外，還必須注意以下幾個事項：

1．起重機作業前，應對轉動部位進行潤滑，檢查部件緊固程度，鋼絲繩是否磨損。

2．起重臂下嚴禁站人，重物停在空中時駕駛員不得離開操作室。

3．起重范圍不得超過起重性能規定的指標，起重機吊樁進入夾持機構，壓樁開始之前，必須在起重機、卷揚機構放松起吊的鋼絲繩、吊鉤脫離后方可壓樁，以免拉斷鋼絲繩和拉彎起重機吊臂。

4．接樁時焊接用的各種氣瓶應作標識，氣瓶要距離明火點10m以上，氣瓶間距必須大于5m，氣瓶必須加防震圈和防護帽，氣瓶使用和存放時嚴禁平放或倒放。

5．停止作業時，短履需運行到樁機中間位置，停落在平整地面上，其余油缸回程縮進。切斷電源，操作人員方可離開樁機。

6．施工完畢的樁的樁頭上面要加蓋，以防行人或雜物等掉陷。

7、結束語

PHC樁的單位承載力造價是各種樁型中較低的，且綜合經濟效益指標也好于其他樁型。通過本試驗段的施工，我們這種樁的施工工藝有了較為深入的理解。本文所述的施工經驗，只是拋磚引玉，供各位同仁參考。

隨著PHC管樁的廣泛應用和發展，以及人們對它的理論研究和工程實踐的不斷積累，PHC樁的施工技術會不斷得到提高。（公務員之家整理）