PTC管樁(預(yù)應(yīng)力混凝土薄壁管樁)是采用高強(qiáng)混凝土和預(yù)應(yīng)力技術(shù)發(fā)展的一種混凝土等截面圓筒薄壁構(gòu)件。工廠化生產(chǎn)，運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)后，壓入軟土路基。其處理方法具有單樁承載力高、施工速度快、無(wú)噪音無(wú)污染、質(zhì)量穩(wěn)定、造價(jià)合理等優(yōu)點(diǎn)，在公路軟基處理、新老公路拼寬控沉方面得到廣泛應(yīng)用，處理深可達(dá)40m以上，為深厚軟土路基處理提供了有效方法。
1工程及地質(zhì)概況
某高速公路的互通連接線大部分路段穿越軟土地基，局部路段為深厚軟土地基，沿線河網(wǎng)交錯(cuò)，結(jié)構(gòu)物眾多，填土高度大。在K2+200～+342，K2+442～+502路段，地層表部為0.5-3.0m厚灰褐色亞粘土，中部為厚8-15m淤泥質(zhì)亞粘土，底部為中密狀粉砂、泥巖，地基應(yīng)加固處理。土層物理力學(xué)指標(biāo)見(jiàn)表1。
2處理方案分析與選擇
深厚軟土地基處理方案設(shè)計(jì)是以有效控制地基的沉降量為原則，兼顧經(jīng)濟(jì)，方便施工。目前主要有水泥攪拌樁(干法、濕法)、CFG樁、Y型沉管樁、PTC管樁等復(fù)合地基處理方法，其適用范圍、技術(shù)經(jīng)濟(jì)性各有特點(diǎn)。
2.1水泥攪拌樁
水泥攪拌樁法施工速度較快、加固效果好，軟土深度不大于10m時(shí)造價(jià)低，但受土質(zhì)條件限制較多，存在施工工藝參數(shù)不易控制、加固深度淺(一般12-14m之內(nèi))、深層成樁困難、深層加固效果難以保證等問(wèn)題。
2.2CFG樁復(fù)合地基
CFG樁為水泥粉煤灰碎石樁，由碎石、石屑、砂、粉煤灰摻水泥加水拌和，用各種成樁機(jī)械制成的強(qiáng)度等級(jí)在C5-C25間可變強(qiáng)度樁。其加固深度可達(dá)18m，當(dāng)軟土深度10-15m時(shí)經(jīng)濟(jì)合理，但采用振動(dòng)法有擾動(dòng)，長(zhǎng)管螺旋鉆施工需要工作面大。
2.3Y型沉管樁
Y型沉管樁發(fā)揮了等截面非圓形樁側(cè)表面積增大、摩阻力提高的特點(diǎn)，大幅提高基樁承載力，是一種較好的新型樁基技術(shù)。但由于Y型沉管樁由于沉樁時(shí)的擠土效應(yīng)和錘擊法施工時(shí)的振動(dòng)效應(yīng)，不宜在建筑物集中的區(qū)域施工，施工質(zhì)量不僅受地質(zhì)影響，而且還受施工隊(duì)伍的素質(zhì)、經(jīng)驗(yàn)的影響。
2.4PTC管樁
PTC管樁可壓入持力層1-2m，將荷載直接傳遞至持力層，設(shè)置樁帽、碎石褥墊層擴(kuò)散荷載，降低樁間土承載力，減少路基沉降。當(dāng)填土高度超過(guò)3倍地基極限高度時(shí)，宜選用管樁法。
根據(jù)該高速公路互通連接線工程地質(zhì)特征(下臥承載力較高的持力層，表層有硬殼層，中間層厚且承載力低)，經(jīng)綜合比較分析，選用PTC管樁處理方案。
3PTC管樁處理深厚軟土路基特點(diǎn)
3.1處理軟基范圍廣
PTC管樁是由樁側(cè)阻力和樁端支承力共同承受上部荷載，能穿透普通軟土層及粉砂粘土層，可選擇強(qiáng)風(fēng)化巖層、全風(fēng)化巖層、堅(jiān)硬的粘土層或密實(shí)的砂卵石層等多種土質(zhì)作為持力層，且對(duì)持力層起伏變化大的地質(zhì)條件適應(yīng)性強(qiáng)，因此處理軟基范圍廣。尤其適用于堆載預(yù)壓(排水固結(jié)法)和水泥土攪拌樁(含干法和濕法)等方法難以處理的20m以上深厚軟土區(qū)域。
3.2施工質(zhì)量可靠
PTC管樁經(jīng)高速離心成型和二次濕熱養(yǎng)護(hù)工廠化制作，管樁水泥混凝土抗壓強(qiáng)度可達(dá)70MPa以上。施工中采用靜壓樁機(jī)進(jìn)行沉樁施工，壓樁力可通過(guò)壓力表直觀、安全、準(zhǔn)確地反映，因而對(duì)樁體承載力的控制、判斷精確度高；沉樁長(zhǎng)度可直接監(jiān)測(cè)，沉樁質(zhì)量可靠。
3.3單樁承載力高
由于PTC管樁樁身混凝土強(qiáng)度高，可壓入密實(shí)的砂層和強(qiáng)風(fēng)化巖層，確保樁基礎(chǔ)嵌固在較好的持力層上，樁端支承力高。單樁承載力比同截面的沉管灌注樁、鉆孔灌注樁高1-4倍，比水泥土攪拌樁高7-10倍。
3.4施工速度快
PTC管樁較其他軟基處理方法施工進(jìn)度快，靜壓法沉樁施工，在普通地質(zhì)條件下，3-5分鐘即可壓入5m長(zhǎng)管樁。沉樁完畢，樁體承載力即可達(dá)到最終承載力的80%以上。施工速度快于堆載預(yù)壓法、水泥土攪拌樁、CFG樁和Y型樁。
3.5綜合造價(jià)低
雖然PTC樁每米造價(jià)較水泥攪拌樁等方法高，但由于靜壓法沉樁對(duì)樁身破壞小，送樁到位率高，截樁少，處理15m以上深厚軟基其經(jīng)濟(jì)性更為明顯。PTC管樁施工速度快，工期顯著縮短，可提前投入運(yùn)營(yíng)；工后沉降小，運(yùn)營(yíng)養(yǎng)護(hù)費(fèi)用少，綜合造價(jià)低。
4工藝原理
采用PTC管樁樁徑40cm(壁厚6cm，C60混凝土)樁距2.5-3.5m，樁帽邊長(zhǎng)1.2-1.6m，以頂壓式靜壓法壓入持力層，樁體將荷載傳遞給持力層，可較好地發(fā)揮樁端阻力作用；管樁壓入軟土層對(duì)管樁周圍土層產(chǎn)生擠壓作用，樁端承載力、樁側(cè)摩阻力得到進(jìn)一步提高，利用管樁的支承作用、樁側(cè)摩擦力承受路基荷載。PTC管樁頂一般設(shè)樁帽，擴(kuò)大樁頂面積，樁帽上鋪筑碎石墊層，根據(jù)軟土狀況考慮是否鋪設(shè)土工格柵，通過(guò)碎石墊層、土工格柵、樁帽的荷載擴(kuò)散作用，進(jìn)一步減輕樁間土荷載，從而減少軟土壓縮，達(dá)到控制軟土路基沉降的目的。
5關(guān)鍵施工工藝
5.1壓樁
壓樁前應(yīng)將地下障礙物探明并清除干凈，在樁身上劃出每米長(zhǎng)度標(biāo)記，以便觀察樁的入土深度及記錄對(duì)應(yīng)壓力值。通過(guò)標(biāo)高測(cè)量，在送樁器上做好最后1m及最終送樁深度標(biāo)記，通過(guò)水準(zhǔn)儀配合控制。合理調(diào)配管節(jié)長(zhǎng)度，每根樁的管樁接頭數(shù)不宜超過(guò)4個(gè)；樁的接頭位置應(yīng)相互錯(cuò)開(kāi)0.5m以上。壓樁順序應(yīng)遵循減少擠土效應(yīng)，避免管樁偏位的原則。一般應(yīng)先深后淺，先大后??；盡量避免樁機(jī)反復(fù)行走，擾動(dòng)地面土層；循行線路應(yīng)經(jīng)濟(jì)合理，使得吊樁、喂樁方便。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)情況，可沿道路一端至另一端、路幅一側(cè)至另一側(cè)蛇形順序壓樁。壓樁前應(yīng)按所選樁機(jī)型號(hào)對(duì)預(yù)應(yīng)力管樁進(jìn)行試壓，以確定壓樁的技術(shù)參數(shù)。壓好第1節(jié)樁至關(guān)重要，首先要調(diào)平機(jī)臺(tái)。管樁壓入前要準(zhǔn)確定位、對(duì)中，在壓樁過(guò)程中，宜用兩臺(tái)經(jīng)緯儀在互相垂直的兩個(gè)方向，監(jiān)控樁的垂直度(垂直度偏差不大于0.5%)，壓樁速度一般以1.0-2.0m/min為宜。施工過(guò)程應(yīng)對(duì)壓樁進(jìn)行全程監(jiān)控測(cè)量，并隨時(shí)對(duì)樁身進(jìn)行調(diào)整、校正，以保證樁的垂直度。詳細(xì)記錄每入土1m時(shí)壓力表的壓力值。在壓樁過(guò)程中，應(yīng)隨時(shí)檢查壓樁壓力、壓入深度，當(dāng)壓力表讀數(shù)突然上升或下降時(shí)，應(yīng)停機(jī)對(duì)照地質(zhì)資料進(jìn)行分析，查明是否碰到障礙物或產(chǎn)生斷樁等情況。
5.2接樁
下節(jié)樁段的樁頭宜高出地面0.5m，接樁時(shí)上下節(jié)樁段應(yīng)保持順直，錯(cuò)位偏差不大于2mm。接樁就位糾偏時(shí)，不得采用大錘橫向敲打。樁對(duì)接前，上下端板表面應(yīng)采用鋼絲刷清刷干凈，坡口處應(yīng)刷至露出金屬光澤；加上定位板，再把上段樁吊放在下段樁端板上，依靠定位板把上下樁段接直，接頭處如有空隙，應(yīng)采用楔形鐵片全部填實(shí)焊牢；接樁上下接段軸線偏差不大于5mm，節(jié)點(diǎn)彎曲矢高不大于樁段的0.1%；焊接宜在樁四周對(duì)稱進(jìn)行，待上下樁節(jié)固定后拆除導(dǎo)向箍再分層施焊；焊接層數(shù)不得少于兩層，第一層焊完后必須把焊渣清理干凈，方可施焊第二層，焊縫應(yīng)連續(xù)、飽滿；焊好后的樁接頭應(yīng)自然冷卻后方可繼續(xù)施壓，自然冷卻時(shí)間不宜少于8分鐘；嚴(yán)禁采用水冷卻或焊好即施壓；樁冷卻后涂刷一層瀝青防腐層，涂好后繼續(xù)壓樁。如有多節(jié)管樁，重復(fù)以上工序。
5.3終壓
終壓須對(duì)標(biāo)高及送樁壓力進(jìn)行雙控，送樁壓力偏差應(yīng)在±5%以內(nèi)，終壓后的樁頂標(biāo)高偏差為±50mm。
通過(guò)對(duì)某高速公路互通連接線基樁施工后所進(jìn)行的低應(yīng)變與高應(yīng)變動(dòng)力檢測(cè)結(jié)果表明，其單樁承載力均能滿足設(shè)計(jì)要求，Ⅰ類樁占95%以上，工后路基最大沉降量小于7cm，控制路基沉降效果明顯。
參考文獻(xiàn)：
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2、楊軼．管樁的應(yīng)用和研究現(xiàn)狀分析．中外建筑，2007(9)：110-112
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