預(yù)制混凝土管樁在路基軟基處理中的應(yīng)用

【摘要：】文章結(jié)合廣西賀州至巴馬高速公路（象州至來(lái)賓段）K230+520～K230+880段填土路基基底錳礦尾礦軟基處理工程實(shí)例，介紹了預(yù)應(yīng)力預(yù)制混凝土管樁在軟基處理中的設(shè)計(jì)與施工方法，并通過(guò)全數(shù)量管樁施工質(zhì)量檢測(cè)，驗(yàn)證了此預(yù)應(yīng)力預(yù)制管樁處理方法可很好地解決路基基底承載力不足以及軟土地層填方路基的沉降問(wèn)題，為軟土地層地基處理提供參考。

【關(guān)鍵詞：】預(yù)應(yīng)力混凝土;管樁;錘擊;沉樁;軟基

U416.1A120383

0 引言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)高速增長(zhǎng)，全國(guó)公路建設(shè)迅猛，且日益重視保護(hù)農(nóng)用耕地和生態(tài)環(huán)境。隨著廣西公路建設(shè)的發(fā)展，新建設(shè)的公路選線不可避免地要穿越一些不良地質(zhì)環(huán)境，軟基是較為普遍的一種，若對(duì)軟基的處理方式不妥當(dāng)，會(huì)導(dǎo)致路基沉降、路面變形開(kāi)裂，影響行車(chē)安全及舒適度。此外，對(duì)路基、路面的返工返修施工復(fù)雜、工期長(zhǎng)、耗費(fèi)成本大，且可能影響正常通車(chē)，帶來(lái)不良影響。本文以廣西賀州至巴馬高速公路（象州至來(lái)賓段）K230+520～K230+880段填方路基基底錳礦尾礦軟基處理實(shí)踐為例，詳細(xì)闡述了預(yù)應(yīng)力預(yù)制混凝土管樁處理錳礦尾礦軟基的設(shè)計(jì)參數(shù)、施工方法及要點(diǎn)。

1 工程概況

廣西賀州至巴馬高速公路（象州至來(lái)賓段）K230+520～K230+880段為整體式填方路基，整體式路基頂部寬度為26.5 m，路基填筑高度約為8 m。該段填方路基基底為深度約17 m的松散堆積錳礦尾礦，尾礦往下為全風(fēng)化硬質(zhì)巖，設(shè)計(jì)為沉入預(yù)應(yīng)力預(yù)制混凝土管樁對(duì)基底錳礦尾礦軟基處理。

2 預(yù)制管樁設(shè)計(jì)參數(shù)

K230+520～K230+880段填方路基基底錳礦尾礦軟基處理使用的預(yù)應(yīng)力預(yù)制混凝土管樁樁身混凝土強(qiáng)度為C60，長(zhǎng)度為20 m，樁橫縱向間距為2.2 m。管樁外直徑為0.4 m，內(nèi)直徑為0.28 m，管樁壁厚0.06 m。樁頂設(shè)計(jì)有C30預(yù)制鋼筋混凝土樁帽，樁帽間鋪設(shè)一層厚度0.3 cm的砂墊層，樁帽頂鋪筑最大粒徑<50 mm的級(jí)配碎石墊層，碎石墊層厚度為0.3 cm，鋪筑至填方路基坡腳外1 m的位置，并用厚度0.3 m的黏土對(duì)砂墊層和碎石墊層進(jìn)行封層。在路基坡腳的位置設(shè)泄水管，泄水管的入水口設(shè)置包裹有土工布的碎石反濾層。為增強(qiáng)路基整體性，在碎石墊層頂部和底部各鋪設(shè)一層插接整體式土工格室。預(yù)應(yīng)力預(yù)制混凝土管樁橫斷面示意圖見(jiàn)圖1[1]。預(yù)制樁與樁帽連接示意圖見(jiàn)圖2。

3 施工方法

本工程使用的預(yù)應(yīng)力預(yù)制混凝土管樁在資質(zhì)滿足要求的樁廠統(tǒng)一集中預(yù)制，達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，由平板拖車(chē)運(yùn)輸至沉樁現(xiàn)場(chǎng)堆放。預(yù)制管樁采用錘擊法沉樁施工，打樁機(jī)選用三點(diǎn)支撐自行履帶式柴油打樁機(jī)，柴油錘選用筒式柴油錘。每根預(yù)制管樁由兩節(jié)段組成，每節(jié)段長(zhǎng)度為10 m，節(jié)段之間采用焊接對(duì)接。

4 施工工藝流程

施工準(zhǔn)備→平整場(chǎng)地→樁位放樣→打樁機(jī)就位→吊樁插樁→錘擊沉樁→焊接接樁→繼續(xù)錘擊沉樁→最后階段錘擊沉樁→樁基檢測(cè)。

5 測(cè)量放線定樁位

根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙計(jì)算各個(gè)樁中心的水準(zhǔn)點(diǎn)和坐標(biāo)點(diǎn)，然后利用全站儀進(jìn)行精確測(cè)量放出樁位后，在樁位中心打入鋼筋頭，鋼筋頭上綁扎紅袋子或紅繩等作為標(biāo)記，施工時(shí)根據(jù)紅繩即可找到精確的樁位，以防止錯(cuò)打、漏打。在打樁前，用石灰粉在樁位按樁徑的大小鋪撒一個(gè)圓圈，以便管樁精準(zhǔn)對(duì)正樁位插入地層。在打樁過(guò)程中，管樁會(huì)擠壓周邊地層，造成地層位移，因此在每根管樁打樁前均需對(duì)樁位進(jìn)行測(cè)量復(fù)核。

預(yù)制混凝土管樁在路基軟基處理中的應(yīng)用/陳信朋

6 預(yù)制管樁的堆放、吊裝

預(yù)制管樁存放場(chǎng)地要求平整堅(jiān)實(shí)、不得產(chǎn)生不均勻沉降，且場(chǎng)地應(yīng)設(shè)置有良好的防排水設(shè)施。現(xiàn)場(chǎng)管樁存放采用兩支點(diǎn)墊放，支點(diǎn)位置設(shè)于距管樁節(jié)段端頭0.21倍管樁節(jié)段長(zhǎng)度處;在支點(diǎn)位置放置長(zhǎng)方木或枕木等墊木，將管樁放置在墊木上，堆疊層數(shù)≤3層，且堆疊的管樁通過(guò)墊木支點(diǎn)傳遞給地面的力要滿足不大于地基承載力的要求;堆放過(guò)程中要采用可靠的防滑、防滾等安全措施。管樁的吊裝可采用兩點(diǎn)吊或兩頭鉤吊法，其中采用兩點(diǎn)吊時(shí)，吊點(diǎn)的位置和堆放支點(diǎn)的位置一致。管樁吊裝時(shí)，吊繩與管樁的夾角盡可能大，夾角最小應(yīng)≥45°。

7 預(yù)制管樁沉樁施工

（1）預(yù)制管樁沉樁施工前要進(jìn)行試樁，選擇在附近有鉆探資料的位置，最好能選有地質(zhì)鉆孔的位置試樁。試樁的規(guī)格與工程樁一致，試樁后進(jìn)行單樁承載力和復(fù)合地基承載力檢測(cè)。設(shè)計(jì)單樁承載力特征值為500 kN，復(fù)合地基承載力≥150 kPa，以確定是否需要調(diào)整收錘標(biāo)準(zhǔn)。預(yù)制管樁施工完畢后，預(yù)制管樁樁頭的高差應(yīng)<15 cm。

（2）錘擊沉樁時(shí)，土體會(huì)受錘擊打入的管樁擠密作用，先沉入的樁易受土體水平推擠，造成偏移、變位或被垂直搓擠造成浮樁，而后沉入的樁常出現(xiàn)難以打到樁底設(shè)計(jì)標(biāo)高以致截樁過(guò)大的現(xiàn)象。因此在群樁施工時(shí)，為了保證沉樁的進(jìn)度和質(zhì)量，避免沉樁周?chē)慕Y(jié)構(gòu)破壞，打樁前應(yīng)考慮樁的密集程度、樁的規(guī)格、長(zhǎng)短和打樁機(jī)移動(dòng)便捷等因素，選擇適當(dāng)?shù)拇驑俄樞颉230+520～K230+880段管樁施工平面大、樁距小、根數(shù)多，沉樁順序選擇由中間向兩端或四周打樁。

（3）打樁機(jī)進(jìn)場(chǎng)前要對(duì)已平整的施工場(chǎng)地進(jìn)行試壓，施工場(chǎng)地的地基承載力要滿足要求，以確保打樁機(jī)施工及移動(dòng)過(guò)程中不出現(xiàn)沉陷[2]。對(duì)于局部地基承載力不能滿足要求的軟弱部位可采用鋪墊整塊鋼板進(jìn)行作業(yè)。打樁機(jī)進(jìn)場(chǎng)后，檢查設(shè)備能否正常、安全運(yùn)轉(zhuǎn)，檢查各儀器儀表與部件是否齊全且靈敏有效，按照已確定的打樁順序，移動(dòng)調(diào)整打樁機(jī)，將打樁機(jī)對(duì)位、調(diào)直、調(diào)平。

（4）起吊預(yù)應(yīng)力管樁，先在準(zhǔn)備起吊的管樁上拴好鋼絲繩及索具，鋼絲繩及索具的選用要經(jīng)過(guò)計(jì)算，各項(xiàng)指標(biāo)須驗(yàn)算合格。插樁、接樁中的管樁起吊，可采用一點(diǎn)法吊樁，吊樁吊點(diǎn)位置在距離樁頭0.21倍樁長(zhǎng)處[3]。啟動(dòng)汽車(chē)吊起吊管樁，使樁底垂直對(duì)準(zhǔn)樁位，緩緩下放管樁，將管樁插入地面，插樁位置要準(zhǔn)確。隨后在樁頂扣好樁帽或樁箍，扣好后卸除索具。將樁錘壓著插入地面的管樁，靠樁錘的自重將管樁壓入地面下30～50 cm，再用全站儀或線墜對(duì)管樁進(jìn)行雙向校正，使管樁垂直穩(wěn)定。管樁插入地面時(shí)，管樁的垂直度偏差要求控制在0.5%以?xún)?nèi)。管樁在打入前，為便于在沉樁中觀測(cè)、記錄相關(guān)數(shù)據(jù)，在樁的側(cè)面設(shè)置標(biāo)尺。

（5）沉樁開(kāi)始時(shí)，采用較低落距錘擊管樁，錘擊過(guò)程采用重錘低擊，且樁錘、送樁與樁保持在同一軸線上。錘擊沉樁時(shí)，樁身傾斜率要嚴(yán)格控制，及時(shí)糾偏，傾斜率不得超過(guò)0.8%。沉樁過(guò)程有貫入度劇變、樁身嚴(yán)重回彈或突然傾倒、移位、樁身開(kāi)裂、樁頂出現(xiàn)嚴(yán)重裂縫、破碎等情況發(fā)生時(shí)，要立即暫停沉樁，待分析查明原因，采取有效措施處置后方能繼續(xù)沉樁作業(yè)。根據(jù)地勘資料，K230+520～K230+880段預(yù)應(yīng)力預(yù)制管樁的樁端持力層為硬質(zhì)土或巖，根據(jù)施工規(guī)范要求以貫入度來(lái)控制錘擊沉樁，當(dāng)沉樁的貫入度達(dá)到控制貫入度要求，而樁底端未能達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)高時(shí)，進(jìn)入最后一階段錘擊貫入100 mm或錘擊30～50擊，其平均貫入度不能大于控制貫入度，且樁底端距離設(shè)計(jì)樁底高程要<3 m，若超過(guò)上述規(guī)定，則應(yīng)聯(lián)系各方參建單位研究處理。

（6）管樁的節(jié)段對(duì)接采用焊接連接。在上一節(jié)段管樁露出地面的樁頭在≥50 cm時(shí)，即進(jìn)行下一節(jié)段管樁吊樁、對(duì)接、焊接。上下節(jié)段管樁接樁應(yīng)順直，嚴(yán)格控制上下節(jié)段管樁接頭的錯(cuò)位，偏差值≤2 mm。對(duì)接焊接前，用鐵刷子將管樁對(duì)接面的上下端板表面清刷干凈，焊接坡口處要清刷至露出金屬光澤，以確保焊接質(zhì)量。安排兩個(gè)焊工對(duì)管樁接頭進(jìn)行對(duì)稱(chēng)施焊，焊接層數(shù)不得少于兩層，外層施焊必須在內(nèi)層焊渣清理干凈后進(jìn)行，焊縫要求連續(xù)、飽滿，焊好后的管樁要自然冷卻>8 min，不得焊好即打或用水冷卻。當(dāng)管樁未能達(dá)到設(shè)計(jì)樁底標(biāo)高，樁頭露出地面過(guò)長(zhǎng)時(shí)，需要采用鋸樁器進(jìn)行截樁處理。

8 施工控制要點(diǎn)

管樁運(yùn)輸?shù)竭_(dá)施工現(xiàn)場(chǎng)后，應(yīng)進(jìn)行嚴(yán)格檢查驗(yàn)收，檢查合格后才允許使用。支墊管樁的墊木位置要準(zhǔn)確，同一層墊木應(yīng)保持同一平面，不同層間墊木應(yīng)材質(zhì)一致，且上下對(duì)齊。管樁混凝土澆筑完成后及時(shí)進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，確保養(yǎng)護(hù)齡期結(jié)束后樁身混凝土強(qiáng)度要達(dá)到設(shè)計(jì)要求才能進(jìn)行錘擊沉樁。沉樁過(guò)程中要對(duì)入土深度、樁頂標(biāo)高、最后貫入度、樁錘落距、錘擊數(shù)等施工參數(shù)做好記錄。施工后以復(fù)合地基荷載試驗(yàn)檢測(cè)為主要方式。管樁頂路基填筑時(shí)，在樁帽頂上0.5 m的高度范圍內(nèi)使用小型壓路機(jī)碾壓，以避免大型壓路機(jī)碾壓破壞樁頭。

9 檢測(cè)驗(yàn)收

本工程預(yù)制混凝土管樁依據(jù)相關(guān)規(guī)范規(guī)定進(jìn)行了全數(shù)量管樁施工質(zhì)量檢測(cè)，檢測(cè)內(nèi)容包括低應(yīng)變法檢測(cè)樁身完整性、堆載法檢測(cè)單樁豎向抗壓承載力和復(fù)合地基豎向抗壓承載力等三項(xiàng)。經(jīng)檢測(cè)：樁身完整性檢測(cè)全部管樁為Ⅰ類(lèi)樁，單樁豎向抗壓承載力檢測(cè)的實(shí)測(cè)承載力特征值為500 kN，復(fù)合地基豎向抗壓承載力檢測(cè)的實(shí)測(cè)承載力特征值為150 kPa，均滿足規(guī)范與設(shè)計(jì)要求。

10 結(jié)語(yǔ)

廣西賀州至巴馬高速公路（象州至來(lái)賓段）K230+520～K230+880段填土路基基底為錳礦尾礦軟基，通過(guò)打入預(yù)應(yīng)力預(yù)制混凝土管樁進(jìn)行處理。該段路基填土后經(jīng)過(guò)了半年時(shí)間的觀測(cè)，路基沉降在允許范圍內(nèi)，表明預(yù)應(yīng)力預(yù)制混凝土管樁能很好地處理20 m深的軟基，后期計(jì)劃將預(yù)應(yīng)力預(yù)制混凝土管樁運(yùn)用到更深層的軟基處理中，并對(duì)施工工藝及參數(shù)進(jìn)行完善總結(jié)。

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