橋梁基礎(chǔ)施工預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)管樁技術(shù)應(yīng)用

余槐、萬(wàn)里

（1.江西省公路工程有限責(zé)任公司，江西南昌330000；2.江西省交通工程集團(tuán)有限公司，江西南昌330000）

0 引言

橋梁基礎(chǔ)工程作為大型性系統(tǒng)工程，在施工的階段中通過(guò)預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)管樁技術(shù)的應(yīng)用，能夠提高橋梁基礎(chǔ)項(xiàng)目的建設(shè)進(jìn)度以及質(zhì)量。所以在預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)管樁技術(shù)應(yīng)用時(shí)，必須要按照橋梁基礎(chǔ)工程的施工標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)施工方案進(jìn)行優(yōu)化以提高技術(shù)的應(yīng)用效果。

1 預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)管樁的優(yōu)點(diǎn)

預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)度管樁和鉆孔灌注樁施工對(duì)比，有著如下的優(yōu)勢(shì)：

一是預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)度管樁結(jié)構(gòu)的承載性能較高，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度性能好，直接打入密實(shí)度較高的砂層與強(qiáng)風(fēng)化巖層的結(jié)構(gòu)內(nèi)，經(jīng)過(guò)劇烈的擠壓性作用，樁間結(jié)構(gòu)直接進(jìn)入持力層結(jié)構(gòu)內(nèi)，確保承載性能符合要求，所以預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)管樁的承載性能要高于相同直徑的沉管與鉆孔灌注樁的結(jié)構(gòu)。

二是抗彎性能較高。預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)管樁應(yīng)用的是強(qiáng)度高、松弛性小的螺旋槽鋼棒制作預(yù)應(yīng)力主筋的結(jié)構(gòu)，讓樁身結(jié)構(gòu)的預(yù)壓應(yīng)力較高，抗彎效果良好。

三是質(zhì)量穩(wěn)定性好，通過(guò)工廠預(yù)制的方法，選擇實(shí)用性先進(jìn)施工工藝和設(shè)備，質(zhì)量性能比較高，質(zhì)量比較穩(wěn)定。

四是應(yīng)用范圍較大，預(yù)應(yīng)力規(guī)格和型號(hào)較多，承載性能有明顯的差異，能夠滿足不同施工條件的應(yīng)用需要，所以需要考慮到項(xiàng)目的具體情況，采用合適的結(jié)構(gòu)形式，以保證承載性能合格，在現(xiàn)場(chǎng)布樁也比較方便，操作更加靈活，應(yīng)用到施工現(xiàn)場(chǎng)效果良好。

五是施工的速度快、工期短。預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)管樁一般都是在工廠內(nèi)進(jìn)行預(yù)制完成，現(xiàn)場(chǎng)施工速度較快。

六是樁身結(jié)構(gòu)耐擊打能力強(qiáng)，穿透性能好，樁身混凝土結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高，且有一定的預(yù)應(yīng)力，即使經(jīng)過(guò)千百次的錘擊也不會(huì)產(chǎn)生損壞的情況，能夠穿越比較厚的砂層結(jié)構(gòu)。

七是經(jīng)濟(jì)性較高，和鉆孔灌注樁對(duì)比，施工成本降低約30%左右[1]。

2 預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)管樁適用的地質(zhì)條件

預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)管樁應(yīng)用到基巖埋深較大、強(qiáng)風(fēng)化巖等地質(zhì)條件上有著較好的效果，通常將管樁直接打入強(qiáng)風(fēng)化巖層的持力層結(jié)構(gòu)內(nèi)，穩(wěn)定性好、強(qiáng)度高，完全符合橋梁工程的運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)要求。樁尖通過(guò)打入到強(qiáng)風(fēng)化巖層內(nèi)部1～2m 的深度，就能夠保證其承載性能符合要求，并且沉降量與鉆孔灌注樁是基本相同的，所以總體應(yīng)用效果良好。我國(guó)的廣東省多年來(lái)持續(xù)應(yīng)用預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)管樁，產(chǎn)生非常好的效果，經(jīng)過(guò)經(jīng)驗(yàn)總結(jié)發(fā)現(xiàn)，有如下幾種地質(zhì)條件不適宜使用預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)管樁結(jié)構(gòu)形式：一是樁端持力層以上覆蓋層結(jié)構(gòu)有比較多的障礙物、孤石等影響施工。二是樁端持力層以上結(jié)構(gòu)的覆蓋層有不適宜使用管樁的材料，或者硬度高無(wú)法達(dá)到穿越持力層結(jié)構(gòu)的效果。三是基巖上部結(jié)構(gòu)的地質(zhì)條件比較差，沒(méi)有具備持力層條件的結(jié)構(gòu)。四是非巖溶區(qū)域的基巖以上覆蓋結(jié)構(gòu)分布著大量的松軟土層結(jié)構(gòu)，下部則主要是中風(fēng)化巖層或者微風(fēng)化巖層，結(jié)構(gòu)的性能比較差或者厚度較小。五是樁端持力層的性能較差，遇水軟化或者埋深不足的風(fēng)化巖層結(jié)構(gòu)。六是地下水、地基等結(jié)構(gòu)給管樁性能造成不利影響，或者給鋼筋等鋼質(zhì)材料產(chǎn)生嚴(yán)重的腐蝕影響[2]。

3 工程實(shí)例

某高速公路項(xiàng)目處于某市區(qū)西部位置，橋梁設(shè)置的高度較高，橋梁所處地質(zhì)條件比較差，穩(wěn)定性不足，且局部發(fā)育較多，整條線路的風(fēng)化巖的分布范圍較多，埋深深度較小，承載性能相對(duì)較好，對(duì)于橋梁基礎(chǔ)持力層的性能提升有著重要作用，橋梁建設(shè)的總體性能良好，完全能夠滿足橋梁的運(yùn)行要求。

3.1 方案分析

目前我國(guó)的公路橋梁主要采用的是鉆孔灌注樁的結(jié)構(gòu)形式，樁基直徑主要是根據(jù)偏壓承載力以及豎向容許承載力方面進(jìn)行計(jì)算確定，而樁身偏壓承載力會(huì)直接影響樁徑尺寸，也就是說(shuō)，通過(guò)彎矩來(lái)進(jìn)行樁徑的控制，以保證結(jié)構(gòu)性能合格。樁身彎矩是利用墩柱或者臺(tái)身結(jié)構(gòu)給樁基彎矩和水平力造成影響。樁身偏心受壓條件下，不會(huì)利用樁身全截面混凝土抗壓性能，導(dǎo)致經(jīng)濟(jì)效益比較低。如果單根鉆孔灌注樁調(diào)整為管樁群樁的形式，提高結(jié)構(gòu)的承載性能，單根樁因?yàn)閺澗氐臏p小，有效地利用樁身結(jié)構(gòu)承載性能，經(jīng)濟(jì)價(jià)值較高，綜合效益明顯。

3.2 方案設(shè)計(jì)

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的施工情況，綜合分析橋梁的應(yīng)用要求，決定將該項(xiàng)目的直徑1.5m 鉆孔灌注樁調(diào)整為5 根D60PHCAB 型管樁的結(jié)構(gòu)形式，計(jì)算后確定管樁結(jié)構(gòu)總體性能達(dá)到運(yùn)行的要求，對(duì)于保證橋梁運(yùn)行的安全性是有效的。

3.3 施工流程

在橋梁基礎(chǔ)施工的階段中，預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)管樁技術(shù)的應(yīng)用需要綜合項(xiàng)目的需求做好試裝施工，并且嚴(yán)格按照工藝標(biāo)準(zhǔn)開(kāi)展工作，以下對(duì)該技術(shù)的工藝流程進(jìn)行全面論述。

3.3.1 試樁施工

在具體的施工開(kāi)始前，需要對(duì)各個(gè)結(jié)構(gòu)進(jìn)行靜荷載抗壓性能試驗(yàn)檢測(cè)，制作錨樁橫梁為反力結(jié)構(gòu)裝置，還要布置兩臺(tái)千斤頂。根據(jù)要求應(yīng)用錨樁和試樁，第一根靜荷載達(dá)到6200kN，符合7 級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，經(jīng)過(guò)1h 沉降之后，達(dá)到16.7mm/h，直到地基結(jié)構(gòu)全部損壞為止。第二根試樁荷載力是5000kN，符合9 級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，沉降量在45min 之后加大，標(biāo)準(zhǔn)為15.2mm/h，直到地基結(jié)構(gòu)全部損壞為止。第三根為4000kN，穩(wěn)定后到增加4500kN。試樁之后發(fā)現(xiàn)，該結(jié)構(gòu)的性能完全可以達(dá)到工程的要求，對(duì)于后續(xù)的橋梁工程結(jié)構(gòu)施工有著重要幫助[3]。

3.3.2 測(cè)量施工

在項(xiàng)目實(shí)施開(kāi)始前，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)的測(cè)量作業(yè)，保持場(chǎng)地的清潔性，確保現(xiàn)場(chǎng)沒(méi)有任何雜物影響工程的施工，在場(chǎng)地平整處理完成后，可以進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)的標(biāo)高測(cè)量工作，并且準(zhǔn)備符合施工要求的器具以及設(shè)備，以保證施工可以順利完成。此外，再進(jìn)行中線、控制樁的測(cè)量，測(cè)量放線達(dá)到精度要求后，組織技術(shù)人員進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)交底，確保現(xiàn)場(chǎng)施工不會(huì)有任何問(wèn)題。在該項(xiàng)工序操作階段需要核對(duì)相關(guān)的測(cè)量數(shù)據(jù)，針對(duì)數(shù)據(jù)存在異常的地方要進(jìn)行二次處理，保證每一次的測(cè)量參數(shù)都具備一致性，如此才能夠提高工程的質(zhì)量。

3.3.3 打樁機(jī)的安置

移動(dòng)打樁機(jī)正式施工開(kāi)始前，對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)的線路進(jìn)行全面勘查和分析控制，保證樁機(jī)移動(dòng)達(dá)到安全性的標(biāo)準(zhǔn)。鉆桿與地面的角度要合理的設(shè)置，應(yīng)用吊錘展開(kāi)測(cè)量，數(shù)據(jù)偏差確保不會(huì)超過(guò)±1%的要求。樁機(jī)位置標(biāo)注好之后，按照設(shè)計(jì)方案的要求組織現(xiàn)場(chǎng)施工。

3.3.4 下節(jié)樁的起吊和壓樁施工

樁機(jī)安裝到規(guī)定部位上之后，就可以進(jìn)行起吊作業(yè)。將管樁吊起之后，對(duì)于樁體結(jié)構(gòu)的外壁進(jìn)行標(biāo)記，保證位置達(dá)到精度的要求，通過(guò)兩條垂線進(jìn)行垂直度的控制，并且按照90o的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置夾角。管樁壓入作業(yè)的環(huán)節(jié)，要防止和內(nèi)部結(jié)構(gòu)障礙物觸碰，通常會(huì)應(yīng)用低速壓入的作業(yè)方法進(jìn)行施工。壓樁階段，需要隨時(shí)注意樁力的變化情況，確保樁體能夠順利進(jìn)入土體結(jié)構(gòu)內(nèi)。在現(xiàn)場(chǎng)施工環(huán)節(jié)，保證樁體結(jié)構(gòu)的垂直度偏差不超過(guò)0.15，必須做好各個(gè)結(jié)構(gòu)的控制，樁錘、樁帽、送樁器時(shí)刻保持在同一直線上，沉樁施工階段加強(qiáng)樁身結(jié)構(gòu)垂直度檢查和控制，偏差不超過(guò)1%。如果土體結(jié)構(gòu)硬度較高，不能強(qiáng)行壓入，否則容易導(dǎo)致結(jié)構(gòu)損壞，影響樁身的性能[4]。

3.3.5 上節(jié)樁施工控制。在該項(xiàng)目中，上節(jié)樁的控制極為重要，保證管樁的樁頭結(jié)構(gòu)需要超出地面約0.5～1.0m 的高度，且要保證下節(jié)樁施工完畢。在樁身起吊工作開(kāi)始后，上節(jié)樁和下節(jié)樁的中心是對(duì)正的，并且做好垂直度的矯正工作，防止發(fā)生扣縫的問(wèn)題。在下節(jié)樁的位置設(shè)置導(dǎo)向鼓，確保上節(jié)樁施工可以順利進(jìn)行，上下節(jié)的錯(cuò)位尺寸不超過(guò)2mm。

3.3.6 焊接施工

樁體結(jié)構(gòu)焊接工作開(kāi)始前，對(duì)于樁頭結(jié)構(gòu)進(jìn)行全面的檢查，保證上下端板的表面全面清理干凈，一般應(yīng)用鐵刷子進(jìn)行處理。上下階段進(jìn)行固定施工后，將導(dǎo)向箍移出，并且通過(guò)分層方式焊接施工。在該項(xiàng)目施工，應(yīng)用手工焊接的方法，焊接分為3 層的結(jié)構(gòu)，在一層焊完且冷卻后，即可進(jìn)行后續(xù)的施工。

3.3.7 截樁

打樁工作全部結(jié)束后，需要把露出的樁頭結(jié)構(gòu)打掉，確保符合設(shè)計(jì)高程的要求。截樁的過(guò)程中，應(yīng)用專用鋸樁器進(jìn)行作業(yè)，不要使用大錘直接敲擊樁體結(jié)構(gòu)，也不能使用其他非專業(yè)設(shè)備強(qiáng)行處理，保證樁體截取后質(zhì)量合格。

4 結(jié)語(yǔ)

預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)管樁是我國(guó)高速公路橋梁施工的重要結(jié)構(gòu)形式，其承載性能較高，完全滿足橋梁交通運(yùn)行的需要，各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)都符合工程的要求。高強(qiáng)管樁結(jié)構(gòu)的技術(shù)參數(shù)達(dá)標(biāo)，符合橋梁運(yùn)行的要求，未來(lái)必然會(huì)有更加廣闊的應(yīng)用空間，對(duì)我國(guó)橋梁事業(yè)發(fā)展有積極作用。