預應力管樁結合貝雷梁支架在地基施工中的應用

許長建

（溫州市鐵路與軌道交通投資集團有限公司，浙江 溫州 325000）

0 引言

預應力管樁與鋼管柱貝雷梁支架組合施工技術，能夠解決大多數因地質原因造成現澆連續梁施工困難的問題。溫州市域鐵路S2 線一期工程土建某標段，位于溫州市東部沿海，廣泛分布軟弱土，該項目決定采用預應力管樁進行地基處理，結合鋼管柱貝雷梁支架進行施工，此施工技術擁有施工速度快、投入機械、材料、人員少、安全可靠性高的特點，不僅有效地降低了施工安全風險，還極大地節約了成本，節省了工期。本文對此進行詳細介紹。

1 工程概況

溫州市域鐵路S2 線一期工程土建某標段，起訖里程為：DK74+258～DK82+919，全長8413.75m，包含3 車站2 區間1 隧道，全線共計現澆簡支梁197 跨，連續梁8 聯（四線4 聯，雙線4 聯）。其中4×35m 跨度雙線連續梁采用單箱單室截面，跨中截面中心線處梁高2.15m，支點截面中心處梁高2.25m，橋面板頂面由翼緣向中心設置2%V 型排水坡，腹板跨中處寬0.48m，頂板跨中處高0.27m，底板跨中處高0.25m，支點處頂板高0.4m，底板高0.8m。由于地質軟弱，地基處理難度大，如何安全、高效地完成此聯連續梁的施工，便是該項目的技術要點。

2 施工背景

4×35m 雙線連續梁位于海塘區間（隧道南）S112#-S116# 墩，其中，跨中主墩S113#-S114# 墩均為雙墩，左右兩墩間距分別為16.9m、16.2m、20.7m，現澆連續梁為小曲線梁，在跨中主墩處設置高3.5（3.5）m 實心橫梁（見圖1）。

圖1 現澆連續梁平面圖

因連續梁范圍內地質軟弱，地面淤泥質地層普遍在20m 以上，地基承載力極差，又因為連續梁跨中主墩間距過大，無法利用橋梁承臺作為現澆梁支架基礎，致使該項目常用的大跨度雙層加強型貝雷梁支架無法使用，在此對如何完成該聯連續梁的施工技術進行研究。

3 連續梁施工方案比選

3.1 地基換填與雙層貝雷梁支架組合

采用大跨度雙層貝雷梁支架，用8 根Φ630mm×8mm 鋼管柱作支架臨時支墩，鋼管柱底部澆筑寬1.5m、高1m 的條形基礎，并在基礎下方進行換填處理。

經過計算，采用此支架方案單根鋼管柱最大軸力為1456kN,單排鋼管柱下方條形基礎尺寸為1m×9m，所需承載力為647.7kPa。考慮到連續梁范圍內淤泥層過厚，經換填的地基基礎難以達到所需最小承載力，故此方案不適用。

3.2 地基換填與滿堂支架組合

對連續梁范圍內地基進行整體換填，換填后澆筑15cm 厚C20 混凝土墊層。滿堂支架采用立桿縱向間距90cm，立桿橫向間距空腔區和翼緣板區間距90cm，腹板位置間距60cm，橫桿步距100cm，在立桿的頂部和底部步距調整為50cm。豎向斜桿滿布設置，豎向每隔4～6 個標準步距，設置水平向斜桿或者扣件鋼管剪刀撐，其支架的橫向布置全橋一致，不隨底板寬度變化而變化。

經過計算分析，采用此施工方案，地基承載力需達到300kPa，項目周邊地區均為軟土地質，填料需從較遠地區購買，且換填體量巨大，施工成本高，速度慢，無法保證地基的均勻沉降，安全風險較大。

3.3 預應力管樁與貝雷梁支架組合

支架采用單層普通型貝雷梁多跨式支架，連續梁每跨鋼管柱縱向間距9.4m+9m+9.4m，每排橫向布置4根，間距2.6m+2.8m+2.6m。鋼管柱下方設置寬1m、高0.5m 條形基礎，每條條形基礎下方打設8 根預應力管樁（橫向4 根，縱向2 排），以提高承載力。

經過計算，中間一排鋼管立柱的承受力為：（890.5+1010.9）×2=3802.8kN，每排鋼管立柱下方做條形基礎，條形基礎下方打8 根預應力管樁（橫向4 根，縱向2 排），則每根樁應承擔的力為：3802.8÷8=475.35kN。上層為20m 淤泥，下層均為黏土，管樁打設深度不小于40m。預應力管樁采用錘擊沉樁，并不計算樁端阻力，只考慮樁周摩阻。

預應力管樁擁有單樁承載力高、適用性強、單樁承載力造價更便宜、運輸和吊裝更便捷、施工速度快、效率高、工期短等優點。且支架材料均為該項目常用材料，可調配性強。經該項目部討論分析，決定4×35m 連續梁采用此方案進行施工。

4 預應力管樁施工工藝流程及操作要點

4.1 施工工藝（見圖2）

圖2 預應力管樁施工工藝流程圖

4.2 施工準備

施工前，根據設計圖紙計算管樁數量、規格，樁體的放置地點根據實際施工情況確定，以方便施工及吊裝為原則。堆放地點要求平整、寬敞，不影響施工、起吊。預應力管樁堆放時，要求下墊枕木，采用3 點支撐，堆放層數不大于3 層。堆放順序應合理，避免翻運樁堆，造成管樁不必要的損壞。

4.3 管樁打設

（1）測量放樣。施工前根據設計圖紙，提前進行地表清理及樁位放樣，確定樁位軸線以及樁位標高。

（2）豎樁與插樁。將首節預應力管樁樁尖對準樁位標記點，然后緩慢壓樁，當樁尖壓入土體后，應對樁位進行復核，確保樁位偏差控制在20mm 以內。

（3）垂直度控制。施工前，調整樁機樁架的垂直度，確保預應力管樁保持垂直，當樁尖打入土體1m 后，重新復核樁體垂直度，確保管樁精度，首節管樁垂直度偏差不得大于0.5%，總偏差不大于1%。在管樁打設過程中，隨時進行跟蹤檢測，如有偏差，及時調整。必要時拔出已打設的管樁，回填沙土后重新打設。不允許采取強拉強拽的方式進行調整。

4.4 打樁（錘擊施工）

首先，將預應力管樁固定在樁機上，調整好垂直度、確定樁位后緩慢插入土中，重新核對樁位及垂直度后開始擊樁，并做好記錄。打樁開始時應輕壓輕打，同時觀察樁身、樁架、樁錘等垂直一致后，即可轉入正常施打。

4.5 接樁

接樁采用樁端端板焊接連接，焊接前應清除端板雜物、銹跡，確保表面光滑。焊接時，應先對樁身進行固定，可采取四點固定法，對樁身四周四個點進行點焊，確保樁身在焊接過程中不移位，焊接時應對稱焊接，防止樁身變形，焊縫要求連續飽滿，焊縫厚度必須滿足設計要求。

4.6 送樁

一般采用插銷式送樁器進行送樁。送樁前，應在送樁器進行尺度標注，根據設計要求，計算送樁深度，在送樁過程中，控制送樁速度，觀察管樁送樁情況，當送樁至設計標高1m 左右時，操作人員應減慢送樁速度，在測量人員的指揮下進行調整，直到送樁至設計標高，測量人員發出信號即可停止送樁。

5 貝雷梁支架現澆梁施工工藝流程及操作要點

5.1 施工工藝流程（見圖3）

圖3 貝雷梁支架現澆梁施工工藝流程圖

5.2 條形基礎施工

對支架范圍進行放樣，確定條形基礎設置位置及標高，待預應力管樁打設完成后，開始條形基礎施工，條形基礎尺寸寬1m、高0.5m。預應力管樁伸入條形基礎10cm。條形基礎施工前應對地面雜物進行清理。

5.3 支架搭設

（1）安裝鋼立柱承臺、條形基礎施工時，在其頂面預埋高強螺栓，高強螺栓通過胎模定位。待承臺、條形基礎混凝土強度滿足要求后安裝鋼立柱。鋼立柱底部通過法蘭盤與基礎預埋螺栓連接，鋼立柱安裝時，應對其垂直度進行控制，確保垂直度偏差不大于1%（見圖4）。

圖4 鋼立柱與條形基礎連接節點

（2）鋼管柱安裝完畢后，在鋼管立柱間設置16 槽鋼剪刀撐（見圖5），位于墩頂向下6.5m 處，通過螺栓或焊接連接，作為管樁之間連接系，平聯與剪刀撐的安裝與焊接需要在施工腳手架上進行，腳手架采用可拆卸移動支架，每搭設一層均需與鋼管立柱進行可靠連接，以增加其穩定性。用手拉葫蘆或吊車吊裝平聯和剪刀撐鋼構件，構件吊裝時必須掛扣牢靠，鋼絲繩及卡環需檢查到位。

圖5 鋼立柱剪刀撐連接圖

（3）安裝砂箱前，根據設計的安裝高度及砂箱箱體高度，計算出砂箱箱體內裝砂高度。為方便卸砂，在距砂箱底部5cm 處做一個球形閥門。此外，為了保證2I56 橫梁不側翻，在砂箱頂焊接厚度10mm 的限位鋼板。

（4）安裝橫向2I56 橫梁，2 根長11m 的I56 工字鋼，中間采用間隔焊接聯接，每2m 焊接一處，每處不少于20cm，對應鋼管支墩處要加強焊接，焊接長度不小于60cm，在場地加工，吊機安裝（見圖6）。

圖6 鋼立柱、砂箱、柱頂橫梁連接圖

（5）貝雷桁架縱梁，每排盡可能采用標準貝雷片桁架，如跨度不能滿足需要時，根據實際跨度，增加幾片非標準貝雷片桁架，最終原則是貝雷片桁架的跨度能夠滿足施工要求。

貝雷梁在地面進行拼裝，采用寬45cm 和90cm 花窗連接成組，通過吊車進行安裝，貝雷梁安裝就位后，采用Φ20mmU 型螺栓與雙拼I56a 工字鋼橫梁進行固定，并每隔6m 采用槽鋼進行橫向連接，確保貝雷梁穩定性。

（6）貝雷梁安裝完成，即可安裝貝雷梁頂部橫向分配梁，橫向分配梁采用I12 工字鋼，縱向間距75cm。

（7）為驗證現澆簡支箱梁支架方案的安全性，消除各級非彈性變形，計算支架的彈性變形與預壓重量的線性關系，同時也為了便于對梁體進行線性控制，施工時能夠準確地設置梁體預拱度，需要對箱梁現澆支架體系進行預壓（見圖7）。

圖7 支架預壓

5.4 現澆梁施工

支架經過預壓后即可進行現澆梁的鋼筋、模板、混凝土、預應力施工（見圖8）。

圖8 現澆梁成品

6 結束語

預應力管樁與鋼管柱貝雷梁支架組合施工技術，能夠解決大多數因地質原因造成現澆連續梁施工困難的問題，此施工技術相較于傳統的基礎換填加滿堂支架施工技術，擁有施工速度快，效率高，成本低的特點。

溫州市域鐵路項目該標段，通過對預應力管樁與鋼管柱貝雷梁支架組合施工技術的應用，有效地降低了施工安全風險，極大地節省人工、機械、材料成本，節省工期，取得了較好的經濟及社會效益，值得在以后類似工程施工中大力推廣應用。