沪杭高速铁路横潦泾特大桥大直径PHC管桩陆上沉桩技术研究.docx

沪杭高速铁路横潦泾特大桥大直径管桩陆上沉桩技术研究王凤龙( 中交二航局第二工程有限公司，重庆 400015)phc摘 要: phc 管桩施工原理是，打桩锤利用柴油爆炸燃烧产生的能量推动活塞，靠爆炸力冲击桩头，使管桩沉入地下，桩尖把 土挤向周围使周围土更层加密实，从而产生桩侧摩阻力及桩端 阻力。为了总结完善施工工艺提高施工效率，更好地为本工程 及其他类似工程提供借鉴经验，现对 phc 管桩沉桩技术进行 研究，在施工中通过工艺试验桩、静载试验、低应变、高应变等 检测手段，确定了施工工艺、打桩锤型号、phc 管桩桩长以及终 锤时的贯入度标准，通过对横潦泾特大桥 phc 管桩施工研究， 可以得出以下结论: 目前施打 1. 0 m phc 管桩施工工艺已经 相对成熟; 施工时采用 d100-3 型筒式打桩锤和 d15 型导杆式 打桩锤是可行的; 终锤时贯入度达到 12 cm /10 击其承载力是能 够满足设计要求的。69 m，桩尖穿过( 2) 2 黏土层、( 3 ) 淤泥质黏土层、( 4 ) 2黏土层、( 4 ) 3 粉土、粉砂层、( 5 ) 4 黏土层、( 6 ) 1 黏土层、( 6 )粉 质 黏 土 层、( 8 )粉 质 黏 土 层，最 终 达 到21黏 土 层7，单 桩 竖 向 承 载 力 在 2 719. 1( 8 )24 071. 4 kn。phc 管桩施工时共分 4 节打入，与承台连接的第一节管桩长度原则上不小于 16 m，上、下节 桩之间的连接采用端板焊接连接，管桩的施工控制以 桩长为主以贯入度为辅。每个承台有 8 根管桩和 10 根管桩不等，其排列形式如图 1 所示。图 1( a) 中 4、5 号桩为直桩其余为 12. 5 1 的倾 斜桩，图 1( b) 中 5、6 号桩为直桩其余为 12. 5 1 的倾斜桩10。关键词: 沪杭高速铁路; 桩基; phc 管桩; 贯入度;施工中图分类号: u238; u443. 13 + 3文献标识码: b工艺试验桩2文章编号: 1004-2954( 2011) 06-0086-042. 1 试验桩目的工艺试验桩的目的就是，通过沉桩试验确定合适 的沉桩设备及最后送桩阶段贯入度，并通过静载试验验证 phc 管桩设计是否满足要求。工程概况1沪杭高速铁路第三合同段横潦泾特大桥位于上海市松江区境内，本桥段桩基工程中共有 phc-b 型管桩984 根，管桩直径为 1. 0 m，壁厚 130 mm，桩长为 52 试验桩施工工艺phc 管桩沉桩施工采用锤击方式，施工工艺为: 地上、地下障碍物处理场地平整、强化测量放线桩机就位、调竖直度吊桩、插桩桩身对中调直锤2. 2收稿日期: 2011-01-26; 修回日期: 2011-03-28作者简介: 王凤龙( 1983) ，男，助理工程师，2006 年毕业于吉林大学土木工程( 路桥) 专业，工学学士，e-mail: 119491253 qq com。击沉桩焊接接桩( 根据设计桩长) 锤击沉桩桩檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾堆放。( 4) 贝雷梁、钢管柱等大件卸落时要对铁路进行 封锁，落实好相应的营业线施工安全措施，并在设备管 理单位的监护下进行。息，2009( 29) 3 tb10401. 22003，j2602003 铁路工程项目施工安全技术规程s 北京: 中国铁道出版社，20034于金帆，等 现代铁路工程师手册m 北京: 当代中国音像出版社，2004胡肇滋 混凝土箱形连续梁桥荷载横向分布计算( 偏压修正法的 应用) j 重庆交通学院学报，1982( 2) 吴 健 高墩大跨径连续 刚构桥线形控 制d 西 安: 长 安 大 学，2005赵 兵 现浇混凝土连续箱梁支架预压技术探讨j 公路交通技 术，2008( 2) 宋成贤 支架现浇铁路连续梁施工关键点控制j 山西建筑，2008( 22) 赵常煜 大跨连续梁现浇支架的设计和施工j 铁道标准设计，2003( 6) 54 结语6松江特大桥跨新闵铁路连续梁自 2009 年 9 月开始施工，至 2010 年 5 月初结束，施工时根据铁道部、上 海铁路局有关营业线施工安全方面的文件精神及施工 方案的要求严格控制，各安全措施控制良好，在高支架 系统跨铁路施工方面积累了宝贵经验。参考文献:1 中华人民共和国铁道部 铁办2008190 号 铁路营业线施工及 安全管理办法s 北京: 中华人民共和国铁道部，200878910 郭余根 现浇箱梁的支架施工工艺j 铁 道 建 筑 技 术，2008( s1) 2田均举，平瑞峰 上跨既有铁路线施工安全防护方案j 科技信王凤龙沪杭高速铁路横潦泾特大桥大直径 phc 管桩陆上沉桩技术研究桥梁图 1承台桩基平面布置表 2 各试验桩施工数据顶高程和贯入度符合设计要求成桩验收。2. 3沉桩设备的选择本工程打桩设备主要是选择合适的打桩锤与桩最后 30 cm 平均贯入度 / ( cm /10 击)桩号桩长 / m打桩锤型号锤击总数357 4363 3356 1361 6308 3377 6585961616062dd12. 8dd12. 8d100 3d100 3dd15dd151 9152 7273 7483 0843 2701 67212676911架。桩锤应根据工程地质条件、单桩竖向承载力设计值、phc 管桩的规格及入土深度等因素选用，选用时 应遵循重锤低击的原则，桩锤的夯击能量必须克服桩 的贯入阻力，包括克服桩尖阻力、桩侧摩阻力和桩的回 弹产生的能量损失等，在本标段施工中打桩设备的选 择是通过工艺试验桩来确定的，打桩机桩架采用 ybd-24 型步履式桩架，桩锤采用 12. 8 t 和 15 t 重导杆式柴 油打桩锤及 10 t 重筒式柴油打桩锤，其型号分别为: dd12. 8、dd15、d100-3。打桩锤主要参数见表 1。在所有试验桩中选最后送桩阶段贯入度较大的9377-6 号桩做静载试验 ，单桩竖向抗压静载荷试验成果表明，试验桩 377-6 号桩的单桩竖向极限承载力 不小于4 000 kn，大于设计要求 pmax = 3 186. 8 kn，最 大沉降 6. 03 mm，小于设计规定 8. 8 mm。表 1 各打桩锤技术参数试验桩最终分析通过试验桩的施工参数及静载试验结果，可以得 出以下结论:( 1) 采用 15 t 重导杆式打桩锤( 落锤高度为 1. 8 m) 能够满足施工要求;( 2) 62 m 长的 phc-b1000 ( 130 ) 管桩承载力能够 达到设计要求的最大承载力，对应的最大沉降量也小 于设计规定的最大沉降量;( 3) 施工最后 30 cm 平均贯入度 11 cm /10 击，能 够满足设计要求。2. 5缸体或上活塞质量/ kg每次打击能量/ kj打击次数/ ( 次min 1 )作用于桩上最大爆 炸力 / kn桩锤总质量/ kg油耗/ ( l / h)型号dd12. 8dd1512 80015 00037845030 5030 503 4603 970384324 20028 600 d100 -13 10 000 214 334 36 45 2 600 30 19 820 dd12. 8 型导杆式柴油锤优点: 自重小，机械性能稳定，对桩顶损坏小，噪声小，效率高。dd12. 8 型导杆式柴油锤缺点: 锤击能量低，锤击 作用力小，连续作业时间短，施工中要 2 人来操作( 1 人操作油门，1 人操作起落架) ，对施工场地平整度及 压实度要求高。dd15 型导杆式柴油锤优点: 锤击能量高，锤击作 用力大，对桩顶损坏小，噪声小，效率高。dd15 型导杆式柴油锤缺点: 自重大，机械性能不 稳定，连续作业时间短，施工中要 2 人来操作( 1 人操 作油门，1 人操作起落架) ，对施工场地平整度及压实 度要求高。d100-3 型筒式柴油锤优点: 自重轻，耗油量小，锤 击能量损失小，落锤高度及锤击能量可通过 5 个档位 来调整，可连续锤击9 000 10 000击，施工中仅需 1 人 操作档位即可，效率高。d100-3 型筒式柴油锤缺点: 对桩顶损坏大，噪声 大，对施工场地平整度及压实度要求高。2. 6最终设备选择通过工艺试验桩及前期各打桩机施打情况来看，3种规格打桩锤各有优缺点，可以优势互补，是比较理想的沉桩设备，但是 dd12. 8 型由于自重轻、锤击能量 小，在送桩阶段常常出现贯入 度 偏 小，甚 至 无 法 将 phc 管桩施打到设计高程，所以决定放弃 dd12. 8 型 打桩锤，最终选用 dd15 型打桩锤和 d100-3 型打桩锤 作为沉桩施工的打桩设备。3phc 管桩施打工艺插桩在打桩前，用 2 台经纬仪从互相垂直的两个方向 对打桩机进行竖直度调整，使桩塔竖直，并应在打桩期 间经常校验检查，随时保持桩塔竖直度，经纬仪应设置 在不受打桩机移动及打桩作业影响的位置。插桩后， 应调整桩塔，使之与打入方向成一直线，在确认桩的中873. 12. 4各打桩锤试打结果各桩锤试验结果见表 2。铁道标准设计 ra il wa y sta nda rd2011 ( 6 )desig n王凤龙沪杭高速铁路横潦泾特大桥大直径 phc 管桩陆上沉桩技术研究桥梁心位置及角度无误后，再转为正式打入。在施打过程中必须保证桩身、桩帽和桩锤三者的中心线重合，保持 桩身竖直，由测量控制其垂直度偏差不大于 0. 5%3， 符合要求方可打入。桩器夹持。送桩器的规格和强度须适应桩顶、桩机的构造要求，外形不致使下打阻力明显增大，且易于拔 出、以尽可能少带起土体。送桩器宜坚硬牢固、不产生 弯曲变形、能多次重复使用。送桩器和桩两者的轴线 在一条直线上，以减少偏心影响。打桩先张法预应力管桩由 4 节组成，底桩就位前，应在 桩身上划出单位长度标记，以便观察桩的入土深度及 记录每米沉桩击数。吊桩用单点将管桩吊直，用钢丝 绳捆绑并控制桩的下端，使桩尖插在白灰圈内，桩头部 插入锤下面的桩帽套内就位。直桩的控制: 调直，使桩身、桩帽和桩锤三者的中 心线重合，保持桩身垂直，由测量控制其垂直度偏差不 大于 0. 5%4。符合要求方可打入。斜桩的控制: 按 12. 5 1 的斜率控制2，在打桩机 架上用锤球吊 12. 5 m 的高度，然后用量程为 2 m 的钢板尺水平固定在打桩机架上。打桩时先将管桩垂直送 入桩帽，然后调整角度与钢板尺读数 1 m 处对齐，待测 量复核斜率符合要求后方可进行打桩。因地层较软，初打时下沉量较大，宜低锤轻打，随 着沉桩加深，沉速减慢，起锤高度可渐增，以有效降低锤击应力，尽量不使管桩受到偏心锤打，以免管桩弯扭 破坏。打桩较难下沉时，要检查落锤有无倾斜偏心，特 别是要检查桩垫桩帽是否合适。如果不合适，需更换 或补充软垫。每根桩宜连续一次打完，不要中断，以免 难以继续打下。3. 3 接桩接桩采用端板焊接连接，焊缝等级为二级5。当 下节桩的桩头距地面 0. 5 1. 0 m6 时，开始进行接 桩。先将焊接面清刷干净，再在下节桩头上安装导向 箍引导就位，当 phc 桩对好后，对称点焊 4 6 点4加 以固定，然后拆除导向箍。由 2 名电焊工对称施焊，焊 接层数应大于等于 3 层5，内层焊渣必须清理干净后 再焊下一层，要保证焊缝饱满连续。焊接采用二氧化 碳保护焊，焊缝不得凸出桩身，可与桩身外壁平起或凹 进 1 3 mm7，表面不得有气孔、夹渣，弧坑裂纹、电弧 擦伤，并按不小于 20% 的抽检比例进行手工超声波探 伤。焊好的桩接头应自然冷却 8 min 以上6，涂刷环 树脂涂层自然凝固后方可锤击沉桩。接桩的原则是接 触紧密，现场连接操作简便，并要注意新接桩节与原桩 节的轴线一致。3. 23. 5桩顶高程及贯入度确定为保证能够将 phc 管桩送入到指定的高程位置，应提前在送桩器上做好水平刻线，作为终锤高程线，送桩时只要将送桩器向下锤击到终锤高程线与水准仪十 字丝的横丝对齐即可，终锤高程线的位置就是从送桩 器底部向上量取定值，该定值为仪器高与桩顶高程 之差。由终锤高程线向下每隔 10 cm 引 1 道水平刻线， 连续引 3 道，在送桩到接近设计高程时可以数每下降10 cm 锤击数，以此来计算终锤时贯入度。终锤标准管桩的沉桩以设计高程控制为主，贯入度为辅。设计控制指标为:( 1) 桩尖达到设计高程，最后 10 击贯入度小于等 于 12 cm 且总锤击数不超过规范规定的2 500击时以设 计桩尖高程为控制指标;( 2) 桩尖达到设计高程，最后 10 击贯入度大于 12 cm 时即报设计院请设计院明确处理方案;( 3) 桩尖达不到设计高程，但总锤击数超过规范 规定的2 500击贯入度指标 10 击小于等于 10 cm 同时 桩尖高程与设计桩尖高程差值不大于 2 m 时，即可 终锤。3. 64 施工注意事项管节的焊接phc 管桩的焊接要保持 2 管节的轴线一致，施焊 面上的泥土、油污、铁锈等要预先清刷干净。接桩时在 下节桩头上安装导向箍或加定位钢筋。引导上节桩就 位，施工时两端板之间间隙不应大于 2 mm5，拼接处 坡口槽电焊应分层对称进行，焊缝应连续饱满。接桩 时上下段桩的中心线偏差不得大于 2 mm2，节点弯矢 高不得大于桩段的 0. 1% 。管桩焊接施工应由有经验 的焊工按照技术规程进行，根据钢端板的钢材型号选4. 18择合适的焊条，用 co2 气体保护焊进行焊接。打桩应力的控制打桩应力的控制要点如下:( 1) 在整个打桩过程中，应注意控制桩锤、替打、桩身在同一轴线上;( 2) 每根桩宜连续一次打完，不要中断，以免加大 打桩应力;( 3) 初打下沉量可能较大，宜采取低提锤，随着沉铁道标准设计 ra il wa y sta nda rd desig n 2011 ( 6 )4. 2送桩为将管桩打到设计高程，需要采用送桩器，送桩器 用钢板制作，长度 3 4 m 不等，一般送桩器长度视送 桩深度而定。送桩器应有足够的刚度和较小的变形 量，以有效地传递能量给桩。送桩前，将送桩器的下端置于桩顶，上端由桩机夹883. 4王凤龙沪杭高速铁路横潦泾特大桥大直径 phc 管桩陆上沉桩技术研究桥梁桩贯入度减少，起锤高度可渐增;( 4) “重锤低打”能有效降低锤击应力，桩锤对桩 头的锤击速度越快，在桩身上( 产生的应力波强度也 越高 即打桩应力与锤击速度成正比，所以为降低锤击 应力并保持较好的贯入度，应采用较重的桩锤和较低 的速度施打;( 5) 选择合适的桩垫可以延长锤击作用时间、降 低锤击速度。并借以降低锤击应力;( 6) 防止锤击过度。根据经验，phc 管桩的总锤 击数不宜超过3 000 击，最后 1 m 的锤击数不宜超过300 击6。测分析，监测结果与设计值分析比较，所施工的 phc管桩焊缝等级、桩身完整性、极限承载力及最大沉降量 均满足设计施工要求。结语7横潦泾特大桥采用大直径 phc 管桩陆上沉桩技术方法，将桥梁基础由以前的钻孔桩变为 phc 管桩， 与常规施工方法相比，其具有占地少，安全风险低，不 影响跨线交通，质量有保证，成本节约，施工速度快等 优点。同时，phc 管桩施工方法集中了生产场地，形 成工厂化标准管理，有效控制施工质量，最大限度降低 了对周围的干扰。其具有先进的施工工艺和高效率的 特点，在国内外桥梁建设基础中也得到成功应用，其具 有更大的发展和推广空间。采用大直径 phc 管桩陆上沉桩技术方法，从工效 上大大减轻了工期压力大的难题，从工艺和控制上克 服了常规施工中出现的不足。根据检测结果与现场施 工情况，施工全过程安全、稳定、快速、优质，达到了又 好又快的优质目标，成功解决了该工程工期压力大的 难题，降低了工程风险与工程造价。作为一种成熟的工程产品，由于 phc 管桩性能卓 越、工程适应性强，在施工中具有低噪声、无污染、施工 速度快、文明施工等特点，在工程上越来越得到广泛应 用。但其应用仍有一定的局限，如施工过程中对场地 平整度及硬化强度要求较高，phc 管桩在铁路桩基上 进一步的发展应用还应当突破一些施工技术难题，如 打裂桩头的处理、截桩高度的处理、贯入度的明确以及 同一断面管桩接头率问题，笔者认为 phc 管桩的发展 方向应是改良拼接工艺。参考文献:施工应急处理5在 phc 管桩施打过程中会由于 phc 管桩自身质量、现场施工操作、施工地质条件等因素，导致部分管 桩出现打裂或打不到设计高程现象，对于这些桩基一 般都采取补桩措施。5. 1 打裂的 phc 管桩处理一般 phc 管桩出现裂纹有以下几点原因: phc 管 桩自身有质量缺陷、桩顶偏心受力、强行纠偏角度过 大、地层太硬桩尖无法穿透。对于打裂的 phc 管桩在 处理时，通常采用在其外侧净距 20 cm 处补加同直径、 同桩长、同倾斜率 phc 管桩的办法。5. 2桩尖无法达到设计高程的 phc 管桩处理对于桩尖无法达到设计高程的管桩视其截桩高度而定，如果截桩高度在 2 m 以内，则不用采取措施可以直接进度下道工序施工，如果截桩高度超过 2 m 且单 个承台截桩数量大于等于 3 根或是 2 根角桩的，需要 补加同直径、同桩长、同倾斜率 phc 管桩。对于一些地质条件不理想，致使 phc 管桩根本就 无法达到设