高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力管樁（PHC）在某高速公路的應(yīng)用

藺爭艷

（山西省交通建設(shè)工程監(jiān)理總公司，山西 太原 030012）

近年來PHC預(yù)應(yīng)力管樁在高速公路軟基處理中得到了大面積的推廣應(yīng)用，其特點(diǎn)具有混凝土強(qiáng)度高、單樁豎向承載力高、施工進(jìn)度快等優(yōu)點(diǎn)，在某高速公路預(yù)應(yīng)力管樁（PHC）得到大面積的應(yīng)用。

1 工程概況及地質(zhì)水文氣候條件

1.1 工程概況

某高速公路合同段軟基采用預(yù)制管樁+等載預(yù)壓方法進(jìn)行處置。預(yù)應(yīng)力管樁采用預(yù)制預(yù)應(yīng)力PHC樁，外徑為30 cm，壁厚不小于7 cm，管樁離心混凝土強(qiáng)度為C80。樁頂托板采用C25鋼筋混凝土，尺寸為長×寬×厚（1.2 m×1.2 m×0.35 m）。管樁沿線路方向矩形布置，間距為2.2 m和1.8 m兩種，管樁樁長為15～25 m（最終樁長由試樁確定）。樁間距為1.8 m的管樁，樁間均須打設(shè)袋裝砂井做為豎向排水體，砂井設(shè)置在4根樁形成的矩形中心處。預(yù)制管樁頂面鋪設(shè)一層0.35 m厚砂墊層和一層0.3 m厚碎石墊層。

1.2 工程地質(zhì)水文、氣候條件

線路處于東南沿海丘陵區(qū)，以丘陵為主，局部為平原。低山-丘陵區(qū)主要分布于線路兩端，兩端較陡；平原區(qū)地形平坦、開闊，農(nóng)田密布，河網(wǎng)及地表水系較為密集，第四系覆蓋層相對(duì)較厚。段內(nèi)屬南亞熱帶季風(fēng)氣候，為華南沿海臺(tái)風(fēng)區(qū)。年平均氣溫在21.1℃～21.8℃；年平均降雨量1 350.9～2 143.8 mm。

2 施工工藝及質(zhì)量控制措施

軟基處理方式為高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力PHC管樁。大規(guī)模施工前進(jìn)行工藝試樁及實(shí)打。管樁機(jī)選用三點(diǎn)支撐滾筒自行式柴油打樁機(jī)，選擇60號(hào)筒式柴油錘，采用錘擊法施工，管樁施工時(shí)由中線向路基外側(cè)隔樁跳打。

2.1 工藝試樁以確定樁長，驗(yàn)證機(jī)械適宜性2.1.1 試樁要點(diǎn)

a）試樁按不少于工程總量1%且不少于3根實(shí)施；每20 m一個(gè)斷面，每個(gè)斷面2～3個(gè)點(diǎn)（縱、橫向）。利用工程樁進(jìn)行試樁，至少有一孔在控制性勘探孔附近。試樁樁長按地質(zhì)勘察資料預(yù)估樁長再加2～3 m作為配樁長度。

b）記錄每米沉樁錘擊數(shù)，最后不足1 m的樁長記錄具體長度的沉樁錘擊數(shù)。

c）樁尖進(jìn)入硬土層不少于2～3 m。

d）在沉樁過程中觀測(cè)樁周圍4 m內(nèi)地表隆起量。

2.1.2 樁長確定

樁端滿足設(shè)計(jì)進(jìn)入持力層；指定樁端持力層的管樁，應(yīng)以收錘標(biāo)準(zhǔn)控制樁長。

2.1.3 收錘標(biāo)準(zhǔn)

收錘標(biāo)準(zhǔn)結(jié)合工程地質(zhì)條件、樁承載性狀、樁尖進(jìn)入持力層深度等因素綜合考慮。收錘標(biāo)準(zhǔn)采取雙控原則，以進(jìn)入樁端持力層3 m、最后貫入度小于80 cm/10擊為準(zhǔn)，打至設(shè)計(jì)樁長滿足收錘標(biāo)準(zhǔn)并滿足單樁承載力和復(fù)合地基承載力要求。打樁的貫入度量測(cè)應(yīng)在下列條件下進(jìn)行。

a）樁頭和樁身完好。

b）柴油錘油門設(shè)在1～2擋且跳動(dòng)正常；液壓錘落距為80 cm且跳動(dòng)正常。

c）樁錘、樁帽、樁身及送樁器中心線重合。

d）樁帽及送樁器套筒內(nèi)襯墊厚度符合規(guī)范規(guī)定。

e）打樁結(jié)束前即刻測(cè)定，不得間隔較長時(shí)間后再量測(cè)。

2.1.4 管樁大規(guī)模施工依據(jù)

通過記錄各試樁入土深度、每米錘擊數(shù)、最后三陣（每十擊為一陣）貫入度和樁錘落距等確定相關(guān)參數(shù)及樁長、機(jī)械適宜性，做好試樁總結(jié)報(bào)告，作為管樁大規(guī)模施工的依據(jù)。

2.2 通過實(shí)踐得出管樁施工重點(diǎn)控制

a）建立完善的質(zhì)量檢驗(yàn)體系，做好圖紙會(huì)審和技術(shù)交底工作，并做到分工合理、責(zé)任明確。

b）從源頭抓起。預(yù)制管樁進(jìn)場(chǎng)經(jīng)檢查合格后方可使用，嚴(yán)禁使用已經(jīng)損壞或存在質(zhì)量問題的管樁；管樁堆放場(chǎng)地要平整堅(jiān)實(shí)且具有一定的承載能力；管樁疊層堆放時(shí)，在兩端設(shè)置墊木；避免管樁在運(yùn)輸及吊裝過程中產(chǎn)生裂縫或破損。

c）施工場(chǎng)地平整密實(shí)，排水通暢，坡度不大于1%，地面承壓能力滿足打樁機(jī)穩(wěn)定的要求。

d）打樁機(jī)選用三點(diǎn)支撐履帶自行式柴油打樁機(jī)，樁架穩(wěn)定并與所掛柴油錘相匹配。柴油錘選用筒式柴油錘，錘重選擇2.5 t，沖程1～1.5 m。

e）施工前有地質(zhì)鉆孔的位置進(jìn)行“試樁試驗(yàn)”，檢查單樁承載力和復(fù)合地基承載力，確定收錘標(biāo)準(zhǔn)，試樁按5～8根樁實(shí)施；根據(jù)試打結(jié)果提供的打入深度，定購合適的管節(jié)節(jié)長組合，盡量減少接頭、避免浪費(fèi)；按照試樁成果組織大面積施工，特別要確保施工時(shí)管樁落到持力層。

f）根據(jù)設(shè)計(jì)要求確定每根樁位（與橋臺(tái)樁基位置發(fā)生沖突時(shí)調(diào)整管樁位置），插上標(biāo)記，并繪制樁位編號(hào)圖。圖中要注明打設(shè)深度及打設(shè)順序。

g）管樁施工時(shí)重點(diǎn)合理安排打樁順序、嚴(yán)格控制管樁的垂直度、節(jié)段聯(lián)接質(zhì)量、最后錘擊數(shù)及停打標(biāo)準(zhǔn)的確定等技術(shù)指標(biāo)。打設(shè)順序從中間向四周、從近及遠(yuǎn)、間隔跳打。第一節(jié)管樁起吊就位插入地面時(shí)垂直度偏差不得大于0.5%，打入過程中不超過1%，嚴(yán)禁采用強(qiáng)行回扳的方法糾偏。

h）樁的焊接采用導(dǎo)向箍定位，點(diǎn)焊固定后再分層施焊，焊接層數(shù)不得少于兩層，自然冷卻8 min后再打入；樁頭的截除采用鋸樁器截割，嚴(yán)禁采用橫向敲擊或強(qiáng)行扳拉等破壞樁頭的方法進(jìn)行截樁。

i）每根樁的總錘擊數(shù)不超過2 000，最后1 m錘擊數(shù)不超過250。

j）設(shè)有袋裝砂井地段，在完成消除土體內(nèi)超孔隙水壓力的砂井后再打設(shè)預(yù)應(yīng)力管樁。

2.3 樁頂托板

所有管樁現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)量驗(yàn)收后進(jìn)行樁頂托板施工。托板采用C25現(xiàn)澆鋼筋混凝土，尺寸為1.2 m×1.2 m×0.35 m，管樁頂深入托板5 cm。鋼筋網(wǎng)片準(zhǔn)確與管樁焊接牢固，采用定型木模板，混凝土振搗密實(shí)，托板頂面收面平整，24 h后拆模覆蓋土工布灑水養(yǎng)護(hù)不少于7 d。

2.4 墊層

樁頂托板完成后，鋪設(shè)0.35 m厚砂墊層和0.3 m厚碎石墊層。砂墊層質(zhì)量驗(yàn)收合格后，一次鋪設(shè)完成30 cm碎石墊層。采用級(jí)配碎石，含泥量不大于5%，碎石墊層作為復(fù)合地基的褥墊層，對(duì)砂墊層起到保護(hù)和隔離的作用，保證砂墊層的排水功能。攤鋪及碾壓過程中嚴(yán)禁采用大于12 t壓路機(jī)進(jìn)行碾壓，在路基兩側(cè)設(shè)置50 cm厚包邊黏土，包邊土底部設(shè)置φ10 cm PVC透水軟管，間距5 m。

2.5 土工格柵

土工格柵具有質(zhì)量輕、整體連續(xù)性好、抗拉強(qiáng)度較好，耐腐蝕和抗微生物侵蝕性好、施工方便等優(yōu)點(diǎn)。

a）全線管樁樁頂鋪設(shè)兩層質(zhì)量合格的雙向鋼塑土工格柵，上下接縫應(yīng)交替錯(cuò)開，錯(cuò)開距離不小于0.5 m。

b）土工格柵沿路堤橫向整幅鋪設(shè)，沿路堤縱向搭接長度不小于0.1 m，用高強(qiáng)塑料扎扣扎牢，之后沿搭接方向每隔4 m設(shè)置一個(gè)門釘壓入土中30 cm。

c）土工合成材料鋪設(shè)前，備有足夠的上層填料，保證鋪設(shè)完成后在24 h內(nèi)全部覆蓋。

d）用短釬將土工格柵固定在地上，特別是端頭和連接處要固定牢固，避免碾壓時(shí)土工格柵移動(dòng)。禁止機(jī)械直接碾壓土工格柵，其上層料人工或采用形成的車轍量不大于8 cm的輕型推土機(jī)、輕型前置式裝載機(jī)運(yùn)料進(jìn)場(chǎng)，散鋪整平，待上覆0.2 m填土后才能用輕型壓路機(jī)沿路堤軸線方向從兩邊開始循序向中間進(jìn)行壓實(shí)。當(dāng)土工格柵上層填料厚度大于0.6 m后才能用重型壓實(shí)機(jī)械。

2.6 成品預(yù)制樁的驗(yàn)收

2.6.1 內(nèi)業(yè)資料

混凝土試塊強(qiáng)度報(bào)告、成品樁的質(zhì)量合格證明單、質(zhì)監(jiān)站的質(zhì)量督查報(bào)告等。

2.6.2 外觀檢查

根據(jù)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)逐根或抽樣檢查，本項(xiàng)目管樁的直徑及管壁厚度均不采用負(fù)公差，內(nèi)容如下：

a）鋼筋混凝土樁的收縮裂縫寬度不得超過0.2 mm，深度不得超過20 mm；裂縫長度不得超過1/2樁寬。

b）樁身不得有裂縫，樁表面無蜂窩、麻面。若因特殊情況出現(xiàn)表面蜂窩時(shí)，蜂窩深度不得超過5 mm，每面蜂窩面積不得超過該面總面積的0.5%。

c）堅(jiān)決不能使用有弧度的樁。

表1 靜壓管樁施工質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)及允許偏差[1]

2.7 質(zhì)量保證措施

a）加強(qiáng)管樁隱蔽工程質(zhì)量檢查。管樁施打按照設(shè)計(jì)收錘標(biāo)準(zhǔn)終打，并滿足樁端進(jìn)入持力層不少于3 m；錘重選擇2.5t，沖程1～1.5m最后80～100mm/10擊。每根樁施工完成后要有完整施工記錄。樁頂托板混凝土澆筑外觀質(zhì)量及強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求。

b）控制中粗砂、管樁、鋼筋、水泥質(zhì)量等原材料。嚴(yán)把材料關(guān)，鋼筋、水泥采用大廠產(chǎn)品，對(duì)進(jìn)場(chǎng)的鋼筋水泥進(jìn)行抽驗(yàn)，遵守“先試驗(yàn)，后使用”的原則。

c）混凝土采用拌合站生產(chǎn)，混凝土運(yùn)輸車運(yùn)輸，運(yùn)輸防止過度顛簸造成骨料離析，送料高差不應(yīng)大于2 m。

3 試驗(yàn)檢測(cè)

對(duì)處理后的路段進(jìn)行沉降觀測(cè)，根據(jù)觀測(cè)結(jié)果進(jìn)行推算，從而評(píng)估其工后沉降量是否達(dá)到設(shè)計(jì)目的。設(shè)計(jì)要求該軟基段管樁施工完成后進(jìn)行土方填筑并等載預(yù)壓6個(gè)月，沉降值在35～56 mm范圍，即達(dá)到預(yù)期的處治效果。另外隨著路基土層填筑高度的增加，土層深度沉降不斷增加，且存在一個(gè)穩(wěn)定深度，在填土穩(wěn)定深度以上，土體沉降速度快；在穩(wěn)定土體以下，沉降速度較慢。

表2 檢測(cè)結(jié)果匯總表

結(jié)論：試驗(yàn)加載到4 000 kN時(shí)，此3根樁的總沉降量分別為 9.98 mm、8.77 mm、8.50 mm，Q-s曲線呈比例直線，無明顯陡降段，s-lgt曲線呈平緩規(guī)則排列，綜合分析檢測(cè)樁的極限抗壓承載力為Qu≥4 000 kN，滿足設(shè)計(jì)要求。

4 應(yīng)用前景

本高速公路247 km軟基路段均使用預(yù)應(yīng)力管樁處理。經(jīng)過一年的使用和觀測(cè)，處理段沒有出現(xiàn)路基沉陷等質(zhì)量問題，使用效果在質(zhì)量上、進(jìn)度上、經(jīng)濟(jì)上都取得了良好的成績。隨著管樁現(xiàn)場(chǎng)施工技術(shù)的成熟，其優(yōu)越性會(huì)進(jìn)一步提高，預(yù)應(yīng)力管樁處理軟基將會(huì)在山西省乃至全國的公路、水運(yùn)、房建等領(lǐng)域得到廣泛的推廣和應(yīng)用。