预应力混凝土管桩在高速公路软土路基中技术应用
摘要：文章结合工程案例，分析了预应力混凝土管桩在实际工程中应用，阐述了其在施工过程中应注意的问题，并提出解决建议。
关键词：预应力混凝土管桩，软土路基，质量控制
1、 前言
2010年福建省高速公路建设目标基本拟定：总投资计划从去年的300亿元增加到400亿元，建成通车5个项目，续建25条，开工建设10条；根据福建省交通运输厅规划，预计到2015年省内高速公路里程将达到5000KM，2012年公路里程达到3000KM，在未来几年还将规划建设2000KM。福建省做为沿海省份，地质条件复杂多样，公路建设时常遭遇不同路基情况，软土地基是经常遇到的形式之一。省内某段高速公路全程200多KM，双向6车道，宽24m,按照原计划设计，公路路基采用碎石桩处理方案,经专家现场试验,不能达到设计要求，后改为预应力混凝土管桩方案,结果表明预应力混凝土管桩能显著提高公路地基的承载力，满足设计标准和要求。
2、 公路软土地基处理方案
公路工程某标段因上跨铁路,其分离式立交桥桥头最大填土高度14m,其他地段填土高度也在4m以上。地基处理要求挖除旧边沟并回填到原地面标高,回填压实度达到91%以上,使用预应力混凝土薄壁管桩进行地基处理。管桩直径为Φ40cm,壁厚6cm,混凝土强度为C60,承载力标准值600～900kN。根据路基填土高度及地质情况使用不同的桩长,设计桩长最大为24m,最小为6m。预制管桩按标准长度成桩,成桩长度分为6m、7m、8m、9m和10m共5种规格,长桩可通过多桩进行组合,接长采用焊接法接桩。桩位平面按梅花形布置,每侧加宽路基设4排桩,桩间距为2.7m,桩顶现浇混凝土桩帽,混凝土强度为C20,桩帽尺寸为:长100cm,宽100cm,高30cm。桩帽内设置Φ16mm钢筋网片,间距为10cm,并通过连接钢筋与预应力混凝土管桩钢端帽焊接牢固。桩帽上部铺设30f碎石垫层,垫层中部设置单层双向高强钢塑土工格栅,二者形成复合地基。
3、 施工技术要求
3.1施工工艺流程
预应力混凝土管桩的施工工艺流程为:测量定位→布桩→桩机就位→吊装管桩→管桩对中调直→静压管桩→接桩(如果需要)并检查焊接情况→静压管桩→送桩到位后终止压桩→桩质量检验→开挖桩帽基坑并检验→桩帽钢筋网片加工、安装→浇注桩帽混凝土→养生。
3.2技术要求
(1)管桩的运输与吊装。管桩运输时必须使用平板车辆,采用钢制弧形托架叠放且≯5层,并用钢丝绳捆绑固定,管桩的悬臂长度≯1.5m。选择平整场地堆放,堆放高度应≯3层。吊装时采用两端起吊法。
(2)压桩。用钢丝绳捆绑桩身单点起吊,平稳移入桩机,桩机调平并与设计桩位对中,然后进行桩体垂直度检验,保证桩体垂直度偏差≯1%桩长。压桩时液压抱桩器的握桩力应控制在8～12kPa范围内,防止握力过大造成爆桩,压桩速度应≯1.0m/min,保持连续匀速压桩一次到位。如果发现压桩过程中桩体偏心,应随时进行垂直度调整,发现进桩困难时应放慢压桩速度。
(3)接桩与焊接。当管桩需要接长时,可在桩头露出地面50cm左右时使用电弧焊机进行桩端焊接,上下桩头保持顺直,其错位误差应≯3mm。焊接前用钢丝刷对两节管桩钢端帽进行清洁,使钢端帽结合处露出金属光泽。先在坡口处点焊4～6个点,待上下节管桩固定后拆除导向箍对称焊接,内层焊渣清理干净后方可进行外层焊接,要求焊缝饱满连续,焊缝自然冷却8～10min后方可继续压桩,禁止使用冷水冷却或者焊好后立即压桩。
(4)压桩顺序。遵循“先长桩、后短桩,先边桩、后中桩”的原则进行。
(5)现场记录。压桩施工时,应由专人做好施工记录或开启自动记录设备,管桩的施工现场记录是检查管桩施工质量的重要依据之一。
4、 施工注意事项
4.1严格控制压桩速度,一般以1m/min左右为宜。当遇到大块障碍物影响压桩时,应降低压桩速度,避免桩体出现偏位现象。
4.2应采用液压式静压机压桩,严禁使用锤击式打桩机压桩。因为锤击式打桩机落锤瞬间的冲击力较大,会破坏原有路基的稳定。特别是路基含水量较大时,连续多次的冲击振动会使路基土发生液化,在路面荷载的作用下使路基产生滑动,造成原有路基及路面的开裂,严重时导致原有路基滑坡。
4.3管桩施工完毕,若有高出地面的桩头应予以保护,严禁施工机械碰撞。需要凿除多余桩头时,可用人工一点点地凿除,禁止用重锤猛烈敲击。
5、 管桩质量控制
5.1混凝土预应力管桩质量
必须对进场管桩进行外观检查、尺寸检查和抗裂性检验。检查管桩是否有裂缝,端部平面是否倾斜,外径、壁厚和桩身弯曲是否符合规范要求;检查管桩的产品质量保证书、合格证、检验报告等是否齐全。
5.2严格按批准的施工方案组织施工,施工方案要措施合理,施工流程清晰。
5.3定期检查静压管桩机械传感设备是否完好,根据地质情况及时调整压桩机的配重质量,保证桩机配重与管桩的设计承载力相适应。
5.4垂直度控制
压桩现场必须配备专用测量仪器,用2台经纬仪、夹角90°进行垂直度监测,发现管桩垂直度不符合要求时应及时纠正。
5.5在压桩过程中如果遇到硬土层或大石块时不能用力过猛,应降低压桩速度进行压桩。
6、 常见问题及防治措施
6.1桩身断裂
在压入管桩的过程中,如果桩身突然错位,出现回弹现象,则可能发生桩身断裂。主要有以下原因:
(1)桩身出现较大弯曲,在集中荷载的作用下,桩身受拉侧混凝土被拉坏。
(2)当压应力大于混凝土抗压强度时,桩身混凝土被压坏。
(3)管桩在堆放、运输过程中产生裂纹或断裂。
(4)管桩本身存在质量问题。
防治建议：加强对管桩的进场检验,确保进场管桩质量合格率100%；重视管桩的堆放、场内运输及吊装；在压桩过程中加强过程控制,发现异常情况及时处理，一旦发生桩身断裂事故,应补压管桩。
6.2压桩达不到设计要求
(1)压桩区地质结构变化幅度大,局部出现浅层障碍物或强硬持力层。
(2)地质勘探时布点不合理,勘探资料不齐全,考虑地下持力层位置有误。如果这种情况发生的区域较大,可由设计单位对地质情况补充勘探,重新设计桩长。
6．3桩顶位移
在压桩过程中,相邻管桩产生横向位移或桩体上升现象。主要有以下原因:
(1)压桩使桩身四周土体结构受到扰动,改变了土体原有的应力状态,产生了挤土效应。
(2)地下土层饱和密实,桩间距过小。
(3)压桩时土体被挤到极限密实度而向上隆起,相邻桩一起被涌起。
(4)在软土地质路段压桩时,压桩引起的土压力将相邻的桩推向一侧或涌起。
防治建议：根据土质情况调整压桩顺序,采取间隔跳打法压桩；调整桩间距,控制压桩速度；压桩期间不得同时开挖附近结构物基坑。
6.4桩身倾斜
(1)施工场地不平整,地基发生下沉导致压桩机本身倾斜。
(2)静压打桩机械维修不及时,导致桩机失稳。
(3)稳桩时桩不垂直,送桩器、桩帽及桩身不在一条垂线上。
防治建议：压桩前必须进行地基处理和整平工作,严格控制桩身垂直度,施工时可在打桩机行走路线上加垫方木等物,以保持打桩机平稳。
7、 总结语
高速公路工程建设路基质量控制的关键在于减小路基的不均匀沉降。预应力混凝土管桩在软弱地基处理方面具有明显的优势,在实际应用时,应结合工程的实际情况,优化施工方案,加强施工过程的监督管理,才能保证施工质量,打造精品工程。
