1.引言
預應力混凝土管樁地基加固屬于剛性樁復合地基，樁體通常以水泥為主要膠結(jié)材料，有時由混凝土或由混凝土和其他摻合料構(gòu)成，樁身強度較高。為保證樁土共同作用，通常在樁頂設置一定厚度的褥墊層。剛性樁復合地基較散體材料樁復合地基和柔性樁復合地基具有更高的承載力和壓縮模量，而且復合地基承載力也具有較大調(diào)整幅度。
現(xiàn)以廣州至珠海鐵路工程DK68+105～DK68+195段路基為例詳細闡述管樁施工工藝及其成效。
2.設計情況概述
廣珠鐵路DK68+105～DK68+195段路基設計為預應力管樁基礎(chǔ)，路基頂寬13m。路肩以下4m范圍內(nèi)路基邊坡坡比設計為1：1.5，邊坡防護形式為立體植被網(wǎng)內(nèi)灑種草籽+栽種灌木，路基填高4m以下部分路基邊坡坡比設計為1：1.75，路基防護形式為干砌片石護坡及墁石基礎(chǔ)。路基填高設計在5.0～7.53m之間，管樁樁長設計為12～17m之間。
2.1工程地質(zhì)及水文地質(zhì)概況
2.1.1地層巖性
?、?：填筑土，厚度0.5～1.5m之間
⑵-1：淤泥，灰黑色，飽和，流塑，厚度0～5.16m之間
?、?2：淤泥質(zhì)粘土，灰黑色，飽和，流塑，厚度2.43～2.67m之間
?、?6-1：粘土，灰褐色，軟塑，厚度0.3～2.08m之間
?、?9-1：細砂，褐灰色，飽和，松散，厚度0～0.8m之間
⑸-1-2：粘土，褐紅色，硬塑，厚度0～0.5m之間
?、?2-1：砂巖，褐紅色，全風化，厚度0.8～1.32m之間
?、?2-2：砂巖，褐紅色，強風化，厚度2.5m以上
2.1.2水文地質(zhì)條件
地表水及地下水均較發(fā)育，地下水及地表水水質(zhì)均無侵蝕性。碳化環(huán)境條件為T2等級。
2.2設計依據(jù)
2.2.1地基土的地質(zhì)條件：
?、?1：淤泥，灰黑色，飽和，流塑，II級
r=15.99KN/m3，c=7.6kPa，Φ=4.67°，Φcu=12.45°，Ch=1.43*10-3cm2/s，Cv=0.93*10-3cm2/s，ES=2.18Mpa；
⑵-2：淤泥質(zhì)粘土，灰黑色，飽和，流塑，II級
r=17.35KN/m3，c=10.58kPa，Φ=7.06°，Φcu=14.73°，ES=3.35Mpa；
?、?6-1：粘土，灰褐色，軟塑，II級
r=19.18KN/m3，c=18kPa，Φ=20°，Φcu=20°，ES=4.43Mpa；
2.2.2管樁壁厚為0.1m，單樁承載力為924KN。
2.3預應力管樁施工要求
2.3.1全段軟土地基采用管樁加固，樁徑0.4m，樁間距2.2m，特殊位置樁間距不小于1.6m，正方形布置，樁頂設0.6m砂礫墊層，中間鋪設一層土工格柵，其抗拉強度不小于260KN/m，幅寬不小于5m；
2.3.2樁長12～17m，穿過軟弱層至硬層，長徑比不大于100。
2.3.3當在設計樁長范圍內(nèi)遇到硬層，沉樁困難時，采用樁尖引入法施工。
2.3.4預應力管樁技術(shù)要求：PHC型；混凝土強度等級C80；樁徑40cm，施工采用震動錘擊式或靜壓方式沉樁。
2.3.5樁帽采用C30鋼筋混凝土現(xiàn)澆，頂寬140cm，樁帽高35cm。與樁帽相連的樁面應平整并且水平，深入樁帽中不少于5cm。
2.3.6接樁均采用鋼端板焊接法焊接。焊好的樁接頭應自然冷卻后施打。焊接處的強度不低于出廠的強度。
2.3.7管樁從線路中心往兩側(cè)布樁，坡腳處有1排樁。施工場坪平整，橫斷面方向做成約4%的橫向排水坡，縱斷面方向難以平整時，挖成不陡于1：5的臺階，臺階高0.6m左右。場地平整后，應鋪設30～50cm厚的工作墊層，清土和截樁時，不得造成樁頂標高以下樁身斷裂和擾動樁間土。
2.3.8在預應力管樁施工地段加強地表變形監(jiān)測，在線路中心、路基兩側(cè)坡腳、以及坡腳外6～10m各設一排觀測樁，縱向間距50～100m。施工期間每天進行地表變形監(jiān)測，實測地表變形量，測量精度不大于1mm，并做好詳細記錄，以備路基沉降分析用。
2.3.9管樁施工完畢后，樁頂高差控制在15cm以內(nèi)。各工點單樁載荷試驗不少于3根，小應變動力監(jiān)測（單樁承載力試驗）數(shù)量不少于總樁數(shù)的5%。
2.3.10施工注意事項
2.3.10.1第一節(jié)管樁起吊就位插入地面的垂直度偏差不大于0.5%，并用長條水準尺或其它測量儀器校正；必要時，拔出重插。施打中，樁錘、樁帽、樁身中心線應重合。當樁身傾斜率超過0.8%時，找出原因并設法糾正；當樁尖進入硬土層后，嚴禁用移動樁架等強行回扳的方法糾偏。
2.3.10.2在較厚的粘土、粉質(zhì)粘土層中施打管樁，不采用大流水打樁施工法，將每一根樁一次連續(xù)打到底，減少中間休歇時間。
2.3.10.3如實、及時、準確地做好管樁施工記錄。
3.施工情況概述
為加快施工進度，現(xiàn)場采用震動錘擊式與靜壓方式沉樁同時進行。
3.1錘擊法管樁插打施工工藝
選用柴油錘、錘重5噸的樁機。該樁機施工效率為300～400米/天。管樁施工時擠土效應明顯，在軟粘土層中引起較大的超靜空隙水壓力，管樁跳樁施工，分2～3次施工完成，這樣有利于管樁打入過程中產(chǎn)生的超靜空隙水壓力的消散。
管樁的施工流程及施工要點如下：
3.1.1整平場地，清除樁機范圍內(nèi)高空、地面及地下障礙物，并做好排水措施。
3.1.2根據(jù)打樁施工區(qū)域內(nèi)的地質(zhì)情況和基礎(chǔ)幾何形狀，在合理選擇打樁順序，對周圍建筑物采取預防措施的基礎(chǔ)上，進行施工放樣，定出樁基軸線并設立高程指示?？紤]到管樁施工存在明顯的擠土效應，為避免出現(xiàn)土拱現(xiàn)象和產(chǎn)生超孔壓，合理的安排打樁順序顯得非常重要，一般情況下，采用如下順序：橋頭到路基；中線到兩側(cè)。
3.1.3樁機就位，管樁采用平板車運輸，按規(guī)格，樁號堆放，堆放于起重鉤工作半徑范圍內(nèi)，施工前應再次逐根檢查，檢查混凝土樁有無嚴重質(zhì)量問題，對管樁兩端應清理干凈，施焊面上有油漆雜物污染時，應清刷干凈。
3.1.4插樁。樁打入過程中修正樁的角度較困難，因此就位時應正確安放。第一節(jié)管樁插入地下時，要盡量保持位置方向正確，插入地面時的垂直度偏差不得超過0.5％。開始要輕輕打下，認真檢查，若有偏差應及時糾正，必要時要撥出重打。校核樁的垂直度可采用垂直角，及用兩個方向（互成90°）經(jīng)緯儀使導架保持垂直。通過樁機導架的旋轉(zhuǎn)、滑動及停留進行調(diào)整。經(jīng)緯儀應設置在不受打樁影響范圍內(nèi)，并經(jīng)常加以調(diào)平，使之保持垂直。
3.1.5錘打。因地層較軟，初打時下沉量較大，宜采取低提錘，輕打下，隨著沉樁加深，沉速減慢，起錘高度可漸增。在整個打樁過程中，要使樁錘、托板、樁身盡量保持在同一軸線上。必要時應將樁錘及樁架導桿方向按樁身方向調(diào)整。要注意盡量不使管樁受到偏心錘打，以免管樁受彎受損。打樁較難下沉時，要檢查落錘有無傾斜偏心，特別是要檢查樁墊托板是否合適。如果不合適，應更換或補充軟墊。每根樁宜連續(xù)一次打完，不要中斷，以免難以繼續(xù)打下。
3.1.6接樁。接樁時要注意新接樁節(jié)與原樁節(jié)的軸線一致，兩施焊面上的泥土、油污、鐵銹等要預先清刷干凈。施工時采用焊接的方式，鋼板宜用低碳鋼，焊條宜用E4320型。當下節(jié)樁的樁頭距地面1～1.2米時，即可進行接樁，焊接時應先將四角點焊固定，然后對稱焊接，確保焊縫質(zhì)量和設計尺寸。管樁焊接施工應由有經(jīng)驗的焊工按照技術(shù)規(guī)程的要求認真進行。
3.1.7送樁。為將管樁打到設計標高，需要采用送樁器，送樁器采用鋼板制作，長4米。設計送樁器的原則是打入阻力不能太大，容易撥出，能將沖擊力有效地傳到樁上，并能重復使用。
3.1.8收錘。復合地基管樁的收錘標準不同于樁基管樁，按工程經(jīng)驗取10錘/50厘米～10錘/80厘米。
3.1.9做好打樁記錄。
3.2靜壓法管樁插打施工工藝
采用ZYC800B型靜壓樁機。
3.2.1沉樁前的準備工作
沉樁前應處理地上、地下障礙物，對場地進行平整壓實，放出樁基線并定出樁位，并在不受沉樁影響的適當位置設置水準點，以便控制樁的入土標高；接通現(xiàn)場的水、電管線，準備好施工機具；做好對樁的質(zhì)量檢驗。
3.2.2沉樁順序
沉樁順序是否合理，直接影響沉樁進度和施工質(zhì)量。在確定沉樁順序時，應考慮樁對土體的擠壓位移對施工本身及附近建筑物的影響。沉樁順序為：自中央向邊緣環(huán)形打。
3.2.3沉樁施工
3.2.3.1沉樁前的準備工作：
⑴認真處理高空、地上和地下障礙物。
?、茖ΜF(xiàn)場周圍（50m以內(nèi)）的建筑物作全面檢查。對危房進行必要的處理。
?、菍ㄖ锘€以外4～6m以內(nèi)的整個區(qū)域及打樁機行駛路線范圍內(nèi)的場地進行平整、夯實。在樁架移動路線上，地面坡度不得大于1%。
?、刃藓眠\輸?shù)缆?，做到平坦堅實。打樁區(qū)域及道路近旁應排水暢通。
?、稍诖驑冬F(xiàn)場或附近需設置水準點，數(shù)量為兩個，用以抄平場地和檢查樁的入土深度。根據(jù)建筑物的軸線控制樁定出樁基每個樁位，做出標志，并在打樁前，應對樁的軸線和樁位進行復驗。
?、蚀驑稒C進場后，應按施工順序鋪設軌墊，安裝樁機和設備，接通電源、水源，并進行試機。然后移機至起點樁就位，樁架應垂直平穩(wěn)。
3.2.3.2壓樁程序
一般情況下都采取分段壓入，逐段接長的方法，其程序如下：
測量定位→樁尖就位、對中、調(diào)直→壓樁→接樁→再壓樁→送樁(或截樁)。
⑴測量定位。施工前放好軸線和每一個樁位，在樁位中心打一根短鋼筋，并涂上油漆使標志明顯。如在較軟的場地施工，由于樁機的行走會擠走預定短鋼筋，故當樁機大體就位之后要重新測定樁位。
⑵樁尖就位、對中、調(diào)直。對于ZYC800B型壓樁機，通過起動縱向和橫向行走油缸，將樁尖對準樁位；開動壓樁油缸將樁壓入土中1m左右后停止壓樁，調(diào)正樁在兩個方向的垂直度。第一節(jié)樁是否垂直，是保證樁身質(zhì)量的關(guān)鍵。
?、菈簶?。通過夾持油缸將樁夾緊，然后使壓樁油缸伸程，將壓力施加到樁上，壓入力由壓力表反映。在壓樁過程中要認真記錄樁入土深度和壓力表讀數(shù)的關(guān)系，以判斷樁的質(zhì)量及承載力。當壓力表讀數(shù)突然上升或下降時，要停機對照地質(zhì)資料進行分析，看是否遇到障礙物或產(chǎn)生斷樁情況等。
⑷接樁，當下一節(jié)樁壓到露出地面0.8～1.0m時，應接上一節(jié)樁。
?、伤蜆痘蚪貥?。如果樁頂接近地面，而壓樁力尚未達到規(guī)定值，可以送樁。靜力壓樁情況下，只要用另一節(jié)長度超過要求送壓深度的樁放在被送的樁頂上便可以送樁，不必用專用的送樁機移位。
?、蕢簶督Y(jié)束，當壓力表讀數(shù)達到預先規(guī)定值時，便停止壓樁。
3.2.3.3終止壓樁的控制原則
本段路基管樁加固區(qū)設計為端承樁，樁尖伸入⑺-2-2：砂巖，褐紅色，強風化層，樁長12～17m。
根據(jù)廣東省標準《靜壓樁基礎(chǔ)基礎(chǔ)規(guī)程》（討論稿）規(guī)定，對于端承摩擦樁或摩擦端承樁，終壓控制標準可根據(jù)下列條件和原則綜合確定。
?、女敇度胪辽疃?5＜L≤23m時，終壓力可取樁的豎向承載力特征值的2.0～2.4倍，當樁較短且土質(zhì)差時取值接近2.4倍，樁較長且土質(zhì)較好時取值進行2.0倍并復壓2～3次；
?、飘敇度胪辽疃?m＜L≤15m時，終壓力可取樁的豎向承載力特征值的2.2～3.0倍，當樁較長且土質(zhì)較好時取值接近2.2倍，樁較短且土質(zhì)一般時取值3.0倍左右并復壓3次；
?、钱敇兜娜胪辽疃戎挥?m～8m時，終壓力可取樁的豎向承載力特征值的2.8～3.2倍并復壓3～5次；
⑷當終壓力值受到各種條件的限制而達不到本上述要求時，按實際情況降低單樁豎向承載力特征值，不得任意增加復壓次數(shù)。具體處理方法如下：
對長度為14～21m的靜壓樁，應以終壓力滿載值為終壓控制條件，視土質(zhì)情況決定是否進行復壓。若樁周土質(zhì)條件較差且設計承載力較高時，宜復壓一、二次為好。
對長度小于14m的短靜壓樁，終壓控制條件除終壓力值必須達滿載值以外，還必須滿載連續(xù)多次復壓，特別是長度小于8m的短樁，連續(xù)滿載復壓的次數(shù)應適當增多。
3.2.3.4施工注意事項
⑴壓樁施工前應對現(xiàn)場的土層地質(zhì)情況了解清楚，做到心中有數(shù)；同時應做好設備的檢查工作，保證使用可靠，以免中途間斷壓樁。
⑵壓樁過程中，應隨時注意使樁保持軸心受壓，若有偏移，要及時調(diào)整。
?、墙訕稌r應保證上、下節(jié)樁的軸線一致，并盡可能地縮短接樁時間。
?、攘繙y壓力等儀表應注意保養(yǎng)，及時檢修和定期標定，以減少量測誤差。
⑸壓樁機行駛道路的地基應有足夠的承載力，必要時需作處理。
3.3施工結(jié)果及檢測情況
3.3.1根據(jù)試驗結(jié)果，該段路基單樁承載力均滿足設計要求。（設計單樁承載力為924KN）
3.3.2通過填土開始至填土結(jié)束后這段時間對沉降速率的觀測，其結(jié)果滿足每天橫向≤5mm，縱向≤10mm的設計及《客貨共線鐵路路基工程施工技術(shù)指南》（TZ202-2008）要求。
4.管樁及其打入方式優(yōu)缺點分析
4.1管樁較適合的應用條件
4.1.1要求單樁豎向極限承載力標準值在2400～5600KN之間的建筑，選用管樁較經(jīng)濟合理；
4.1.2基巖埋深在15～30m左右，有較厚的強風化巖層作持力層，持力層標貫在45擊左右較合理；
4.1.3淤泥軟土較厚的地基、近海建筑，采用其他樁型易出現(xiàn)質(zhì)量事故的，采用管樁為首選。
4.2靜壓樁施工優(yōu)缺點分析
因靜壓樁施工工藝具有噪音小，震動小，造價低，施工速度快的特點，近年來PHC管樁無論在公路上還是在工民建中均得到了廣泛應用。
4.2.1優(yōu)點：
4.2.1.1承載力強。PHC管樁的預應力鋼筋為高強刻痕鋼絲，采用螺旋箍，摻入高效外加劑，二次攪拌，高速離心，蒸養(yǎng)-壓蒸養(yǎng)護方式，使樁身強度達C80。
4.2.1.2易于接樁。PHC管樁兩端均設有鋼板套箍，該套箍可加強耐壓性能外，又是接樁時的接頭，接樁時將套箍對焊機可，費時較少，不會影響樁的繼續(xù)施壓，因此樁的焊接加長較方便。
4.2.1.3造價低廉。PHC管樁具有單位承載力造價低，僅為鋼樁價格的1/3～2/3，并節(jié)省鋼材。
4.2.1.4施工周期短。在壓樁施工時，每臺機每天可完成40m左右長的管樁6～7根。
4.2.2缺點：
壓樁施工時易產(chǎn)生擠土效應，影響周圍建筑物，不適于建筑物密集地區(qū)施工。
5.結(jié)束語
在廣東、福建等沿海地區(qū)，管樁在各種樁型的選擇中已占主導地位。預應力管樁復合地基作為剛性樁復合地基的一種重要形式，它能夠較好的利用增強體和天然地基共同承擔荷載的潛能，依靠樁與樁間土共同作用來達到提高承載力和減小變形的目的，具有施工速度快、質(zhì)量可靠、地區(qū)適應性強、抗震性好等諸多優(yōu)點，在工程建設中得到了越來越廣泛的應用，有著廣闊的發(fā)展前景。
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