靠近既有線處PHC管樁的施工技術(shù)

蔣雪芹

(中鐵十八局集團(tuán) 第五工程有限公司，天津 300459)

1 工程概況

津秦客運(yùn)專線DK9+000—DK16+480采用路基形式，長7.48 km，本段路基為松軟路基，設(shè)計(jì)采用PHC管樁加固地基，樁頂鋪設(shè)碎石墊層和混凝土板。本段路基位于既有津山鐵路的北側(cè)，靠既有線最近一排管樁與既有津山鐵路外軌距離為8～30 m。

該段地層從上至下依次為:雜填土、粉質(zhì)黏土、粉土。地下水位埋深0.80～1.70 m，地下水對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)具硫酸鹽侵蝕，環(huán)境破壞等級(jí)為H1。

地基加固采用PHC(預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)混凝土)管樁，混凝土強(qiáng)度等級(jí)C80，樁徑500 mm，壁厚100 mm。樁體構(gòu)造及其配筋、樁體強(qiáng)度等滿足設(shè)計(jì)要求。預(yù)制管樁依據(jù)《鐵路混凝土與砌體工程施工規(guī)范》(TB10210—2001)及《鐵路混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)暫行規(guī)定》(鐵建設(shè)［2005］157號(hào))，選用抗腐蝕的水泥及摻合料。

設(shè)計(jì)樁間距為2.0～2.5 m，管樁加固處理范圍為邊坡護(hù)坡基礎(chǔ)以內(nèi)基底范圍。

擬采用ZYJ600B型液壓靜力壓樁機(jī)壓樁。管樁要求單樁豎向承載力標(biāo)準(zhǔn)值為700～1 200 kN，樁長18～35m，管樁施工采用靜壓法，沉樁控制以貫入度為主，樁長為輔。

2 施工設(shè)備及工序

采用ZYJ600B型液壓靜力壓樁機(jī)，此液壓靜力壓樁機(jī)技術(shù)性能:最大壓樁力6 000 kN;總功率120 kW;額定工作油壓23.9 MPa;壓樁速度0.74～3.90 m/min;壓樁行程1.8 m;適用圓樁截面φ600 mm以內(nèi)，適用最小邊樁距離680 mm，適用最小角樁距離1 200 mm，一次縱向行走距離3.6 m，一次橫向行走距離0.8 m，回轉(zhuǎn)角度8°，升降1.1 m;整機(jī)質(zhì)量187 t;吊機(jī)起重量160 kN;整機(jī)外形尺寸13.5 m×7.4 m×3.14 m。

靜壓法施工程序:原地面處理→測量放樣→樁機(jī)就位→管樁起吊就位→壓入第一節(jié)管樁→管樁的接頭處理→壓入下一節(jié)管樁→樁機(jī)移位。

3 壓樁準(zhǔn)備

3.1 試樁

施工前廣泛搜集該地區(qū)管樁施工經(jīng)驗(yàn)，參考地質(zhì)資料及復(fù)勘核查報(bào)告等有關(guān)資料，全面了解掌握地層情況，制定周全施工工藝和質(zhì)量保障措施，以完善壓樁施工工藝。每隔20～50 m在適當(dāng)?shù)奈恢眠M(jìn)行試打，摸索樁體壓入速度、壓力、樁長控制等參數(shù)，并進(jìn)行質(zhì)量檢測，了解樁體完整性、樁長及承載力等。試打樁一般情況下不少于3根。

經(jīng)試樁成功后方可大面積實(shí)施。

3.2 地層應(yīng)力釋放孔施工

距離既有線較近大范圍打設(shè)PHC管樁，會(huì)對(duì)既有線路基造成側(cè)擠，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成既有線鋼軌位移超標(biāo)，影響既有線行車安全。為消除打設(shè)管樁對(duì)既有線路基的影響，當(dāng)?shù)谝慌殴軜毒嚯x既有線20 m以內(nèi)時(shí)，先設(shè)置應(yīng)力釋放孔后方可進(jìn)行PHC管樁施工。

應(yīng)力釋放孔采用長螺旋機(jī)具取土，取土孔直徑50 cm，取土孔布設(shè)在離既有線最近的管樁外1.0～2.0 m附近，平行既有線間距3.0～5.0 m一孔，孔深15.0 m左右。

4 壓樁施工

4.1 壓樁機(jī)構(gòu)及方法

壓樁時(shí)樁機(jī)就位系利用行走裝置完成，它是由橫向行走(短船行走)、縱向行走(長船行走)和回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)組成，通過橫向和縱向油缸的伸程和回程使樁機(jī)實(shí)現(xiàn)步驟式的橫向和縱向行走。當(dāng)橫向兩油缸一只伸程，另一只回程時(shí)，可使樁機(jī)實(shí)現(xiàn)小角度回轉(zhuǎn)。

管樁用起重機(jī)吊運(yùn)或用汽車運(yùn)至樁機(jī)附近，再利用樁機(jī)自身設(shè)置的起重機(jī)，將管樁吊入夾持器中，夾持油缸將管樁從側(cè)面夾緊，壓樁油缸伸程，把管樁壓入土層中。

壓樁油缸伸長到一定長度后，夾持油缸回程松夾，壓樁油缸回程，重復(fù)上述動(dòng)作，可實(shí)現(xiàn)連續(xù)壓樁操作，直至把管樁壓入預(yù)定深度土層中;如管樁長度不夠，可壓至管樁頂離地面1.0 m左右，用焊接法將管樁接長。

4.2 壓樁及接樁

壓樁需連續(xù)進(jìn)行，接樁時(shí)間不宜過長，接樁面需保持干凈，上下樁中心線對(duì)齊，錯(cuò)位偏差不大于2 mm;節(jié)點(diǎn)矢高不大于1‰樁長。

當(dāng)樁需要接長時(shí)，長樁在下部，接樁時(shí)注意新接樁節(jié)與原樁節(jié)的軸線一致，兩施焊面上的泥土、油污、鐵銹等要預(yù)先清刷干凈。當(dāng)下節(jié)樁的樁頭距地面1.0 m左右時(shí)，即可進(jìn)行焊接接樁。接樁時(shí)可在下節(jié)樁頭上安裝導(dǎo)向箍，以便將新接樁節(jié)引導(dǎo)就位。

進(jìn)行焊接時(shí)，由2名焊工同時(shí)進(jìn)行，以保證焊接樁成為直線。

上節(jié)樁找正方向后，對(duì)稱點(diǎn)焊4～6點(diǎn)加以固定，然后拆除導(dǎo)向箍。管樁焊接施工由有經(jīng)驗(yàn)的焊工按照技術(shù)規(guī)程的要求進(jìn)行;施焊第1層時(shí)，適當(dāng)加大電流，加大熔深，焊縫要連續(xù)、飽滿。焊完第1層后及時(shí)清理焊渣，再焊第2層，焊縫接頭錯(cuò)開。焊接完成后，讓其自然冷卻時(shí)間不少于10 min，然后涂刷防腐材料，嚴(yán)禁焊接完成后立即壓樁。

端板焊接牢固、平齊、不得歪斜，符合有關(guān)規(guī)范要求。

由于地層原因?qū)е聵妒┕げ坏轿欢枰貥稌r(shí)，采用鋸樁機(jī)進(jìn)行截樁。

靜壓法壓樁施工時(shí)，最大壓樁力不大于樁身結(jié)構(gòu)豎向承載力設(shè)計(jì)值的1.35倍或根據(jù)試樁的確定值執(zhí)行。采用抱樁法施工時(shí)嚴(yán)格控制最大抱壓力，防止對(duì)樁造成破壞。

在遇到下列情況之一時(shí)，暫停壓樁，并及時(shí)與設(shè)計(jì)、監(jiān)理等有關(guān)人員研究處理:壓樁力突變;沉樁入土深度與設(shè)計(jì)要求差異較大;樁頭混凝土剝落、破碎，或樁身混凝土出現(xiàn)裂縫(破碎);樁身突然傾斜、跑位;地面明顯隆起，鄰樁上浮或位移過大;壓樁不到位;對(duì)既有線有影響。

4.3 終止壓樁條件

壓樁時(shí)控制好終止條件，對(duì)純摩擦樁，終壓時(shí)間以設(shè)計(jì)樁長為控制條件，對(duì)長度大于21 m的端承摩擦型靜壓樁，以設(shè)計(jì)樁長控制為主，終壓力值作為對(duì)照;對(duì)長度18～21 m的靜壓樁，以終壓力達(dá)滿載值為終壓控制條件。

4.4 壓樁順序

距離既有線較遠(yuǎn)路段(最外一排管樁距既有線大于20 m)，施工時(shí)由路基中心線向外隔樁跳打，沿線路縱向隔樁跳打。第二次進(jìn)行隔樁跳打時(shí)需在相鄰樁打入后一定時(shí)間，孔隙水壓力消散到一定程度后進(jìn)行，避免發(fā)生地面隆起、擠樁等現(xiàn)象。

對(duì)于一側(cè)靠近既有結(jié)構(gòu)物(橋臺(tái)、涵洞)的場地，從毗鄰結(jié)構(gòu)物的一側(cè)開始施工，并用靜壓法，以避免對(duì)既有結(jié)構(gòu)物產(chǎn)生影響。打入樁后避免在加固區(qū)附近進(jìn)行挖坑等作業(yè)，以避免發(fā)生樁體傾斜。

沉樁以壓樁力(或貫入度)及設(shè)計(jì)樁長控制。每隔20 m打一根樁頂高程控制樁，盡量使樁頂位于同一高程。

管樁壓至設(shè)計(jì)高程后，移機(jī)進(jìn)行下一根管樁施工。壓至高程后的管樁頂部用混凝土板覆蓋，防止雜物落入管樁孔內(nèi)。

4.5 樁的承載力

靜力壓樁單樁豎向承載力，可通過樁的終止壓力值大致判斷，但因土質(zhì)的不同而異。樁的終止壓力不等于單樁的極限承載力 fs，要通過靜載對(duì)比試驗(yàn)確定一個(gè)系數(shù)，然后再利用系數(shù)和終止壓力，求出單樁豎向承載力標(biāo)準(zhǔn)值 fk，即 fk=kfs。

如判斷的終止壓力值不能滿足設(shè)計(jì)要求，報(bào)監(jiān)理和設(shè)計(jì)人員批準(zhǔn)后采取送樁加深處理或補(bǔ)樁，以保證樁基的施工質(zhì)量。

5 質(zhì)量控制

樁體施工嚴(yán)格按《先張法預(yù)應(yīng)力混凝土管樁》(DBJT29-4X—2002)、《客運(yùn)專線鐵路路基工程施工技術(shù)指南》(T212—2005)、《客運(yùn)專線鐵路路基工程質(zhì)量驗(yàn)收暫行規(guī)定》(鐵建設(shè)［2005］160號(hào))進(jìn)行，保證樁體施工質(zhì)量和地基加固效果達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

配樁:根據(jù)地質(zhì)資料對(duì)每根樁進(jìn)行配樁，同時(shí)在每根樁施工前，對(duì)第一根樁適當(dāng)?shù)嘏溟L些，以便滿足設(shè)計(jì)要求。

工程施打完畢后，按設(shè)計(jì)要求及施工規(guī)范進(jìn)行垂直荷載試驗(yàn)。

施工過程中樁身質(zhì)量檢查可采用直觀法檢查，并采用低應(yīng)變反射波法對(duì)樁身質(zhì)量進(jìn)行抽查，檢測樁數(shù)不少于總樁數(shù)的20%。對(duì)于兩節(jié)以上的管樁，單樁承載力和樁身完整性檢測包括高應(yīng)變法檢測，檢測樁數(shù)不少于總樁數(shù)的2%。

采用靜載試驗(yàn)進(jìn)行單樁豎向抗壓承載力驗(yàn)收檢測，單樁的極限承載力值不小于設(shè)計(jì)值，抽檢數(shù)不小于總樁數(shù)的2%。采用堆載法進(jìn)行復(fù)合地基承載力檢驗(yàn)，不小于設(shè)計(jì)值，抽檢1%。沉樁質(zhì)量符合表1規(guī)定，樁的承載力滿足設(shè)計(jì)要求。

對(duì)檢測發(fā)現(xiàn)樁體存在歪斜或斷樁、樁尖不到設(shè)計(jì)要求位置、承載力不足等問題，加倍擴(kuò)大抽檢數(shù)量，斷樁、歪樁或承載力達(dá)不到要求時(shí)進(jìn)行補(bǔ)樁或返工處理。

6 既有線路基觀測

6.1 觀測樁設(shè)置

觀測樁設(shè)置在既有線路基護(hù)欄外側(cè)，用于觀測管樁施工過程中既有線路基水平位移變化情況;觀測樁的設(shè)置間距，必須小于臨近既有線第一排管樁位至既有線路的距離(縱向超過管樁施工區(qū)段前后各100 m);觀測樁埋深2.0 m以上。

6.2 觀測頻次

施工期間觀測頻次一般情況下2 h一次，打樁地段或有異常時(shí)觀測頻率提高到1 h一次;管樁施打完后觀測頻次1 d觀測不少于二次，持續(xù)觀測時(shí)間不少于3 d。

6.3 觀測控制標(biāo)準(zhǔn)

在既有線不限速的情況下，路基平移最大變化量＞2 mm/d或累計(jì)水平變化＞10 mm時(shí)停止施工，與監(jiān)理單位和設(shè)備管理單位(鐵路工務(wù)段)共同分析原因，制定補(bǔ)強(qiáng)措施后方可復(fù)工，并加強(qiáng)觀測。在既有線限速的情況下，路基水平最大變化量＞8 mm/d或累計(jì)水平變化＞20 mm時(shí)停止施工，與監(jiān)理單位和設(shè)備管理單位(鐵路工務(wù)段)共同分析原因，制定補(bǔ)強(qiáng)措施后方可復(fù)工，并加強(qiáng)觀測。

6.4 觀測作業(yè)要求

路基觀測的儀器、觀測方法、觀測精度符合《客運(yùn)專線無砟軌道鐵路工程測量暫行規(guī)定》(鐵建設(shè)［2006］189號(hào))的有關(guān)規(guī)定。

6.5 觀測記錄和資料整理

每個(gè)點(diǎn)的觀測記錄必須反映出觀測序次、觀測時(shí)間、相隔時(shí)間、觀測數(shù)值(位移)、本次變化量、累計(jì)變化量、變化速率等基本要素，用以進(jìn)行現(xiàn)場施工控制。發(fā)現(xiàn)超出控制標(biāo)準(zhǔn)及時(shí)通知施工負(fù)責(zé)人進(jìn)行處理。6.6 實(shí)際觀測情況

以DK14+200—DK14+400段管樁施工為例，觀測樁號(hào)前后各延長100 m，觀測樁號(hào)為 DK14+100—DK14+500。水平位移觀測記錄見表2。

觀測數(shù)據(jù)分析顯示，觀測樁單日最大水平位移量和累計(jì)最大位移量均不超過規(guī)定。由于先施作了應(yīng)力釋放孔，可減小管樁施工對(duì)既有線的擠壓，部分樁號(hào)處出現(xiàn)了負(fù)值。

7 結(jié)語

對(duì)本段靠近津山鐵路的雜填土、粉質(zhì)黏土地基，設(shè)計(jì)采用PHC(預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)混凝土)管樁進(jìn)行加固。由于準(zhǔn)備工作充分，施工管理嚴(yán)格，PHC樁完全符合設(shè)計(jì)要求。由于采取了地層應(yīng)力釋放及科學(xué)的壓樁工藝，對(duì)既有津山鐵路的安全運(yùn)營也有所保證。

［1］中華人民共和國鐵道部.TB 10210—2001 鐵路混凝土與砌體工程施工規(guī)范［S］.北京:中國鐵道出版社，2001.

［2］中華人民共和國鐵道部.鐵建設(shè)［2005］157號(hào) 鐵路混凝結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)暫行規(guī)定［S］.北京:中國鐵道出版社，2005.

［3］中華人民共和國鐵道部.鐵建設(shè)［2006］189號(hào) 客運(yùn)專線無砟軌道鐵路工程測量暫行規(guī)定［S］.北京:中國鐵道出版社，2006.

［4］徐培軍.靜壓預(yù)應(yīng)力混凝土管樁處理高速公路軟土地基施工技術(shù)［J］.鐵道建筑，2008(7):62-63.