公路軟基處理中預應力混凝土管樁技術的應用研究

石為軍

上海市政工程設計研究總院（集團）有限公司，中國·上海 200092

軟土地基的壓縮性較強，而且承載能力弱，難以作為公路工程的持力層進行使用。需要利用軟土地基進行優化處理，增加其承載力。預應力混凝土管樁技術的應用存在很大的優勢，其中可以提升單樁承載力，并強化穿透力，且樁身的錘擊性較強，在公路軟土地基處理中得到有效應用。論文主要結合海口市長天路南延長線工程施工（3標）等實際案例，對預應力混凝土管樁技術在公路軟基處理中的應用方法進行探究，旨在進一步強化軟基處理效果，保障公路工程施工質量的提升。

公路軟基處理；預應力混凝土；管樁技術；應用

1 引言

在市場經濟高速發展背景下，社會各界對公路工程建設質量提出了更高的要求。在公路軟土地基處理方法包含很多種，如強夯法、土石換填法、水泥置換樁法等，而預應力混凝土管樁施工技術的應用具有較大的優勢特點，可以進一步提升公路軟土地基處理效果。

2 工程概況

長天互通立交節點為長天路南延長線施工三標，包含長天路南延長主線ZB3+200～ZBK3+637 段城市主干路及長天互通建設內容，節點位于海口市秀英區獅山鎮，主要服務于長天路沿線以及長流組團及中心城區西部的進出城交通，該互通的建設將區域內的主要交通路網中的濱海大道、椰海大道、南海大道以及海秀快速路等東西向城主主要干道通過長天路與G98 高速銜接起來，實現G98 高速公路與周邊區域交通出行的快速轉換，并且充分發揮長天路通道貫通性交通功能，完善進出城交通體系，提升沿線出行品質及通行能力。長天互通立交采用為A 型單喇叭+三岔T 型互通立交，根據海口市工程項目建設時序安排，一期工程建設范圍為與 G98 高速相連A 型單喇叭以及與長天路北向相連的匝道。一期建設工程包含長天路新建長度442.775m，樁號范圍ZBK3+200～ZBK3+642.775；G98 改造長度1 公里，樁號范圍G98K599+800～G98K600+800，匝道共計10 條，總長度2959.784m。本工程ZBK3+560～ZBK3+620、NK0+915～NK0+114、HK1+273～HK1+329 段原為荒草密林，勘探過程中ZBK3+475～ZBK3+675 段地形較平整，植被茂密，并在該段布設了3個鉆探孔，3個鉆孔揭示的地質情況均為正常地層，該路段處于兩個鉆孔中間區域。根據2022 年3 月28 日施工單位發出的聯系單，路基主線樁號ZBK3+560、ZBK3+620、NK0+91.5～NK0+114、HK1+273～HK1+329處進行清表作業時，清表30cm 后發現該段分布垃圾堆。代建單位組織設計單位、監理單位、勘察單位與施I 單位到現場核查，情況屬實。由勘察單位進行補勘及說明，根據補勘說明，此垃圾坑原為玄武巖巖坑，周邊居民將樹枝及生活垃圾堆棄而成，厚度2.0～7.8m，占地面積3001m2，主要成分為枯樹枝、生活塑料袋，局部見橡膠輪胎、工業垃圾等。其不適宜作為路基持力層，故進行設計變更。通過論證，在該工程中的軟基處理中，需要使用預應力混凝土管樁施工技術進行處理，才能為后續公路工程的實施奠定良好的基礎[1]。其中，該項目預應力混凝土管樁軟基橫斷面如圖1 所示。

圖1 預應力混凝土管樁軟基橫斷面

3 預應力混凝土管樁施工技術的應用優點

預應力混凝土管樁的優勢體現在：①單樁承載力較高，預應力管樁樁身是由混凝土制作而成，整體強度較高。②適用范圍較廣，可以結合具體運用需求，對預應力管樁規格大小進行針對性生產。③方便后期施工。預應力管樁的長度范圍是明確的，在吊裝過程中可以利用吊鉤勾住管樁兩端，方便起吊。④不受機械約束的成樁長度。前一截樁身打入地下之后，才能夠進行后一節的焊接操作。所以，它能夠有效掌控管樁的樁長，消除機械的約束干擾。⑤穿透力較強。管樁樁身的強度較大，在強大的錘擊作用力下也不會損壞樁身，能夠透過緊密的砂層，耐打效果較強。

4 預應力混凝土管樁技術在公路軟基處理中的應用

4.1 管樁的選用

為了提升管樁施工效果，需要結合工程地質條件、建設區域抗震設防烈度、上部結構特點、荷載大小及性質、施工條件、沉樁設備等因素，對管樁規格進行科學選擇，確保選擇過程嚴格遵循國家建筑標準設計圖集10G409《預應力混凝土管樁》的相關要求[3]。在此過程中需要匯集各個參建方進行共同探討分析，從而保障選擇的管樁符合實際工程施工需求。本項目垃圾土層較軟，下部為玄武巖層，故用于路基處理的管樁應視為摩擦端承樁，長徑比不宜大于80，樁徑不宜小于400mm。如果單根樁是由多節樁拼接而成，在配裝設計時，需要結合樁自身所能夠承受的豎向、水平力，確保最上面的一節樁的型號或壁厚高于下節樁；一般情況下，樁尖包含十字型、開口型、錐型等，在選擇樁尖類型時，需要結合施工現場的地質條件，并根據工程實際要求進行專業設計和優化選擇。

4.2 明確管樁的施工要求

在管樁施工技術應用中，需要確保樁身的混凝土達到設計強度及齡期，一般情況下，需要在常壓條件下持續養護28d，在壓蒸養護條件下養護1d，之后才能開展沉樁處理；在沉樁前，需要對管樁的外觀質量進行嚴格檢查，并對其尺寸偏差嚴格控制在允許范圍內，確保其符合GB13476—2009《先張法預應力混凝土管樁》的有關規定；要做好相關資料的驗收工作，尤其要對管樁的出廠檢驗報告、管樁產品合格證等文件進行嚴格核驗，從而保障管樁質量。

4.3 沉樁處理

在選擇沉樁機械設備時，需要結合相關設計文件的要求，同時對工程勘察報告進行詳細閱讀，以便了解施工場地周邊環境情況，從而保障選擇的沉樁機械設備與現場地質、土壤等條件相契合。通常情況下，管樁沉樁機械包含以下兩種：錘擊法機械主要是使用柴油錘、液壓錘，在液壓錘應用過程中，把錘體活塞向上運動到預設高度，然后自由落體，在強大的沖擊力作用下，把管樁沉入土體中；靜壓法沉樁主要是使用液壓式機械進行操作，結合操作方法的不同，可以分為頂壓式和抱壓式兩種。在本項目實施中，結合地勘資料，采用靜壓法沉樁。該方式主要是利用靜壓樁機的自重作用力，使管樁沉入到預設深度；沉樁作業過程中，需要保障樁錘、樁帽與樁身始終處在相同的軸線上；要對第一節管樁插入地面時的垂直度進行合理控制，并將其偏差控制在0.3%以內；沉樁過程中，要動態觀測樁身的垂直度，將其偏差控制在0.5%以內；當樁尖進入較硬土層后，不允許使用移動樁架等進行強行回扳糾偏；要保障接樁、送樁過程的持續性，避免中斷，盡量縮短中間停歇時間。靜壓法沉樁的具體操作中需要注意以下情況：①使用頂壓式樁機進行操作時，需要在樁帽與樁之間設置彈性襯墊。②采用抱壓式樁機時，不要把夾具設置在樁身兩側的合縫位置，同時需要結合工程設計經驗，對樁身允許抱壓壓樁力進行科學計算。

4.4 管樁拼接

①在施工過程中，需要盡量控制接樁次數，當樁尖穿過硬土層后才能進行接樁作業，應避免樁尖接近或處于硬持力層時接樁。單樁的接頭數量控制在3 個以下。同時需要結合工程地質情況，對管樁接頭采取有效的防腐措施。②上、下節樁拼接成整樁時，需要利用端板焊接連接或機械接頭進行連接，接頭連接強度控制在管樁樁身強度以上。相鄰近樁的接頭不應位于同一豎直平面上。③接樁時，其入土部分管樁的樁頭宜高出地面0.5～1.0m。④下節樁的樁頭處宜設導向箍，以便于上節樁就位[2]。在接樁作業過程中，需要確保上下節樁段應始終處于順直狀態，并對其錯位偏差進行嚴格控制，一般不大于2mm。⑤在焊接作業過程中，要提前對管樁接頭質量進行嚴格檢驗和核查，確保其質量合格，并對上下端板表面進行清潔處理，確保其整潔性，必要情況下需要使用刷子進行涂刷，清除表面的油污和鐵銹，保障表面光澤性。⑥焊接作業時，需要對坡口圓周進行點焊，并保障焊點對稱性，其焊點數量一般為5 點左右，待上下樁節固定后拆除導向箍再分層對稱施焊。⑦在焊接作業中，需要通過手工焊方式進行焊接，同時也可以利用二氧化碳氣體保護焊，在此過程中要保障焊縫應飽滿、連續，且根部必須焊透，保障焊接質量符合相關驗收規范的要求。對于外徑大于800mm 的管樁，宜采用內外兩面焊的焊接形式。

4.5 試樁要求

①在預應力管樁施工前，需要按照設計及規范要求，在現場展開工藝性試樁作業，從而可以對各類機械設備的參數進行收集，以便保障大面積施工的施工質量。②按照相關規范要求，結合設計確定的基樁受力狀態，展開試驗樁檢測工作，并在此基礎上開展靜壓力試驗，以便明確單樁豎向承載力特征值，檢測數量要在3 根以上；當預計工程樁總數小于50 根時，檢測數量不應少于2 根。本工程試樁數量選取4 根[3]。③設計承載力要求：設計單樁豎向承載力特征值要高于500kN，復合地基承載力要求高于120kPa。④試樁布置間距為2m，預應力管樁規格需要嚴格按照相關規范要求確定。⑤施工完成后，需要開展單樁極限承載力試驗和樁身完整性檢測。

4.6 注意事項

①非必要不要截樁，必要截樁的情況下，需要保障截樁后管樁的質量。并使用專用的鋸樁器進行操作。②嚴格按照相關規范要求進行冬季施工，同時結合地基的主要凍土性能指標，制定針對性的應對方法。為了保障施工質量，一般需要采用混凝土有效預壓應力值較大且采用壓蒸養護工藝生產的PHC 樁。③樁頂墊層應采用摻5%水泥的灰土。④在管樁樁帽施工完成后，先攤鋪200mm 厚灰土，然后在灰土上鋪設一層鋼塑格柵，再攤鋪200mm 厚灰土，并在其上鋪設一層鋼塑格柵，完成后再攤鋪200mm 厚灰土，灰土墊層總厚度600mm。⑤在樁頂地表開槽現澆混凝土樁帽，采用C25 混凝土現澆，樁帽通過樁塞混凝土與管樁連接，樁身嵌入樁帽不小于5cm。

4.7 質量檢驗

①為了保障施工質量，需要對樁身完整性進行嚴格檢驗，確保其質量符合設計要求，通常情況下，檢測方式為低應變動力試驗，保障檢查數量符合標準要求，但需要控制在10 根以上。②在質量檢驗工作中，還需要對單樁的載荷能力進行綜合性檢測，一般情況下需要使用單樁載荷試驗方式進行檢測，其抽檢數量需要超過總樁數的1%。在抽檢過程中需要按照相應比例進行均勻抽取樣本檢測，確保單樁承載力與設計要求保持契合性。③在公路工程施工中，地基是整體工程的重要基礎，可以保障公路工程的穩定性與安全性，因此需要利用復合地基載荷試驗，對一定數量的樁體進行檢測，并對樁體樣本進行均勻抽取，確保復合地基承載力符合設計要求。

5 結語

綜上所述，隨著社會經濟的發展，公路工程建設數量和建設規模日益拓展，同時對公路施工質量提出了更高的要求。在公路工程實施中往往會遇到軟土地基，對公路工程結構穩定性造成一定的危害，因此需要采取科學方法對軟基進行優化處理。預應力混凝土管樁的單樁承載力較強，適用范圍廣，穿透力較強，可以進一步強化路基的承載力和耐久性，而且施工操作較為簡單，工期較短，成本不高，在公路工程軟基處理中得到廣泛應用。在具體操作中需要選擇合適的管樁類型，并對沉樁、拼接、試樁等環節進行合理管控，保障整體預應力混凝土管樁施工效果的提升。