摘要：在改建工程中，為了減小橋梁拓寬后原橋和新建部分的不均勻沉降給結(jié)構(gòu)帶來的不利影響，橋梁改擴(kuò)建盡可能采用樁基礎(chǔ)。橋梁樁基礎(chǔ)是工程施工中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，其施工質(zhì)量對(duì)拓寬橋梁工程的整體質(zhì)量有著重要的影響。本文以京港澳高速公路改擴(kuò)建工程為依托，探討了PHC預(yù)制管樁較傳統(tǒng)的鉆孔灌注樁的優(yōu)勢(shì)，詳細(xì)介紹公路改擴(kuò)建工程中橋梁PHC預(yù)制管樁的施工要點(diǎn)，對(duì)收錘標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了分析和驗(yàn)證。最后對(duì)橋梁PHC管樁施工注意事項(xiàng)進(jìn)行了介紹，可為類似改擴(kuò)建項(xiàng)目中橋梁PHC管樁施工提供經(jīng)驗(yàn)與借鑒。

關(guān)鍵詞：橋隧工程；施工要點(diǎn)；Hiley公式；PHC；改擴(kuò)建

中圖分類號(hào)：U443.13+3""""""""""""""""""""""""" 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A"""""""""""""""""""""""""""""""""" 文章編號(hào)：1673-6478（2023）04-0158-05

Application of Bridge PHC Pipe Pile Foundation in Reconstruction and Expansion Project

JIANG Haiguang WANG Ruchuan LI Zhongliu LI Dong

（1. Hubei Traffic Investment Beijing Hong Kong Macao Expressway Reconstruction and Expansion Project Management Co.， Ltd， Wuhan Hubei 430100， China; 2. China Railway Bridge Bureau Group Sixth Engineering Co.， Ltd.， Wuhan Hubei 430100， China; 3. Beijing Xinqiao Technology Development Co.， Ltd.， Beijing 100088， China）

Abstract： In the reconstruction project， for the purpose of reducing the adverse impact of the differential settlement of the old bridge and the new bridge on the structure after the widening of the bridge， pile foundation is adopted as far as possible. Bridge pile foundation is the key point in engineering construction， and its construction quality control is important to the quality of widening bridge engineering. Based on the reconstruction and expansion project of Beijing?Hong Kong?Macao Expressway， this paper discusses the advantages of PHC precast pipe pile over cast?in?place pile， introduces the key construction technologies of bridge PHC precast pipe pile in highway reconstruction and expansion project in detail. And the hammer receiving standard is analyzed and validated. At last， the key point for bridge PHC pipe pile construction are introduced， which can provide some reference for similar projects.

Key words： bridge and tunnel engineering; key point of construction; Hiley formula; PHC; reorganization and expansion

0 引言

由于我國(guó)日益增長(zhǎng)的交通量，越來越多的交通線路亟須進(jìn)行改擴(kuò)建以適應(yīng)交通運(yùn)輸發(fā)展的需求[1]。而在橋梁改擴(kuò)建工程后，由于基礎(chǔ)沉降出現(xiàn)了路面破壞、梁體傾斜等現(xiàn)象。為了解決上述問題，在橋梁改擴(kuò)建工程中應(yīng)盡量采用樁基礎(chǔ)[2]。

目前橋梁樁基礎(chǔ)中鉆孔灌注樁較為常見，但其施工質(zhì)量控制要點(diǎn)多，控制不當(dāng)則會(huì)出現(xiàn)導(dǎo)管堵塞、孔壁坍塌、擴(kuò)徑縮徑等問題，同時(shí)伴隨泥漿垃圾和噪聲污染。與之相比，PHC管樁在工廠內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)化預(yù)制，樁身質(zhì)量可靠易控制，施工時(shí)主要產(chǎn)生噪聲污染和環(huán)境振動(dòng)，對(duì)環(huán)境污染相對(duì)較小，同時(shí)兼具施工進(jìn)度快等優(yōu)點(diǎn)。而改擴(kuò)建工程又易受周邊建筑物以及用地限制的影響，給樁基施工造成不便與困難。同時(shí)公路改擴(kuò)建工程路線長(zhǎng)、占地范圍大，施工過程會(huì)對(duì)沿線生態(tài)環(huán)境造成破壞。因此，如何環(huán)保、可靠、有效地進(jìn)行改擴(kuò)建工程中的橋梁樁基施工顯得十分關(guān)鍵。

本文對(duì)京港澳高速公路改擴(kuò)建工程項(xiàng)目樁基從設(shè)計(jì)、施工、成本和環(huán)保進(jìn)行了對(duì)比選型，介紹了施工要點(diǎn)以及施工注意事項(xiàng)，同時(shí)進(jìn)行樁基檢測(cè)，驗(yàn)證制定的收錘標(biāo)準(zhǔn)能否滿足工程需要，最終形成橋梁PHC管樁基礎(chǔ)施工關(guān)鍵技術(shù)，可以為相關(guān)的項(xiàng)目提供思路和參考。

1 工程概況

本項(xiàng)目京港澳高速湖北省鄂豫界至軍山段改擴(kuò)工程JGATJ?5標(biāo)段起止樁號(hào)為K1130 300～K1147 500，主線全長(zhǎng)17.2km，連接線4.116km。

根據(jù)已有的工程資料，京港澳改擴(kuò)建工程5標(biāo)段共有橋梁21座。原方案中均采用樁徑1.8m的鉆孔灌注樁，現(xiàn)方案中樁基4"937根，包含灌注樁471根、預(yù)制樁4"466根，預(yù)制樁占比共計(jì)90%，樁徑均為0.8m。

線路跨越兩市兩區(qū)四鎮(zhèn)十一村：孝感市孝南區(qū)內(nèi)的東岳村、北徑村、龍湖村、京珠村和淪河咀村，武漢市東西湖區(qū)旭山大隊(duì)村、燈塔大隊(duì)村、五四大隊(duì)村、蒿口村、前進(jìn)村和新溝（四大隊(duì)）村。線路位于孝感市內(nèi)11.02km，東西湖區(qū)10.3km。

2 PHC管樁與鉆孔灌注樁的選型

2.1 承載力理論計(jì)算對(duì)比

2.2 成本對(duì)比

在實(shí)際工程中，PHC管樁的施工成本包含了各類費(fèi)用，由運(yùn)費(fèi)、原材料費(fèi)、勞務(wù)費(fèi)和機(jī)械費(fèi)等不同部分組成。鉆孔灌樁的施工成本除了上述費(fèi)用外，還包含了鋼筋骨架制作成本、泥漿制作及運(yùn)輸成本和污染管理成本等[5]，并且部分無法具體評(píng)估但與工期相關(guān)的其他費(fèi)用在鉆孔灌注樁成本中所占比重較大。

2.3 施工技術(shù)對(duì)比

PHC管樁施工機(jī)械化程度高、工藝簡(jiǎn)單、樁身質(zhì)量可控，而鉆孔灌注樁施工工藝復(fù)雜，樁身具有隱蔽性，施工質(zhì)量所受的影響因素多，難以控制，并且施工過程要求連續(xù)。

此外，PHC管樁施工前預(yù)制，樁身質(zhì)量可靠，施工所占場(chǎng)地小。而鉆孔灌注樁全程現(xiàn)場(chǎng)完成，施工過程中的質(zhì)量控制對(duì)樁的承載力影響很大，伴隨產(chǎn)生機(jī)械噪聲污染，并且還有泥漿污染、塵土空氣污染等對(duì)環(huán)境不利的影響?，F(xiàn)場(chǎng)機(jī)械設(shè)備多、占地大，再加上施工影響因素多，在場(chǎng)地受限的改擴(kuò)建工程中直接加大了施工管理難度，間接地降低了工程的經(jīng)濟(jì)效益。

同時(shí)，PHC管樁施工效率高于鉆孔灌注樁。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)，PHC管樁施工效率為鉆孔灌注樁的7倍。適用于京港澳改擴(kuò)建工程5標(biāo)段大面積樁基礎(chǔ)施工，為加快施工進(jìn)度提供了有利條件。

2.4 環(huán)保效益對(duì)比

京港澳改擴(kuò)建工程5標(biāo)沿線自然水網(wǎng)體系及農(nóng)業(yè)用地密集。為了減少對(duì)沿線環(huán)境的破壞、保持既有的灌溉系統(tǒng)和自然水網(wǎng)體系，防止環(huán)境污染、保障施工地點(diǎn)附近居民的正常生活，結(jié)合鉆孔灌注樁及預(yù)制樁的施工特點(diǎn)進(jìn)行對(duì)比。

鉆孔灌注樁對(duì)環(huán)境的影響主要體現(xiàn)在沉淀池、泥漿排放。首先，開挖沉淀池就是對(duì)沿線既有土地的破壞和占用，不僅占用了土地資源，還對(duì)土體結(jié)構(gòu)造成了破壞。其次，沉淀池作為主要污染源，里面的泥漿導(dǎo)致周圍環(huán)境的土壤結(jié)構(gòu)和性質(zhì)發(fā)生改變，尤其是雨季天氣，泥漿溢出沉淀池將擴(kuò)大周圍土壤板結(jié)或鹽堿化，對(duì)土地造成不可逆的影響甚至是廢棄。一般施工單位會(huì)對(duì)廢棄泥漿進(jìn)行處理，但這樣會(huì)產(chǎn)生較高的成本，再加上監(jiān)管不嚴(yán)，由于趨利性和成本壓力，施工單位可能直接將泥漿隨意排放，或者就地掩埋。

預(yù)制樁對(duì)環(huán)境的影響主要體現(xiàn)在打樁噪聲和打樁振動(dòng)方面。首先，京港澳改擴(kuò)建工程5標(biāo)預(yù)制樁為錘擊沉樁，打樁噪聲影響范圍大，但是在距離居民區(qū)較近的路線可以采取噪聲小的液壓錘施工方案進(jìn)行替代。其次，打樁振動(dòng)對(duì)周邊環(huán)境的影響對(duì)象為建筑和人群，但可采取設(shè)置防震溝的方式進(jìn)行解決，以上兩種方式不會(huì)對(duì)生態(tài)環(huán)境造成破壞。

盡管預(yù)制樁施工會(huì)對(duì)土體結(jié)構(gòu)造成破壞，但影響范圍在1倍樁長(zhǎng)左右[6]。本項(xiàng)目單根樁的影響范圍為0.8m，但是隨著時(shí)間的增長(zhǎng)，土體會(huì)隨著時(shí)間重新恢復(fù)至平衡狀態(tài)，最終對(duì)土壤性質(zhì)不造成影響。

綜上所述，PHC管樁的優(yōu)勢(shì)大于鉆孔灌注樁。

3 施工要點(diǎn)

3.1 沉樁定位

PHC樁的初始定位十分關(guān)鍵，由于施工過程中的坐標(biāo)修正難度大，因此首節(jié)樁的精度決定整根樁的成樁精度。根據(jù)樁基施工規(guī)范要求，沉樁完成后平面位置偏差不超過150mm。京港澳改擴(kuò)建工程5標(biāo)段沉樁施工采用GPS定位系統(tǒng)，根據(jù)預(yù)先輸入的平面坐標(biāo)，利用定位系統(tǒng)顯示的數(shù)據(jù)對(duì)設(shè)計(jì)樁位中心點(diǎn)進(jìn)行放樣，并做好標(biāo)識(shí)。

3.2 接樁

待樁頭離地1～1.3m時(shí)停止打樁。本工程采用端板焊接接樁的方式進(jìn)行接樁，焊接前用鋼絲刷清潔管樁連接處露出金屬光澤。接樁時(shí)，上、下節(jié)管樁應(yīng)當(dāng)保證垂直，錯(cuò)位不得超過2mm。

焊接時(shí)要先在管樁接頭處對(duì)稱點(diǎn)焊4～6點(diǎn)，固定好上、下節(jié)管樁后再正式開始施焊，從接樁處兩邊對(duì)稱進(jìn)行施焊。為保證管樁接頭處的焊縫質(zhì)量，焊接層數(shù)為3層，每次清理干凈內(nèi)層焊渣后再進(jìn)行外一層的焊接。特殊天氣時(shí)采取必要的防風(fēng)、防雨措施，防止焊口降溫過快導(dǎo)致出現(xiàn)焊縫質(zhì)量問題。

當(dāng)焊接質(zhì)量驗(yàn)收合格后。經(jīng)自然冷卻8min后方可繼續(xù)進(jìn)行錘擊打樁，避免由于內(nèi)外溫差大，錘擊產(chǎn)生的振動(dòng)導(dǎo)致焊縫開裂。同時(shí)考慮到地下水位標(biāo)高，樁身接頭焊接外露部分涂刷防腐漆，避免接頭薄弱處腐蝕導(dǎo)致樁身承載力下降。

3.3 收錘標(biāo)準(zhǔn)

收錘標(biāo)準(zhǔn)通過貫入度進(jìn)行判斷。貫入度一般指錘擊10下的入土深度，施工時(shí)可根據(jù)貫入度判斷樁基的承載力是否達(dá)標(biāo)。施工中的貫入度值根據(jù)Hiley公式計(jì)算并經(jīng)過靜載試驗(yàn)確定，該公式反映了樁錘錘擊能量、貫入度和單樁承載力三者之間的關(guān)系，是一個(gè)在國(guó)外以及我國(guó)沿海地區(qū)廣泛采用的打樁收錘公式。

3.4 隔振技術(shù)

在錘擊施工過程中，打樁振動(dòng)會(huì)向周圍傳播有害的環(huán)境振動(dòng)，一是會(huì)影響到施工周邊房屋建筑主體結(jié)構(gòu)。并且由于在開闊平整的施工場(chǎng)地中振動(dòng)傳播能量損耗低，該影響最為顯著。二是噪聲污染影響居民的正常生活，可能引起民事糾紛甚至發(fā)生阻工事?件。

首先應(yīng)當(dāng)確定振動(dòng)影響范圍，對(duì)打樁振動(dòng)影響范圍進(jìn)行評(píng)價(jià)。在確定打樁施工振動(dòng)對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的振動(dòng)頻率范圍后，按《建筑工程容許振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50868—2013）進(jìn)行影響評(píng)價(jià)[8]。

為了控制振動(dòng)，在施工前可提前設(shè)置隔振溝以減小打樁振動(dòng)對(duì)周邊的影響。相關(guān)研究表明[9]，隔振溝的隔振效果與以下因素有關(guān)：（1）隔振溝中的填充材料，材料的彈性模量與土體彈性模量差異越大，隔振效果越佳，一般情況下可選擇空溝；（2）與隔離對(duì)象的距離，隔離對(duì)象距離隔振溝越近，隔振效果越好；（3）溝深，隔振效果隨著隔振溝深度增加而增加，與寬度無關(guān)；（4）特殊情況下，可選擇設(shè)置多道隔振溝增強(qiáng)隔振效果。

4 樁基試驗(yàn)

先進(jìn)行靜載荷試驗(yàn)檢查單樁豎向承載力，然后再進(jìn)行高應(yīng)變?cè)囼?yàn)檢測(cè)承載力和樁身完整性，以驗(yàn)證成樁驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)的貫入度是否合格。

4.1 靜載試驗(yàn)

試驗(yàn)前保護(hù)好所測(cè)樁樁頭，截樁樁頭應(yīng)安裝樁帽，為試驗(yàn)作好準(zhǔn)備。

? 靜載試驗(yàn)采用慢速維持荷載法加載。加載等級(jí)按440kN分級(jí)進(jìn)行，第一級(jí)時(shí)按880kN加載。每級(jí)荷載達(dá)到相對(duì)穩(wěn)定后再加下一級(jí)荷載。每級(jí)加載后第一小時(shí)內(nèi)，在第5、15、30、45、60分鐘時(shí)測(cè)讀一次樁頂沉降量，累計(jì)60分鐘后每隔半小時(shí)測(cè)讀一次，每次在試驗(yàn)記錄表中記錄讀數(shù)。

當(dāng)每一小時(shí)的沉降不超過0.1mm，并連續(xù)出現(xiàn)兩次，可認(rèn)為達(dá)到相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)，可進(jìn)行下個(gè)等級(jí)的加載。當(dāng)加載已達(dá)到承載力特征值的2倍或設(shè)計(jì)要求的最大加載值（即4"400kN），并且總沉降量不大于40mm時(shí)，靜載試驗(yàn)結(jié)果可認(rèn)為合格。

圖5為試樁結(jié)果，試樁錘擊施工過程控制以貫入度為主，樁端標(biāo)高為輔。最終靜載結(jié)果顯示最大沉降量為16.08mm，符合設(shè)計(jì)要求。

? 4.2 高應(yīng)變檢測(cè)

在樁頂下1.2m處兩側(cè)對(duì)稱安裝加速度傳感器和應(yīng)變傳感器，釋放重錘自由落下打擊樁頂，記錄樁的應(yīng)力波和加速度波信號(hào)，以便通過信號(hào)進(jìn)行曲線擬合分析。

每條樁儲(chǔ)存于儀器中的檢測(cè)曲線不少2組。將檢測(cè)資料存儲(chǔ)于檢測(cè)設(shè)備中，使用相關(guān)軟件處理應(yīng)力波力和加速度時(shí)程曲線，來判定PHC管樁的承載力和樁身質(zhì)量完整程度。

本項(xiàng)目高應(yīng)變檢測(cè)結(jié)果最終均合格。

結(jié)合靜載試驗(yàn)和高應(yīng)變檢測(cè)試驗(yàn)結(jié)果，通過檢查樁的極限承載力以及樁身完整性，可驗(yàn)證成樁驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)的最終貫入度以及施工工藝是否合理，相關(guān)數(shù)據(jù)可用于指導(dǎo)后續(xù)沉樁施工。

5 注意事項(xiàng)

預(yù)制管樁經(jīng)歷離心過程成型，內(nèi)壁較粗糙且存在一定厚度浮漿。當(dāng)管樁運(yùn)輸至現(xiàn)場(chǎng)時(shí)，技術(shù)員應(yīng)當(dāng)檢查管樁內(nèi)壁浮漿厚度。由于最后一節(jié)管樁的內(nèi)壁浮漿厚度將影響后期連接承臺(tái)的填芯鋼筋的安裝，因此內(nèi)壁浮漿厚度大時(shí)應(yīng)及時(shí)進(jìn)行處理，以免影響后期施?工。

地基承載力必須滿足規(guī)定承載力要求，如果不滿足將影響打樁施工過程，導(dǎo)致樁架由于不均勻沉降出現(xiàn)偏位，最終樁身、樁錘、樁帽中心軸線不重合[10]。

由于地下水位高，京港澳改擴(kuò)建工程5標(biāo)相當(dāng)數(shù)量的樁位在沉樁完畢后，地下水滲入管樁空心，甚至從管樁內(nèi)溢出地面，雨季時(shí)最為明顯。在遇到這種情況時(shí)，下鋼筋籠前應(yīng)當(dāng)注意將管樁內(nèi)的水排出，及時(shí)進(jìn)行填芯混凝土的澆筑，以免對(duì)管樁和承臺(tái)的整體性連接造成不利影響。

錘擊沉樁施工是一個(gè)通過樁錘錘芯的沖擊能量使得管樁能夠克服土的阻力下沉到預(yù)定深度的過程。樁身沖剪破壞土體，在施工過程中土體強(qiáng)度降低。而在沉樁結(jié)束后，樁在土中的極限承載力會(huì)隨著時(shí)間發(fā)生變化，這種現(xiàn)象稱為樁的承載力時(shí)效性，一般情況下，樁身承載力隨時(shí)間而增大，達(dá)到最終的穩(wěn)定需要數(shù)天甚至數(shù)年不等。在施工過程控制時(shí)，樁端接近設(shè)計(jì)標(biāo)高而貫入度依舊遠(yuǎn)大于規(guī)定值時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員可停錘，砂土在第7天，粉土和黏性土在第14天進(jìn)行復(fù)打，以復(fù)打貫入度為收錘標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行施工控制來節(jié)約成本、保證工程質(zhì)量，并判斷是否需要繼續(xù)接?樁。

6 結(jié)語(yǔ)

本文以京港澳改擴(kuò)建工程PHC管樁施工為依托，對(duì)PHC管樁和鉆孔灌注樁的承載能力、成本、施工技術(shù)、環(huán)保效益進(jìn)行了對(duì)比，詳細(xì)介紹了PHC管樁在綠色環(huán)保、節(jié)約資源、節(jié)省成本、施工進(jìn)度等方面的優(yōu)勢(shì)。并闡述了改擴(kuò)建工程中PHC管樁的施工關(guān)鍵技術(shù)，運(yùn)用Hiley公式對(duì)收錘標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了估算，并通過靜載試驗(yàn)與高應(yīng)變檢測(cè)驗(yàn)證了PHC管樁施工收錘標(biāo)準(zhǔn)和施工工藝的合理性。最后根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)總結(jié)了改擴(kuò)建工程中橋梁預(yù)制管樁施工的注意事項(xiàng)，可為其他類似工程提供參考。

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