中鐵二十五局

摘要：提高高強預(yù)應(yīng)力管樁的施工質(zhì)量，保證高強預(yù)應(yīng)力管樁在加固軟土地基方面的效果，對提高建設(shè)項目的施工質(zhì)量有著積極的意義。本文結(jié)合某PHC管樁在軟土地基工程的施工為例，闡述說明了PHC管樁在鐵路軟土地基施工的加固方法和施工工藝，并分析了PHC管樁施工的質(zhì)量控制要點和主要的注意事項。

關(guān)鍵詞：PHC；預(yù)應(yīng)力管樁；軟基處理；樁網(wǎng)結(jié)構(gòu)；沉降觀測

1 引言

隨著我國運輸業(yè)的不斷發(fā)展和成熟，高速鐵路的建設(shè)項目越來越多，PHC管樁逐漸被廣泛應(yīng)用于高速鐵路路基中。但是由于PHC管樁的應(yīng)用時間較短，在施工質(zhì)量控制方面仍存在著許多的問題，所以如何采取合理的施工質(zhì)量控制措施成為了施工質(zhì)量得到提高的關(guān)鍵。下面就結(jié)合實例對此進行討論分析。

2 工程概況

本文以某條高速鐵路為例子，分析PHC管樁應(yīng)用于鐵路建設(shè)中的效果。樁網(wǎng)結(jié)構(gòu)在鐵路建設(shè)中較為常見，該鐵路采用PHC管樁進行結(jié)構(gòu)設(shè)計，采用樁網(wǎng)結(jié)構(gòu)進行軟基加固。具體方法為：采用PH管樁作為基礎(chǔ)，在上面墊一層碎石，然后采用土工格柵進行加固。此次采用的是預(yù)制件管樁，長度為19m，壁厚與外徑分別為100mm、500mm。以2.5作為間距，布置為正方形形狀，選厚度與邊長分別為0.35m、1.6m的鋼筋混凝土作為網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的樁帽，采用邊長為0.5m、0.7m的鋼筋混凝土作為鏈接樁帽的縱橫地梁，使結(jié)構(gòu)呈網(wǎng)格狀。采用厚度為0.6m的碎石作為墊層材料，在中間鋪設(shè)具有高強度特點的土工格柵，共兩層，使其與碎石貼合，成為一個復(fù)合褥墊層。褥墊層及樁體是承受荷載的主要結(jié)構(gòu)，可有效減少地基壓力，而鋼筋混凝土和樁的作用主要體現(xiàn)在提高穩(wěn)定性、減少路堤沉降。施工方法見下圖。

圖1.施工方法

3 管樁加固方法

以某鐵路為例，該鐵路所處地質(zhì)復(fù)雜，以粉質(zhì)粘土、飽和淤泥軟土以及殘積層黏土為主要土質(zhì)，地基施工難度較大?？刹捎媚Σ炼顺袠蹲鳛檐浕Y(jié)構(gòu)，以雙控方式進行樁端設(shè)計，無需進行錘擊施工，控制標高及貫入度。采用打樁機將PHC管樁打入軟土層中，使其深入到硬底持力層，作用于密實中砂層及堅硬粉質(zhì)粘土層上，充分體現(xiàn)PHC管樁的優(yōu)點，突出管樁承載力高、強度大的使用優(yōu)勢，以提高軟土地基的穩(wěn)固性。采用PHC管樁進行地基加固，具有以下優(yōu)勢：

3.1 具有良好的承載作用

PHC管樁用于混凝土地基施工中，強度較高，耐打性及抗裂性較好，具有良好的承載作用。

3.2 使用方法簡便，經(jīng)濟性高

PHC管樁在地基加固中具有較多優(yōu)點，施工時可按照施工的具體需求，進行采購，施工方法簡便。采用PHC管樁施工，無需特別準備，且由于操作方法簡便，施工效率較高，工期較短，對于施工環(huán)境的選擇性較高，省時省力。經(jīng)濟性較高，有利于節(jié)約施工成本。

3.3 對環(huán)境無影響

在施工過程中，無需排放泥漿，無需排放污水，對環(huán)境無污染，屬于文明施工。

4 如何控制施工質(zhì)量

4.1 施工具體步驟

PHC管樁錘擊法施工方法見下圖。

圖2 PHC管樁施工方法

4.2 對樁機進行定位處理

樁機是重要的施工器械，進場后應(yīng)立即安裝管樁。安選擇平整地面，調(diào)整好樁機的高度及垂直度，使其與導(dǎo)桿保持平行，保持平穩(wěn)。

4.3 吊樁方法

在進行吊樁前，應(yīng)先對PHC管樁進行標注，明確標明吊點，以1m作為間隔大小，劃好標志線，然后在打樁時，觀察錘擊次數(shù)，并進行記錄。完成吊樁后，采用打樁機進行滑動和旋轉(zhuǎn)，調(diào)整機架，使管樁位置更合理。根據(jù)要求，樁位偏差不得大于20mm。

4.4 沉樁方法

進行沉樁時，采用90°經(jīng)緯儀控制PHC管樁，使其保持垂直。底樁是否垂直，對錘擊成樁具有較大的影響，是決定管樁垂直度的重要因素。因此，在沉樁時，必須保證偏差小于0.5%H，當(dāng)樁身垂直時，再實施錘擊，保證管樁垂直度。樁身、樁帽以及樁錘在錘擊過程中必須保持同一直線，且應(yīng)注意下面幾件事：

（1）當(dāng)進行樁頂錘擊時，應(yīng)預(yù)先進行樁帽設(shè)置，且要采用鋼質(zhì)管材料職稱的管樁，其大小必須符合管樁直徑要求，制成套筒式的圓形樁帽，深度設(shè)置為350至400mm，其內(nèi)徑應(yīng)超過管樁外徑，超過幅度為20mm，耐打性、剛性及強度應(yīng)符合要求。

（2）在進行施打時，首先采用空錘或低沖程進行4次錘擊，當(dāng)樁身不斷下沉?xí)r，可將錘頭適當(dāng)提高，控制錘擊力[1]。

（3）在打樁時，樁頭及樁帽中間應(yīng)放置一層墊層，避免樁頭受損。墊層應(yīng)具有均勻厚度，即使錘擊打樁完成后，厚度也應(yīng)保持在120mm以上。

（4）樁錘頭與樁帽中間應(yīng)放置一個硬木錘墊，厚度大約為180至200mm左右。

（5）不可大力錘擊管樁，錘擊次數(shù)不可超過2000次，最后1m進行錘擊時，必須保證次數(shù)小于250次。

（6）在軟土層進行施工時，應(yīng)連續(xù)施打根樁，不可間隔太長時間，避免管樁出現(xiàn)傾斜現(xiàn)象，加大下沉難度。

4.5 接樁方法

以樁端焊接法進行PHC管樁接樁，在一個截面內(nèi)，不可同時出現(xiàn)兩個管樁接頭，可采用的管樁規(guī)格有四種，8～11m均可，長度為19m。采用下長上短的接樁，且只采用1至2節(jié)，進行垂直接樁。

接樁的要點：

（1）簡化焊接步驟，當(dāng)?shù)孛媾c底樁樁頭僅間隔1m左右時，即可實施焊接。要求焊接部位干凈，不得出現(xiàn)油污或泥土，以免影響焊接效果。

（2）盡量加快管樁對接速度，減少時間，進一步提升對接精度，在進行接樁時，將導(dǎo)向裝置安裝在底樁頂。上節(jié)管樁與下節(jié)管樁必須同軸，且方向順直，偏差必須小于2mm。焊接點彎曲矢高必須在100/L之下。

（3）確保無縫隙，如果出現(xiàn)縫隙，可在縫隙內(nèi)塞滿鐵片，或焊實縫隙。在焊接過程中，應(yīng)先找出接口對稱點，并在上面焊接固定節(jié)樁，從上而下，共6個點。最后將導(dǎo)向裝置拆除，繼續(xù)實施對稱焊接。

（4）要求焊接2層以上，且錯開接頭，高度和寬度必須大于8mm、10mm，呈飽滿狀態(tài)，無燒傷、氣孔過夾渣等現(xiàn)象。

（5）焊接完成后，不可馬上實施錘擊，必須等焊接處冷卻至正常溫度時，再實施錘擊，且不能采用冷水對焊接處實施物理降溫，冷卻時間應(yīng)超過8min。

4.6 錘擊注意事項

很多因素都會對錘擊終止環(huán)節(jié)產(chǎn)生影響，應(yīng)根據(jù)相關(guān)要求，以及工程的實際狀況，總結(jié)施工經(jīng)驗，充分考慮錘擊終止如何進行。除了要明確最后貫入度、持力層深度外，還應(yīng)明確最后1m錘擊次數(shù)以及樁端標高。

此次工程采用的是PHC摩擦端承樁管樁，錘擊終止時，必須嚴格控制樁端的貫入度以及設(shè)計標高，每10次錘擊的貫入度必須大于20mm。具體方法如下文所述：

（1）如果莊端標高已經(jīng)滿足要求，但貫入度大于要求標準，則應(yīng)再次進行錘擊，直至貫入度滿足標準。

（2）如果貫入度已經(jīng)滿足標準，但樁端標高與標準仍有小部分差距，則需再次進行100mm錘擊。

（3）如果貫入度已經(jīng)符合要求，但樁端標高與標磚仍存在很大差距時，則應(yīng)與監(jiān)理進行充分溝通，與設(shè)計單位進行協(xié)商，共同研究解決措施。

（4）必須保證樁頭的完整性，無破損現(xiàn)象。

4.7 沉樁具體要求

在進行打樁時，需做好數(shù)據(jù)記錄工作，記錄管樁下沉?xí)r一共錘擊多少次、最后1m共錘擊多少次、每1m共錘擊多少次，以及焊接時間、接樁時間等。應(yīng)詳細記錄根樁的具體施工情況，記錄PHC管樁的具體施工方法和過程，保證工程的整體質(zhì)量。

4.8 意外狀況時應(yīng)立即停止錘擊

如果在進行PHC管樁施工時，出現(xiàn)位移過大、相鄰樁上浮、地面隆起、管樁樁身回彈、管樁樁身傾斜、管樁貫入度出現(xiàn)異常變化、樁頭破損等現(xiàn)象，應(yīng)立即停止施工，并找出原因，妥善處理，問題解決后再實施施工。

5 在PHC管樁施工過程中常見的施工問題及處理措施

5.1 管樁樁身出現(xiàn)上浮現(xiàn)象

管樁屬于擠土樁，實施沉降時，樁體下沉，周圍土體開始沿著周圍排擠，其土層應(yīng)力狀態(tài)發(fā)生改變，可出現(xiàn)側(cè)向位移現(xiàn)象，也可出現(xiàn)土體隆起現(xiàn)象，此時，如果土層應(yīng)力過大，則會導(dǎo)致樁體上移，從而出現(xiàn)上浮現(xiàn)象。

5.1.1 致使因素

（1）由于施工工序不對，或施工方法不恰當(dāng)，沉樁施工不標準。

（2）在進行沉樁時，由于土體應(yīng)力較大，導(dǎo)致土體擠壓。

（3）成樁速度控制不當(dāng)，數(shù)量過多，布樁不合理。

5.1.2如何預(yù)防上浮現(xiàn)象

（1）應(yīng)對管樁施工工作進行科學(xué)合理的安排，要求由內(nèi)而外，由深至淺，先進行中間施工，然后在進行兩側(cè)施工。

（2）沉樁數(shù)量、沉樁速度都進行嚴格控制。

5.2 沉樁標高、貫入度沒有達到標準要求

如果管樁的貫入度或打樁標高沒有滿足設(shè)計要求，樁體可會出現(xiàn)異常現(xiàn)象。

5.2.1 致使因素

（1）進行地質(zhì)勘查時，不夠全面，沒有充分了解土質(zhì)情況，沉樁時出現(xiàn)障礙物。

（2）持力層標高隨著地質(zhì)變化發(fā)生改變，導(dǎo)致沉樁過程中的異?，F(xiàn)象，相鄰樁的高差及貫入度均發(fā)生改變[2]。

（3）在進行打樁或焊接時，儀器故障，導(dǎo)致沉樁問題，樁尖長時間停于硬土層內(nèi)，使沉樁面臨巨大阻力。

5.2.2 如何預(yù)防標高及貫入度偏差

（1）地質(zhì)勘查后，反復(fù)核對資料報告，如有出入再次進行勘測，明確標高及持力層。

（2）嚴格控制施工質(zhì)量，施工暫停時，必須控制暫停時間，以免停工過久，導(dǎo)致阻力增加。焊接接樁應(yīng)避開硬土層。

（3）以地質(zhì)的實際情況為準，采取合適的施工工序，制定合理的施工方案。

（4）找出問題原因，選擇射水或換錘等方法，加強沉樁穩(wěn)固性。如果施工地質(zhì)為黏土層，則不可進行射水。

5.3 樁頂出現(xiàn)位移現(xiàn)象

PHC管樁進行沉樁施工時，由于相鄰樁影響或樁體原因等，出現(xiàn)樁頂上浮或位移情況。

5.3.1 致使因素

（1）樁身與管帽的縱軸線沒有處于同一直線，或管樁彎曲。

（2）焊接施工時，兩節(jié)樁軸線不一致，出現(xiàn)彎折現(xiàn)象。

（3）沉樁施工過程中，遭到堅硬物阻礙，導(dǎo)致樁底偏移。

（4）如果施工地質(zhì)為軟土土質(zhì)，打樁時相鄰樁由于壓力增加，出現(xiàn)浮起現(xiàn)象。

（5）施工安排不合理，應(yīng)力聚集。

5.3.2 如何預(yù)防樁頂位移

（1）在進行施工之前，對管樁進行全面檢查，確保其彎曲度符合要求方可施工。

（2）在進行施工時，對于樁身垂直度進行嚴格控制，當(dāng)垂直度不標準時，應(yīng)立即進行校正。

（3）在保證施工質(zhì)量的前提下，接樁節(jié)數(shù)應(yīng)盡量減少，相鄰樁軸線應(yīng)處于同一水平線上。

（4）合理安排施工流程，平衡分布應(yīng)力。

5.4 樁身出現(xiàn)斷裂現(xiàn)象

樁身斷裂指的是管樁在進行沉樁施工時，如果出現(xiàn)接頭斷裂或樁身破碎等情況。

5.4.1 致使因素

（1）管樁所采用的混凝土強度較小，沒有滿足標準，或在存放時、運輸時由于其他因素影響，出現(xiàn)裂縫。

（2）進行管樁接長時，如果兩個樁體不平衡，或管樁彎折。

（3）在進行沉樁施工時，持力層升高，管樁位移，校正方法不當(dāng)。

（4）焊接施工質(zhì)量沒有滿足要求，當(dāng)進行錘擊時，出現(xiàn)斷裂現(xiàn)象。

5.4.2 如何預(yù)防樁身斷裂現(xiàn)象

（1）妥善存放管樁，如果出現(xiàn)開裂現(xiàn)象，不得用于施工。

（2）在進行錘擊時，出現(xiàn)偏差立即糾正，當(dāng)管樁已經(jīng)到達持力層，出現(xiàn)偏差時，不能進行錘擊。

（3）相鄰節(jié)樁相互平行時，直線相同，再進行接樁，且接樁焊接必須滿足施工要求。

6 沉降觀測方法

6.1 填筑施工時的觀測方法

在進行路堤施工時，應(yīng)對路基沉降的整個過程實施觀測，以此了解PHC管樁沉降實際情況。對路基沉降板進行觀測，可了解路基的實際沉降量。觀測時間長達21天，數(shù)據(jù)記錄13次，具體時間為2015.04.05～2015.04.25，4.2m是路基填筑的最高高度，最后得出8.42mm為路基沉降量。沉降量和隨著填土高度的變化而變化，具體見下圖。

圖3 填筑觀測結(jié)果

6.2 沉降過程中的觀測方法

堆載預(yù)壓與工后進行，填土高度與縱向坡度分別為2m、1：2，壓實機器為輕型壓實機，預(yù)壓期4個月以上。觀測路面沉降量，數(shù)據(jù)記錄35次，鋪軌工期為508天。17.49mm為沉降量，共計沉降量25.91mm。具體見下圖。

圖4 沉降過程