預制混凝土管樁在路基軟基處理中的應用

【摘要：】文章結合廣西賀州至巴馬高速公路（象州至來賓段）K230+520～K230+880段填土路基基底錳礦尾礦軟基處理工程實例，介紹了預應力預制混凝土管樁在軟基處理中的設計與施工方法，并通過全數(shù)量管樁施工質量檢測，驗證了此預應力預制管樁處理方法可很好地解決路基基底承載力不足以及軟土地層填方路基的沉降問題，為軟土地層地基處理提供參考。

【關鍵詞：】預應力混凝土;管樁;錘擊;沉樁;軟基

U416.1A120383

0 引言

隨著我國經(jīng)濟高速增長，全國公路建設迅猛，且日益重視保護農(nóng)用耕地和生態(tài)環(huán)境。隨著廣西公路建設的發(fā)展，新建設的公路選線不可避免地要穿越一些不良地質環(huán)境，軟基是較為普遍的一種，若對軟基的處理方式不妥當，會導致路基沉降、路面變形開裂，影響行車安全及舒適度。此外，對路基、路面的返工返修施工復雜、工期長、耗費成本大，且可能影響正常通車，帶來不良影響。本文以廣西賀州至巴馬高速公路（象州至來賓段）K230+520～K230+880段填方路基基底錳礦尾礦軟基處理實踐為例，詳細闡述了預應力預制混凝土管樁處理錳礦尾礦軟基的設計參數(shù)、施工方法及要點。

1 工程概況

廣西賀州至巴馬高速公路（象州至來賓段）K230+520～K230+880段為整體式填方路基，整體式路基頂部寬度為26.5 m，路基填筑高度約為8 m。該段填方路基基底為深度約17 m的松散堆積錳礦尾礦，尾礦往下為全風化硬質巖，設計為沉入預應力預制混凝土管樁對基底錳礦尾礦軟基處理。

2 預制管樁設計參數(shù)

K230+520～K230+880段填方路基基底錳礦尾礦軟基處理使用的預應力預制混凝土管樁樁身混凝土強度為C60，長度為20 m，樁橫縱向間距為2.2 m。管樁外直徑為0.4 m，內(nèi)直徑為0.28 m，管樁壁厚0.06 m。樁頂設計有C30預制鋼筋混凝土樁帽，樁帽間鋪設一層厚度0.3 cm的砂墊層，樁帽頂鋪筑最大粒徑<50 mm的級配碎石墊層，碎石墊層厚度為0.3 cm，鋪筑至填方路基坡腳外1 m的位置，并用厚度0.3 m的黏土對砂墊層和碎石墊層進行封層。在路基坡腳的位置設泄水管，泄水管的入水口設置包裹有土工布的碎石反濾層。為增強路基整體性，在碎石墊層頂部和底部各鋪設一層插接整體式土工格室。預應力預制混凝土管樁橫斷面示意圖見圖1[1]。預制樁與樁帽連接示意圖見圖2。

3 施工方法

本工程使用的預應力預制混凝土管樁在資質滿足要求的樁廠統(tǒng)一集中預制，達到設計強度后，由平板拖車運輸至沉樁現(xiàn)場堆放。預制管樁采用錘擊法沉樁施工，打樁機選用三點支撐自行履帶式柴油打樁機，柴油錘選用筒式柴油錘。每根預制管樁由兩節(jié)段組成，每節(jié)段長度為10 m，節(jié)段之間采用焊接對接。

4 施工工藝流程

施工準備→平整場地→樁位放樣→打樁機就位→吊樁插樁→錘擊沉樁→焊接接樁→繼續(xù)錘擊沉樁→最后階段錘擊沉樁→樁基檢測。

5 測量放線定樁位

根據(jù)設計圖紙計算各個樁中心的水準點和坐標點，然后利用全站儀進行精確測量放出樁位后，在樁位中心打入鋼筋頭，鋼筋頭上綁扎紅袋子或紅繩等作為標記，施工時根據(jù)紅繩即可找到精確的樁位，以防止錯打、漏打。在打樁前，用石灰粉在樁位按樁徑的大小鋪撒一個圓圈，以便管樁精準對正樁位插入地層。在打樁過程中，管樁會擠壓周邊地層，造成地層位移，因此在每根管樁打樁前均需對樁位進行測量復核。

預制混凝土管樁在路基軟基處理中的應用/陳信朋

6 預制管樁的堆放、吊裝

預制管樁存放場地要求平整堅實、不得產(chǎn)生不均勻沉降，且場地應設置有良好的防排水設施?，F(xiàn)場管樁存放采用兩支點墊放，支點位置設于距管樁節(jié)段端頭0.21倍管樁節(jié)段長度處;在支點位置放置長方木或枕木等墊木，將管樁放置在墊木上，堆疊層數(shù)≤3層，且堆疊的管樁通過墊木支點傳遞給地面的力要滿足不大于地基承載力的要求;堆放過程中要采用可靠的防滑、防滾等安全措施。管樁的吊裝可采用兩點吊或兩頭鉤吊法，其中采用兩點吊時，吊點的位置和堆放支點的位置一致。管樁吊裝時，吊繩與管樁的夾角盡可能大，夾角最小應≥45°。

7 預制管樁沉樁施工

（1）預制管樁沉樁施工前要進行試樁，選擇在附近有鉆探資料的位置，最好能選有地質鉆孔的位置試樁。試樁的規(guī)格與工程樁一致，試樁后進行單樁承載力和復合地基承載力檢測。設計單樁承載力特征值為500 kN，復合地基承載力≥150 kPa，以確定是否需要調(diào)整收錘標準。預制管樁施工完畢后，預制管樁樁頭的高差應<15 cm。

（2）錘擊沉樁時，土體會受錘擊打入的管樁擠密作用，先沉入的樁易受土體水平推擠，造成偏移、變位或被垂直搓擠造成浮樁，而后沉入的樁常出現(xiàn)難以打到樁底設計標高以致截樁過大的現(xiàn)象。因此在群樁施工時，為了保證沉樁的進度和質量，避免沉樁周圍的結構破壞，打樁前應考慮樁的密集程度、樁的規(guī)格、長短和打樁機移動便捷等因素，選擇適當?shù)拇驑俄樞?。K230+520～K230+880段管樁施工平面大、樁距小、根數(shù)多，沉樁順序選擇由中間向兩端或四周打樁。

（3）打樁機進場前要對已平整的施工場地進行試壓，施工場地的地基承載力要滿足要求，以確保打樁機施工及移動過程中不出現(xiàn)沉陷[2]。對于局部地基承載力不能滿足要求的軟弱部位可采用鋪墊整塊鋼板進行作業(yè)。打樁機進場后，檢查設備能否正常、安全運轉，檢查各儀器儀表與部件是否齊全且靈敏有效，按照已確定的打樁順序，移動調(diào)整打樁機，將打樁機對位、調(diào)直、調(diào)平。

（4）起吊預應力管樁，先在準備起吊的管樁上拴好鋼絲繩及索具，鋼絲繩及索具的選用要經(jīng)過計算，各項指標須驗算合格。插樁、接樁中的管樁起吊，可采用一點法吊樁，吊樁吊點位置在距離樁頭0.21倍樁長處[3]。啟動汽車吊起吊管樁，使樁底垂直對準樁位，緩緩下放管樁，將管樁插入地面，插樁位置要準確。隨后在樁頂扣好樁帽或樁箍，扣好后卸除索具。將樁錘壓著插入地面的管樁，靠樁錘的自重將管樁壓入地面下30～50 cm，再用全站儀或線墜對管樁進行雙向校正，使管樁垂直穩(wěn)定。管樁插入地面時，管樁的垂直度偏差要求控制在0.5%以內(nèi)。管樁在打入前，為便于在沉樁中觀測、記錄相關數(shù)據(jù)，在樁的側面設置標尺。

（5）沉樁開始時，采用較低落距錘擊管樁，錘擊過程采用重錘低擊，且樁錘、送樁與樁保持在同一軸線上。錘擊沉樁時，樁身傾斜率要嚴格控制，及時糾偏，傾斜率不得超過0.8%。沉樁過程有貫入度劇變、樁身嚴重回彈或突然傾倒、移位、樁身開裂、樁頂出現(xiàn)嚴重裂縫、破碎等情況發(fā)生時，要立即暫停沉樁，待分析查明原因，采取有效措施處置后方能繼續(xù)沉樁作業(yè)。根據(jù)地勘資料，K230+520～K230+880段預應力預制管樁的樁端持力層為硬質土或巖，根據(jù)施工規(guī)范要求以貫入度來控制錘擊沉樁，當沉樁的貫入度達到控制貫入度要求，而樁底端未能達到設計標高時，進入最后一階段錘擊貫入100 mm或錘擊30～50擊，其平均貫入度不能大于控制貫入度，且樁底端距離設計樁底高程要<3 m，若超過上述規(guī)定，則應聯(lián)系各方參建單位研究處理。

（6）管樁的節(jié)段對接采用焊接連接。在上一節(jié)段管樁露出地面的樁頭在≥50 cm時，即進行下一節(jié)段管樁吊樁、對接、焊接。上下節(jié)段管樁接樁應順直，嚴格控制上下節(jié)段管樁接頭的錯位，偏差值≤2 mm。對接焊接前，用鐵刷子將管樁對接面的上下端板表面清刷干凈，焊接坡口處要清刷至露出金屬光澤，以確保焊接質量。安排兩個焊工對管樁接頭進行對稱施焊，焊接層數(shù)不得少于兩層，外層施焊必須在內(nèi)層焊渣清理干凈后進行，焊縫要求連續(xù)、飽滿，焊好后的管樁要自然冷卻>8 min，不得焊好即打或用水冷卻。當管樁未能達到設計樁底標高，樁頭露出地面過長時，需要采用鋸樁器進行截樁處理。

8 施工控制要點

管樁運輸?shù)竭_施工現(xiàn)場后，應進行嚴格檢查驗收，檢查合格后才允許使用。支墊管樁的墊木位置要準確，同一層墊木應保持同一平面，不同層間墊木應材質一致，且上下對齊。管樁混凝土澆筑完成后及時進行養(yǎng)護，確保養(yǎng)護齡期結束后樁身混凝土強度要達到設計要求才能進行錘擊沉樁。沉樁過程中要對入土深度、樁頂標高、最后貫入度、樁錘落距、錘擊數(shù)等施工參數(shù)做好記錄。施工后以復合地基荷載試驗檢測為主要方式。管樁頂路基填筑時，在樁帽頂上0.5 m的高度范圍內(nèi)使用小型壓路機碾壓，以避免大型壓路機碾壓破壞樁頭。

9 檢測驗收

本工程預制混凝土管樁依據(jù)相關規(guī)范規(guī)定進行了全數(shù)量管樁施工質量檢測，檢測內(nèi)容包括低應變法檢測樁身完整性、堆載法檢測單樁豎向抗壓承載力和復合地基豎向抗壓承載力等三項。經(jīng)檢測：樁身完整性檢測全部管樁為Ⅰ類樁，單樁豎向抗壓承載力檢測的實測承載力特征值為500 kN，復合地基豎向抗壓承載力檢測的實測承載力特征值為150 kPa，均滿足規(guī)范與設計要求。

10 結語

廣西賀州至巴馬高速公路（象州至來賓段）K230+520～K230+880段填土路基基底為錳礦尾礦軟基，通過打入預應力預制混凝土管樁進行處理。該段路基填土后經(jīng)過了半年時間的觀測，路基沉降在允許范圍內(nèi)，表明預應力預制混凝土管樁能很好地處理20 m深的軟基，后期計劃將預應力預制混凝土管樁運用到更深層的軟基處理中，并對施工工藝及參數(shù)進行完善總結。

參考文獻：

[1]廣西交通設計集團有限公司.廣西賀州至巴馬高速公路（象州至來賓段）兩階段施工圖設計特殊路基設計圖（預應力預制混凝土管樁）[Z].2020.

[2]JTG/T 3650-2020，公路橋涵施工技術規(guī)范[S].

[3]JGJ 94-2008，建筑樁基技術規(guī)范[S].