預應力管樁在高速公路軟基處理中的應用

高 婷 李 偉

(中交第一公路勘察設計研究院有限公司，陜西 西安 710075)

0 引言

隨著我國基礎建設的大力興起，國家路網的規劃以及各地路網的建設都日新月異，高速公路路網的建設進度也逐漸加快。在開展高速公路建設的過程中，需要面對各種復雜的軟土地基，為了有效的處理軟基，減少路基工后不均勻沉降，確保路基的穩定和安全，必須對其采取針對性的處理。預應力管樁是目前軟基處理采用比較廣泛的一種有效處理深層軟基的技術，可以大幅提升高速公路的整體質量，保證高速公路的穩定性。預應力管樁樁身采用高強度混凝土預制而成，通常為空心薄壁構造，出廠前施加好設定的預應力，在現場通過各種機械壓入地基中的一種線形加固體，依靠其較大的樁側摩阻力和樁尖端承力以及其和樁間土之間的復合作用來提高地基承載力。如何選用預應力管樁以及如何進行有效的施工是必須要仔細研究的重要技術問題，對確保軟基處理效果有著十分重要的意義。

1 項目工程概述

江蘇省某高速公路舊路加寬改擴建工程建設，原老路路基的全長為80 km左右，設計時速為100 km/h，為雙向四條車道公路，路基寬度為26 m，該高速作為當地的重要交通干線，目前已難以滿足當地交通量的需求，應當地政府的要求，該舊路需進行加寬擴建，左右兩側分別加寬后的路基為40 m寬的整體式雙向八車道高速公路。

該項目沿線主要位于微丘平原區，地形起伏較小，地表主要為水稻田和農田，平原區的大范圍分布軟土。該地的軟土厚度不一，部分區域軟土厚度較小，而部分區域軟土厚度達到了40 m[1]。通過地質鉆探和室內試驗分析查明，該區域軟土性質較差，具有高壓縮性、高孔隙率、高含水率以及承載力低下等顯著特征，主要為第四系湖相沉積的淤泥質粉質黏土組成。

經對舊路的檢測調查，部分舊路由于原軟土處理措施不到位，導致了局部路段軟土沉降問題非常嚴重。且該高速公路作為沿線城市的重要交通要道，在后期的改擴建過程中不能采取封路的措施進行施工，必須要保持原路車輛的正常運行。為了確保高速公路的安全，減小拼寬段路基的不均勻沉降，需要對軟基路段的拼寬路基基底進行特殊處理，結合該地區的經驗習慣，該項目的拼寬段采用預應力管樁進行深層軟基處理，不僅大大節省了施工工期，而且工后沉降經監測均滿足規范要求，實際處理效果較為理想。

2 預應力管樁的實用性及特點

2.1 管樁性能及質檢工作

高速公路軟基處理的預應力管樁大多由工廠統一生產，這些預應力管樁的質量比較高，強度等級也相應較高。PTC預應力管樁和PHC預應力管樁的尺寸參數通常相同，僅在強度等級上存在差異，后者等級更高，使用對樁體強度要求較高的工程。每批預應力管樁在投入使用之前都需要嚴格進行質量檢驗篩選，才能將其應用在軟基處理中。在進行質檢時，需要滿足以下幾點要求：第一，要對原材料進行檢驗，形成完善的檢查報告。第二，檢驗樁體的強度，并進行壓力測驗。第三，要對預應力管樁的產品標識進行識別。第四，要復查樁體的尺寸偏差是否在合理范圍。第五，嚴格測試預應力管樁的抗彎性能。第六，要復測管樁樁體的保護層厚度[2]。

2.2 適用條件及布設情況

目前來看，常用的預應力管樁主要分為兩種：PTC預應力管樁和PHC預應力管樁。該兩種方法在使用前，均需要對現場的軟土厚度進行復測。PTC預應力管樁主要適用于軟土厚度10 m～20 m，要求壓樁機的最大壓力超過180 t。當軟土深度超過20 m時，應采用PHC預應力管樁，此時需要的最大壓力超過270 t。在對預應力管樁進行布設時，需要根據現場實際地形和布設條件，設置合理的樁位平面布置圖，具體布設時應考慮到填高、地下水位等對樁間距的影響。

3 預應力管樁的施工準備

水對預應力管樁的施工影響較大，施工現場必須要確保有效截排地表水。預應力管樁對存放場地的要求較高，存放地環境越高，越利于保證預應力管樁的質量。各樁體在施工時應逐樁做好編號施工記錄。在壓樁過程中，樁機操作人員的經驗和水平直接影響著預應力管樁的使用效果，因此需要提高樁機操作人員的素質，做好樁機壓入施工的監督。

施工人員需要以設計方案作為依據，并結合現場實際情況，動態調整原設計方案，采用切實有效的施工方法，以確保管樁的處理效果。試樁實驗對于整體施工有著至關重要的作用，加固效果的好壞與實驗結果密切相關，因此在施工前一定要做好試樁。根據試樁的測試結果，以指導和修正原設計參數，從而保證管樁更適合現場實際情況。試樁工作是預應力管樁軟基處理的先導，試樁的數量一般為五根，必須要挑選有代表性的樁位，以確保試樁結果的可靠性和準確性[3]。

4 預應力管樁的施工步驟

4.1 壓實底板

在進行預應力管樁施工之前，應做好場區整平工作，以確保樁機施工能有一個較平整的工作面。在路基紅線以外，要預留出一條排水溝渠，用于排除場區水和隔斷場區外匯水，且必須保證溝渠不積水、不溢水。地表壓實是施工的基礎步驟，施工時需對地表約20 cm的表土翻松后進行壓實，經壓實處理后的基底壓實度應不小于90%，對于難以直接壓實路段可以采用摻入5%的石灰材料改良表層土。

4.2 放樣壓樁

根據設計方案，測量人員應現場放樣以準確測定預應力管樁的位置。樁位和圓心要進行標記，施工過程中需要對標記進行保護。在壓樁工作中，工作人員要應將樁體捆扎結實，水平勻速至挪送到樁機中。施工過程中要隨時檢查樁體的垂直度，避免預應力管樁出現偏移問題。第一根預應力管樁的深度為30 cm～50 cm，垂直度不能超過0.5%。在正式啟動壓樁機后，需要記錄壓樁機的運作時間以及壓樁壓力等[4]。壓樁速度會對壓樁質量產生影響，一般來說，壓樁的速度為1 m/min～2 m/min。

預應力管樁常見的預制長度為6 m,8 m和10 m三種，預應力管樁的長度不同，搭配組合原則也不盡相同。一般來說，當樁長不大于10 m，采用一節預應力管樁。當樁長不小于24 m，采用一節或兩節預應力管樁進行拼接。當樁長大于24 m，只能應用三節或三節以下的預應力管樁。接樁時頭部需要高出地面，下節預應力管樁上面應該施加導向箍，盡量保證預應力管樁的垂直狀態。當兩節預應力管樁出現錯位時，應該立刻對錯位區域進行刷洗，同時應用焊條對其進行焊接。焊接層數要不小于2，坡口應該保持連續。在焊接完成后，要使樁頭自然冷卻。在送樁時，工作人員應該應用儀器確定地面高度，及時獲取送樁數據。在送樁完成后，要在預應力管樁上施加壓力，確保預應力管樁不會在外力作用下發生過度沉降。

4.3 樁帽施工及斷層工作

在預應力管樁壓樁施工結束之后，監理單位應立即對樁身完整性和沉樁效果進行驗收，驗收完成便可展開樁帽施工工作。管樁的頂部土層應逐層開挖，深度應滿足樁帽設計方案要求。對于尺寸出現有偏差的樁頂進行細部整修，構建出樁帽模型。在樁帽大體框架成型后，捆扎鋼筋然后開始在樁體上方澆筑樁帽用混凝土。

在進行預應力管樁施工前，需于地層頂面路基基底鋪設一定厚度的墊層材料。墊層材料主要采用礫石和碎石等粒料，并按照科學的配比率進行配比。墊層材料的顆粒半徑通常為2 cm～5 cm之間，過大或過小均難以達到墊層的鋪設效果。在制作墊層材料時，工作人員應該在第一層鋪設碎石，并對碎石進行壓平。如果碎石之間的縫隙過大，應該在中間補充石屑。在第一層鋪設完畢后，可以繼續開展第二層鋪設工作，同時把碎石層的深度控制在20 cm左右[5]。在應用推土機壓實碎石層后，還需要利用壓路機進行土層振壓。第三層碎石層的深度仍然為10 cm，施工方法和第二層相同。

5 施工注意事項

在運樁過程中，樁臂長度應該限制在1.5 m以內。預應力管樁應嚴格控制堆放層數，嚴禁堆放超過四層。在堆放預應力管樁材料時，應該盡量選擇平整的場地，并在預應力管樁底下應用墊木進行支撐。經實踐經驗檢驗，靜壓施工是目前采用較多且效果較好的沉樁施工方法，對各種預應力管樁均適用。

預應力管樁施工的規模較大，施工組織復雜，機械設備較大，施工過程中危險系數較高。工作人員在施工現場，必須攜帶必要的安全用具，應用口哨等對預應力管樁施工進行指揮，避免預應力管樁出現破損等問題。同時，工作人員需要對壓樁機的壓力表進行識讀，統計壓力表的數據，做好各項記錄工作。如果壓力表數據出現異常，工作人員應該將情況立刻上報給有關部門，要求相關部門對問題進行分析和解決[6]。

由于預應力管樁施工后完全埋入地下，屬于性隱蔽工程，在樁帽施工后，地表根本難以看出實際的處理效果，且在壓樁施工過程中受制約的因素較多，因而在壓樁工作完成后，必須對預應力管樁的深度進行檢測，以確保預應力管樁深度達到了設計要求。在預應力管樁頂端和底部均應用涂料進行標注區分。壓樁遵循先長后短的順序，工作人員還應當注意預應力管樁的偏位情況。

為了減少預應力管樁對路基的影響，應該做好施工過程前后的排水工作，可以通過在預應力管樁的中間設置塑料排水板等豎向排水體進行排水。排水板的布設好壞直接制約預應力管樁的施工效率。施工時應做好管樁和排水板的放樣定位，合理確定兩者之間的間距，以確保兩者在互不干擾的同時，能夠發揮出最大的協作作用。排水板布置工作要在施工之前開展，工作人員需要采用逐排施工的方法。

6 結語

以具體的工程實例為依托，在高速公路的軟基處理中，合理的采用預應力管樁處理深層軟土效果十分明顯，在節省工期的同時，大幅提升高速公路路基的整體穩定性，減少了工后沉降，從而保證了高速公路的施工和運營期間的安全。

參考文獻：

[1] 李 強.預應力混凝土管樁在高速公路改擴建工程中的應用[J].建筑知識,2017,37(13):123-124.

[2] 陳 林,張 巖.預應力管樁施工在高速公路拓寬工程中的應用分析[J].技術與市場,2017,24(1):47-48.

[3] 吳建新.高速公路擴建工程中控沉預應力管樁的施工技術[J].交通世界(運輸·車輛),2015(3):147-148.

[4] 徐興茹.PHC預應力管樁在我省高速公路橋梁基礎上的首次應用[J].安徽建筑,2011,18(3):121-123.

[5] 邵景干,秦建軍.預應力管樁在高速公路改擴建工程中的應用[J].公路交通科技(應用技術版),2009,5(7):115-116,121.

[6] 吳煉忠,梁 定.山區高速公路預應力管樁復合地基處治施工技術[J].廣東交通職業技術學院學報,2007(3):43-44,70.