预应力管桩在软土地基处理中的应用

裴凤山

1 工程概况

客运专线甬台温铁路贯穿浙江省经济发达的宁波、台州、温州三市，北起浙江省宁波市，南至温州。沿线地质构造复杂，断裂构造十分发育，辅有平缓的褶皱和盆地构造，主岩体为:凝灰岩、流纹岩、花岗岩等。本线途经海相沉积地区，软基一般厚达30 m～45 m，局部地段厚达70 m，且大量分布卵砾石和硬塑状黏土夹层、透镜体，工程性质之差及处理难度位列全国之最。

我部施工的Ⅰ标段DK10+617.21～DK12+923.32浸水及软土地基路堤地基设计采用PC500-A型预应力混凝土管桩加固，桩长40 m～45 m，桩间距2.5 m，桩顶设置0.5 m厚碎石垫层，并于其间铺设一层10 cm高强度双向土工格室。

2 施工准备

2.1 机具选择

根据施工方法结合实际现场情况，选择桩机与桩锤。选择桩锤时，必须充分考虑管桩，必须对桩的重量、入土深度、地层岩(土)分布、厚度作综合分析，再按照桩锤的特性进行选择的设计长度及地质情况与施工成本，并掌握各种锤的锤型和锤级(锤重)特性。桩锤的夯击能量必须克服桩的贯入阻力，包括克服桩尖阻力、桩侧摩阻力和桩的回弹产生的能量损失等。锤重与桩重比必须相适应，一般情况下锤重与桩重比越大，打桩的效率也越高。如果桩锤的能量不能满足上述要求，则会引起桩头部的损坏，难以将桩送到设计标高。但当用大型锤打小断面的桩时，也会使桩产生纵向压曲或局部破坏。鉴于本工程现场实际情况和设计要求，我们采用锤击法沉桩。锤击法打桩机选用三点支撑滚管自行式柴油打桩机，锤型为DD-45柴油锤，冲击部分重4.5 t，总锤重9.6 t，冲击力4 000 kN～5 000 kN。

2.2 平整场地

由于在淤泥质土层上施工，稳定性差，桩机自重大，振动力强，与地面接触面小，在施工中容易扰动土质造成桩机沉陷倾斜。为了防止施工中出现这种现象，提高地基承载力，应将原场地平整，铺上不小于50 cm厚的工作垫层，工作垫层的材料可以用粒径不大于10 cm弃碴，但是大块片石不能使用，否则施工时易引起桩位的偏差。

2.3 桩位放样

桩位放样时应根据设计要求及现场实际情况，确定打桩方案，按每台施工区域划分测量定位控制网，一般一个区域内根据每台桩机每天施工进度放样10个～20个桩位，在桩位中心点用木桩打入地面，再在木桩上将桩中心点放出，用生石灰线按桩径大小圈定，以方便插桩和对中。沿线路方向每隔25 m设置一个水准控制点，与桩机应保持一定距离防止扰动。该控制点作为管桩标高的控制点，每周都要用全站仪复核、校正一次控制点的位置和标高。

2.4 检验性试桩

试桩主要是为了解桩的承载力、持力层的强度、桩的贯入度。在正式开工前根据设计的桩规格、长度及承载力要求，结合地质条件进行试打桩，通过试打桩取得正式施打所需的有关控制数据及确定施工工艺，尤其是停止沉桩的控制标准及最终贯入度的取值。试打桩应符合以下要求:1)试打桩的规格、长度及地质条件应有代表性。2)试打条件应与设计桩一致。3)宜采用高低应变动载测法配合测试，或进行静载试验对桩的承载力，完整性进行检测。

3 施工工艺及过程

3.1 施工工艺流程

施工工艺流程见图1。

3.2 施工过程

1)桩机就位。桩机设备进场后，先进行安装调试，然后移至桩位处就位，安装就位后应垂直平稳。在桩机移至桩位对中后，用两台经纬仪对桩机进行垂直度调正，使导杆垂直，打桩期间经常检查，随时保证导杆的垂直度。

2)吊桩。起吊前在桩身上划出以米为单位的长度标记，以便沉桩过程中记录每米锤击数。利用桩机自身携带的卷扬机具将管桩拖拉就位并起吊，将桩吊起后，将管桩准确对中桩位后，再用两台经纬仪(互成90°)双向调整管桩的垂直度，通过桩机导架的旋转、滑动及停留进行调整;插入时的垂直度偏差不得超过0.5%，确保位置及垂直度符合要求。第一节管桩(底桩)的对中调直对成桩的垂直度起到关键作用，调直可防止偏心锤击。如管桩发生偏斜，将桩拉起修正或者拔起再重新对中。当桩对中完毕后利用桩锤的自重将桩压入土中。

3)锤击沉桩。在开始锤击作业时，宜用低能量、低冲程或空锤锤击3击～5击，在确认桩身贯入方向无异常时，方可连续锤击。打桩初期，如桩发生偏斜，将桩拉起修正或者拔起再重打。施打过程中，用两个方向的经纬仪监控管桩垂直度，使得桩锤与桩帽和桩身的中心线应重合。

4)接桩。管桩接桩采用桩端板焊接法。当下节桩的桩头距地面1.0 m～1.5 m时，即可进行焊接接桩。接桩前应先将下节桩的接头处清理干净，用钢丝刷将坡口处泥土、油污、铁锈等清刷干净。在下节桩头上安装导向箍，以便快速对中定位。焊接时，先在坡口周围对称点焊4点～6点，然后由两个焊工对称进行。施焊第一层时，宜适当加大电流，加大熔深。焊接层数为3道，焊缝宽度不低于10 mm，焊缝高度不低于8 mm，其外观质量应符合二级焊缝要求。焊好后的桩接头应自然冷却后方可继续沉桩，自然冷却时间不小于10 min，不得用水冷却和焊好即沉。接桩外观质量要求:接桩时上下节管桩应保持顺直，错位偏差不大于2 mm，桩节弯曲矢高不得大于桩长的0.1%，且不得大于20 mm。

5)送桩。如设计标高低于原地面标高，则借助送桩器将管桩打到地面下设计标高。

6)收锤标准。收锤标准的确定因素较多，根据设计参数、地质条件及工程实践经验等因素结合起来确定。主要是抓住关键性控制指标:最后贯入度、最后1 m锤击数、进入持力层深度等要素，才能保证桩达到设计要求。本工程按设计要求，桩类型为摩擦桩，以满足设计有效桩长为主结合贯入度控制的原则收锤。确定管桩端地层符合设计时，最后贯入度不宜小于20 mm/10击;当持力层为基岩风化层时，最后贯入度可适当减少，但不宜小于20 mm/10击。

7)沉桩过程记录。打桩过程中应认真详细的记录接桩、施焊等各种作业时间、每打入1 m的锤击数、全桩总的锤击数、最后10击的平均贯入度和最后1 m的锤击数等。每一根桩的沉桩过程记录是施工过程中的真实反映和历史记录，是反映工程内在质量与管理水平的主要凭证。

3.3 施工注意事项

1)施工前根据周围地形和设计桩位布置，合理安排沉桩施工顺序，原则上要求先里后外，由中心向两侧对称施工。2)严格控制管桩特别是第一节桩的垂直度，如管桩发生偏斜，将桩拉起修正或者拔起再重新对中。3)沿线路方向每隔25 m设置一个水准点作为管桩的标高，对控制点要定期进行复核。4)为保证土工格室受力均匀，碎石填料直径不得大于50 mm，土工格室严禁用利器划割。5)严禁碾压及运输等设备直接在土工格室上碾压或行走作业。

4 几点体会

1)先打桩后开挖应考虑对称均匀，如在中间开挖把土堆在周围就会造成四周和中心的土体高差悬殊，同时超孔隙水压及振动会使基坑四周的管桩倾斜或折断，所以应因地制宜合理制定基坑开挖方案是必不可少的。

2)合理的选择锤型，桩锤对桩头的锤击速度越快，在桩身上产生的应力波强度也越高，即打桩应力与锤击速度成正比，所以为降低锤击应力并保持较好的贯入度，采用较重的桩锤和较低的速度施打，效果良好。

3)地质情况复杂的淤泥、淤泥质土和黏性土路基加固处理中容易造成桩后管桩位移。选择合理的打桩施工顺序，能减小管桩的侧向位移。对构筑物基础两侧的管桩，遵循“对称施工”的原则，施工过程中，每天监测固定的基准点的变化，并对监测数据进行分析，确保基础内挤压应力的平衡。

［1］ 张卫东.预应力混凝土管桩在梁场场建中的应用［J］.山西建筑，2010，36(16)：92-93.