预应力管桩在高速公路拓宽工程软基处理中的应用

预应力管桩在高速公路拓宽工程软基处理中的应用1、概述随着现代社会经济发展步伐的加快，高速公路作为基础的交通投资建设，发展也事迅飞猛进，尤其是在我国的沿海地区，高速公路的发展更是网罗交织，但还是不能完全满足日益增长的交通容量的需要，这就对高速公路的要求越来越高。而且在我国的沿海大部分地区，地处湖沼积平原区，软土分布较广，软土层厚度一般为5-30m，部分地段厚度更大，因此，在此类地区高速公路建设中，软基处理尤为重要。通常情况下，软基处理的方法很多，根据不同的地质与软土层厚度，有不同的选择，塑料排水板、超载预压，粉喷桩，预应力管桩等等。在笔者参加的某高速公路二期、三期拓宽工程建设中，由于软土分布较广，软土层深厚，原有高速公路桥头沉降量大，桥头跳车现象严重，施工场地作业面长而狭小，路线交通量大，在施工期间不中断交通，不封闭道路且保证运营畅通。针对以上情况，在软基处理中，采用了预应力管桩，对预应力管桩处理软基的效果，深有体会：缩短了工期，改善了桥头跳车，尤其是在软土层深厚的桥头、涵洞、通道等路段，更是效果甚好。对预应力管桩的施工，就其施工工艺，技术要求及施工中经常遇到的问题及处理措施，在此做一个简单的探讨。2、施工工艺根据设计要求，在某高速公路三期拓宽工程，预应力管桩软基处理中，预应力管桩的施工工艺可以用下图所示工艺流程进行施工。2.1施工准备2.1.1对施工范围内的高压电缆、通讯线路和其他地下管线进行调查，清除处理范围内的石块，并对工程场地进行平整、压实。2.1.2画出预应力管桩软施工布置平面图，进行桩基的轴线和地面标高测定，并根据轴线放出桩位线，打好定位桩，用石灰作出标志，便于施打。2.1.3配桩，根据不同的桩长及打桩设备选定确定最佳的搭配桩长。2.1.4进行工艺试验桩，以校验打桩设备、施工工艺是否符合要求。2.2施工过程2.2.1桩机就位:打桩机就位后，桩锤和送桩杆对准桩位，桩架垂直稳定。2.2.2吊桩:用索具捆绑住桩上端约50cm处，起动机器起吊管桩，使桩尖对准桩位中心，缓缓放下插入土中。插桩时桩身必须正直，其垂直度偏差不得超过0.5%，采用在距桩机15mm～25m处成90°方向设置经纬仪各一台，测定导杆和桩身的垂直度。然后再在桩顶扣好桩帽，即可卸去索具。桩帽与桩周边留5-10cm的间隙，锤与桩帽、桩帽与桩顶之间设置弹性衬垫。2.2.3桩在入土前，桩身上设置尺寸标志，便于在施工中观测、记录。2.2.4沉桩：采用锤击沉桩方式。锤击时，根据地质情况及单桩承载力、桩径，壁厚、打入深度等条件合理选择桩锤，打桩时宜重锤低击，初打时应轻，待桩身稳定后，再按正常落距锤击。预应力管桩施工工艺预制桩节预制桩节铺筑现场及铺筑现场及运桩道路按施工程序堆放运桩至现场按施工程序堆放运桩至现场做好吊装前准备桩机就位做好吊装前准备桩机就位桩尖定位桩尖定位桩定位桩定位测量垂直度等打桩测量垂直度等打桩接桩接桩施工贯入度控制最后一阵捶击打桩至设计标高节施工贯入度控制最后一阵捶击打桩至设计标高节移打桩机至新桩位移打桩机至新桩位抽检试验抽检试验桩帽施工桩帽施工2.2.5打桩的顺序：采用连续施打的方法，打设时应遵守由长到短，需接桩的管桩时宜先长后短的原则。施工时，应注意地质资料显示的地质情况，若在处理深度范围内存在亚砂土分布，打设时的振动易造成亚砂土层产生不同的局部破坏，施工时采用静压沉桩的方法。2.2.6接桩:在桩长度不够的情况下，要实施接桩，接桩时上下节管桩的中心线偏差不得大于5mm，节点弯曲矢量不得大于1‰桩长。接桩采用钢带板焊接法。当桩段顶端离地面1米左右且在桩尖穿过硬土层后即可进行接桩，接桩前将两端板顶清理干净，用定位板定位，接头处如有空隙，用锲形铁片全部填实焊牢，拼接处坡口槽电焊分层对称进行（每层施焊完成应清除焊渣、质量检查后再施焊下一层），先对称点焊4～6点，再由两名熟练焊工对称施焊，焊缝应连续饱满（满足三级焊缝质量）不得有夹渣或气孔，焊接时间要控制恰当，焊后应清除焊渣，冷却5min～10min，才可继续沉桩。2.2.7当桩的打入深度和贯入度达到设计要求时，应根据地质资料核对桩尖入土深处的地质情况。一般以要求最后三次十锤的平均灌入度不大于设计规定，并且三次十锤的贯度不能递增。符合设计要求后，方可收锤，移动桩机。2.2.8打桩时应由专职记录员做好施工记录。打桩过程中应记录每沉落1m所需的锤击数并记录桩下落的平均高度。当下沉接近设计标高和贯入度要求时，应在一定的落锤高度下，以每落锤十击一阶段，测量其贯入度并登记入表。2.2.9管桩与托板的连接对于沉入控制标高而不需要截桩的管桩与托板连接可用托板连接筋与钢筋板圈焊接后，将桩顶直接埋入托板内，连接筋和桩顶埋入托板内深度，应根据不同的工程情况，遵照设计要求确定。截桩的管桩与托板连接，管桩截断后，将垫块下入管内，并把连接用钢筋笼插入桩内，用与托板连接相同标号的砼灌注。3、注意事项3.1场地要平整坚硬，不能使桩机在打桩过程中产生不均匀沉降。桩架要坚固、稳定，锤击时不产生颤动和位移。打桩过程中桩帽与桩顶之衬垫经常检查更换，以降低桩身的锤击应力，减少振动影响。3.2沉桩时就发现桩不垂直应立即纠正。桩打入一定深度后桩身发生严重倾斜时，不宜采用移动桩架来校正，以免把桩折断，应把桩拔出重打。3.3接桩时接头处必须严格按要求施工。必须待焊缝自然冷却后方可沉桩，避免接头处于软土层或淤泥中，高温焊缝遇水引起脆裂，稍有偏压时造成接头就损坏，引起偏位，降低承载力。3.4桥头地段管桩施工时，管桩必在桥梁钻孔桩施工前进行，减少因振动及挤土效应对桩基质量造成影响。4、预应力管桩施工过程中常遇到的问题及处理措施4.1沉桩时遇到浅层障碍无法继续沉桩原因分析：由于地质勘察报告中未能特别强调浅层障碍物及局部的土层分布深度和性质，导致沉桩时遇到浅部（3－4m）的老基础、大孤石，较深部（20m左右）的硬塑老粘土和非常密实砂层、沙砾石层等情况无法施工。防治办法：1．打桩前应对场地原有建筑情况进行详细了解，并安排进行探桩施工；对浅层障碍物可采用挖土机挖除，当无法操作施工时，可采用钻机将障碍物钻穿，然后在孔内插桩后沉桩，严禁移动桩架等强行回扳的的方法纠偏。2．当桩已入土较深，桩无法拔出时，可采用小型钻机将钻具放入3．选用的桩机能量大小应与设计要求、桩径、桩长及地质条件相匹配，即桩机选型、配重应符合施工要求。4.2斜桩原因分析：1．施工中桩身不垂直，桩帽、桩身不在同一直线上；2．接桩时桩身、桩帽不在同一直线上；3．施工顺序不当，导致应力扩散不均匀；相邻桩身过近过密，使先施工的一边已有孔洞，再施工一面时桩身极易滑动。4．沉桩过程中遇到大块坚硬物，把桩挤向一侧；防治方法：1．施工过程中要严格控制好桩身垂直度，重点应放在第一节桩上，垂直度偏差不得超过桩长的0.5％，桩帽、桩身及送桩杆应在同一直线上，沉桩时宜设置经纬仪在两个方向上进行校准。2．尽量减少接桩，预制管桩接头不宜超过3个，接桩宜在桩尖进入硬土层后进行。接桩时上、下段桩的中心线偏差不宜大于2mm，节点弯曲矢高不得大于桩段的0.1%.3．制定合理的施工顺序，桩基施工后的孔洞应及时回填，施工过程中加强对垂直度的控制。4．当遇到障碍物时应及时排除后再进行沉桩；沉桩时发现不垂直应及时纠正，必要时应把桩拔出重打，桩进入一定深度后，不宜采用移动机架进行校正，以免发生断桩，应采取其他措施。4.3桩身破坏原因分析：1．施工过程中由于斜桩现象的出现或桩端、送桩杆不平整导致桩端应力集中，使桩帽滑落或桩头爆裂。2．桩机施工过程中桩机擅自移动机架进行校正桩位、桩身垂直度，导致桩身断裂；施工结束后人工凿桩野蛮施工以及桩机施工后不合理的土方开挖。3．桩身材料质量；防治方法：1．选用桩机合理有效的施工方法，控制桩身的垂直度，避免斜桩的发生。2．桩机施工结束后合理的进行土方开挖以及凿桩施工，必须强调土方开挖过程中的施工质量与水平，将直接关系到桩基成功的关键，施工过程中要慎之又慎。3．施工过程中应加强对桩身原材料的检查验收。施工中发生桩身破坏，宜采用小应变等有效的手段检测桩身情况，确定处理方法。4.4桩身抬高原因分析：施工过程中由于挤土效应可能引起局部桩身抬高，尤其是端承桩或端承摩擦桩会由此引起基础不均匀沉降。防治方法：1．桩基完成后宜对桩身进行复压1—2次，甚至多次，即所谓“跑机”。同时，桩基完成以后应在嵌固期后才能进行土方施工，嵌固期根据土质有不同要求，一般7～21天。2．桩基施工完成后宜进行必要的静载检测，以检验是否达到设计要求。4.5老路面出现了纵向裂缝原因分析：受管桩施工的影响，在拓宽工程中，有多处老路面主车道内出现不同程度的纵向裂缝，裂缝宽最大的有2.5cm，纵向长度30m，同时在原老路肩处还有裂缝，由于部分管桩施工路段的下卧土层中存在粉质（砂）土层，受振动影响后产生液化，流动，导致了部分路段在管桩施工过程中或施工后产生裂缝，虽不可能造成高速公路路基整体滑移，失稳，但须注意路基边坡的支挡，防护，防止局部滑塌。防治方法：1．对现有路面裂缝要立即采取灌缝措施，以防止雨水侵入，并对宽度较大的裂缝进行编号，派有专职负责人定期观测，及时上报裂缝胡发展趋势。2．对于现有路基的防护，尤其是高填方（相对高差大于4.0m）路段，采用编织袋装宕碴堆码加固，防止边坡滑塌。3．要求各施工单位对路段的土层肩及边坡要加强观察，出现情况及时处理并上报，确保老路基稳定及运营安全。4．对于地质资料中无粉质（砂）土的路段，可采用锤击方式沉桩。5、结论公路软基处理属于隐蔽工程，如施工质量不好，一旦被路堤等构筑