寒區預應力高強混凝土管樁在特殊路基中的應用

許文宇，孫 茜

(理工大學紫金學院，江蘇 南京 210023)

預應力高強混凝土管樁多應用于房屋建筑中，隨著公路事業的發展，車流量的大量增加，對公路質量的要求更高，如何提高公路質量成為公路施工研究的重要課題，通過項目的實際應用，預應力高強混凝土管樁在公路特殊路基的應用取得較大的成果，縮短寒區施工工期，優化工程施工方案，實現降本增效的目的。

1 寒區預應力高強混凝土管樁在特殊路基中應用的優點

(1)寒區每年的施工期大約6～7個月，特殊路基施工工期嚴重影響整個工程的施工進度，預應力高強混凝土管樁在特殊路基中應用能夠大幅度縮短工期，從而提高整體工程的施工進度。

(2)相比較傳統的施工方法，預應力高強混凝土管樁能夠減少路基的沉降，有效的提高路基的質量。

(3)預應力高強混凝土管樁施工有許多方法，其中采用靜壓施工，能夠減少噪音對周圍居民的干擾，減少廢棄土對周圍環境的污染，減少開挖量，充分體現綠色環保施工的理念。

(4)預應力高強混凝土管樁采用工廠化生產，質量能夠得到保障，按照施工圖紙設計長短、直徑，提前預制完成，不影響施工工期，預應力高強混凝土管樁檢測更加簡單便捷。

(5)預應力高強混凝土管樁單樁承載力高，單位造價便宜。

(6)預應力高強混凝土管樁預應力主筋采用低松弛、高強度的螺紋鋼筋，通過后張法，提高預應力高強混凝土管樁的預應力。預應力高強混凝土管樁抗裂性能、抗彎性能良好，能夠穿透密實的土層和砂層，能夠適應復雜的環境與地理條件。

(7)預應力高強混凝土管樁可以根據圖紙長度預制，長度調整比較靈活，布樁有多種形勢，對地質條件差，持力層起伏大的條件都能適應，被廣泛應用在施工中。

2 寒區預應力高強混凝土管樁適用范圍

預應力高強混凝土管樁施工一般用于建筑的低承臺樁基，特殊路基施工，主要適用于寒區魚池段、淤泥段、潮濕段、黏性土、沙土段、河灘、水田等路段。粉土、粉砂、細砂、中砂等土層地基，持力層一般選為粗砂、礫砂、圓礫、風化巖，但不適用于石灰巖、含孤石和障礙物多、有堅硬夾層地基。

3 寒區預應力高強混凝土管樁在特殊路基中的應用原理

3.1 施工準備

將原地面上的垃圾、樹根等清除，對特殊路段采用圍堰抽水，按照施工要求對特殊路段分層填筑，采用輕型壓路機碾壓密實。

3.2 測量放線

根據控制點設定道路的紅線，按照施工圖紙布設預應力管樁樁位，測量完畢，經過檢驗復核并辦理預檢手續，歸檔備用。利用GPS定位，利用水準儀和經緯儀確定樁位，并在樁位中心用鋼釬或者竹簽做好標記。

預應力管樁布設有多種形式：正三角形布設、正方形布設、矩形網格布設及正多邊形布設等。

半剛性及剛性復合承載力計算

管樁布置多樣性，以國道同哈公路萬發至沿江段改擴建工程項目為例，呈現正方形布置，間距根據剛性樁復合承載力計算(根據設計圖紙放樣)，確定樁位。

項目位置佳木斯市郊區，道路全長9.925 km，起止樁號K0+000～K9+937.62，在K4+000～K4+275位置穿越魚池，根據現場調查及鉆探，該路段淤泥層厚4.5 m，自上而下土層分布為：(1)層為0.8 m雜填土，(2)層為2.0 m厚粉質黏土，(3)層為1.1 m厚粉砂，(4)層為2.1 m厚圓礫。

設計采用預應力高強混凝土管樁方案，設計選用的預應力高強混凝土管樁長約4.5 m，樁呈現正方形布置，間距1.7 m，樁直徑400 mm，壁厚60 mm，正方形布置，間距2 m，樁頂附加預制樁帽1 000×1 000×300，使間隙土距離1 m，降低樁土之間的刺入效應和路基土的側涌，進一步減小沉降，布置如圖1所示。

圖1 預應力高強混凝土管樁布置圖

路基范圍內直填30 cm天然砂礫后，布設預應力高強混凝土管樁后，再填筑60 cm天然砂礫，填筑路基。設計采用預應力高強混凝土管樁的單樁承載面積及承載力進行力學計算，具體如表1。

表1 400 mm預應力高強混凝土管樁單樁承載力特征值

正方形布置單根預應力高強混凝土管樁承擔的荷載面積1.7×1.7=2.89 m2；

復合地基承載力計算公式：

400 mm勁性體：d=0.4 m，de=1.13s，s=2.0 m，λ=1.0，β=0.9；

m=0.4×0.4/(1.13×1.13×2.0×2.0)=0.0313=3.13%

fsqk=λ×m×Ra/Ap+β×(1-m)×fsk=1.0×3.13%×574/0.125 6+0.9×(1-3.13%)×100=143.1+87.1=231 KPa；處理完成后水泥樁復合地基：fsqk=231 KPa

由于本項目路基范圍內占用魚池面積不是整個魚池的面積，為保護新建路基的穩定及行車安全，將路基范圍外的魚池面積也進行回填，回填路基范圍外側魚池的土方采用路基處理及斷面產生的棄方。預應力高強混凝土管樁混凝土強度為C60，彈性模量不低于3.6×10 N/mm。樁頂樁帽采用C30鋼筋混凝土。預應力高強混凝土管樁施工前應在有地質鉆孔位置處進行試樁，以確定合理的施工工藝，樁端應進入硬底持力層不小于0.8 m，最后貫入度不超過60 mm/10擊為控制標準，復合地基承載力根據不同道路選擇，不得低于220 KPa。

3.3 預應力高強混凝土管樁檢測

預應力高強混凝土管樁采用外購，汽車運至施工現場，由質檢人員對預應力管樁進行檢測，出廠證件是否齊全，外觀無明顯缺陷，有無裂紋，樁身混凝土有無剝落等現象，質量是否符合施工要求。經檢查合格后方能使用。

3.4 打樁機就位

預應力高強混凝土管樁施工前檢測大氣溫度及地表溫度，溫度持續10 d在-5℃以下，就會對施工造成影響，需要采取相應的措施。打樁設備進場后，進行安裝調試，然后按照施工布樁位置，打樁機對準樁位。為防止打樁機自重產生位移，保證打樁機垂直、不傾斜，利用經緯儀二次復核，正確后下放首節預應力高強混凝土管樁。

3.5 打樁

預應力高強混凝土管樁施工前應在有地質鉆孔位置處進行試樁以確定合理的施工工藝。

預應力高強混凝土管樁用導滑夾或箍筋固定在樁架上，將樁尖進入土層(砂層)一定深度，用經緯儀調整首節樁的垂直度。校正垂直度后，在預應力高強混凝土管樁上設置標尺，做好記錄，開始擊打預應力高強混凝土管樁。開始應輕擊數錘，待進入一定的深度，再按照落距進行擊打。

3.6 接樁

預應力高強混凝土管樁一般情況下是按照施工圖紙預制，有極個別的特殊路段需要接樁。需要接樁施工時，在預應力高強混凝土管樁露出地面1 m處接樁。按照設計要求采取連接方式，通常采用焊接的方法，先將焊接面清理洗干凈，在上節預應力高強混凝土管樁上安裝導向箍，引導就位。上下預應力高強混凝土管樁保證在一個軸線上，上節預應力高強混凝土管樁需要保證垂直。

3.7 送樁

根據施工圖紙施工，如果預應力高強混凝土管樁需要深入到土中，就需要采用送樁的方法施工。將制作的送樁置于預應力高強混凝土管樁上，保持在同一軸線上，錘擊送樁。在送樁過程中要保證垂直、不傾斜，直至接近設計要求，對高程進行觀測，達到設計要求高程為止。然后移動樁機到其他樁位上。

3.8 驗樁

利用經緯儀和水準儀檢測預應力高強混凝土管樁頂面高程。按照設計要求全面檢查，未經驗收合格的不能切去樁頂。

3.9 預應力高強混凝土管樁填充混凝土

預應力高強混凝土管樁驗樁合格后，對內壁進行清理，后澆筑高強度微膨脹混凝土。

3.10 澆注鋼筋混凝土樁帽

待一段預應力高強混凝土管樁施工完畢， 挖除

樁周土層，按設計要求綁扎鋼筋，立模澆注樁帽混凝土。

樁帽施工注意事項：

填土厚度小于1.4倍樁距離，或者為高等級路基時，按原土選用樁帽。

混凝土等級采用C40級，鋼筋均采用HRB400。

樁帽長寬不宜小于1 000 mm，厚度不宜小于300 mm，項目中根據具體情況選用。

樁帽下以及樁帽之間必須用級配沙石填平夯實，壓實系數不小于0.93。

當樁帽頂填土高度小于50 cm時，嚴禁用大型壓路機碾壓。

4 質量控制注意事項

打入樁的數量、布置形式及間距應符合設計要求。

樁長、樁頂標高及最終貫入度應符合設計要求。

打樁前、后的樁身質量應符合設計要求。

加強自檢頻率，確保管樁質量滿足設計要求。靜載試驗數量取總樁數的0.5%，但不小于3根。低應變檢測數量取總樁數的5%，大應變檢測數量取總樁數的5%。