PHC管樁在高速鐵路軟基加固中的應(yīng)用

中鐵二十五局

摘要：提高高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力管樁的施工質(zhì)量，保證高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力管樁在加固軟土地基方面的效果，對(duì)提高建設(shè)項(xiàng)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(shuō)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(diǎn)和主要的注意事項(xiàng)。

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(cè)

1 引言

隨著我國(guó)運(yùn)輸業(yè)的不斷發(fā)展和成熟，高速鐵路的建設(shè)項(xiàng)目越來(lái)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(shí)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(shí)例對(duì)此進(jìn)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(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，采用樁網(wǎng)結(jié)構(gòu)進(jìn)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(jìn)行加固。此次采用的是預(yù)制件管樁，長(zhǎng)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(zhǎng)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(zhǎng)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(qiáng)度特點(diǎn)的土工格柵，共兩層，使其與碎石貼合，成為一個(gè)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(jìn)行樁端設(shè)計(jì)，無(wú)需進(jìn)行錘擊施工，控制標(biāo)高及貫入度。采用打樁機(jī)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(shí)中砂層及堅(jiān)硬粉質(zhì)粘土層上，充分體現(xiàn)PHC管樁的優(yōu)點(diǎn)，突出管樁承載力高、強(qiáng)度大的使用優(yōu)勢(shì)，以提高軟土地基的穩(wěn)固性。采用PHC管樁進(jìn)行地基加固，具有以下優(yōu)勢(shì)：

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(qiáng)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(jiǎn)便，經(jīng)濟(jì)性高

PHC管樁在地基加固中具有較多優(yōu)點(diǎn)，施工時(shí)可按照施工的具體需求，進(jìn)行采購(gòu)，施工方法簡(jiǎn)便。采用PHC管樁施工，無(wú)需特別準(zhǔn)備，且由于操作方法簡(jiǎn)便，施工效率較高，工期較短，對(duì)于施工環(huán)境的選擇性較高，省時(shí)省力。經(jīng)濟(jì)性較高，有利于節(jié)約施工成本。

3.3 對(duì)環(huán)境無(wú)影響

在施工過程中，無(wú)需排放泥漿，無(wú)需排放污水，對(duì)環(huán)境無(wú)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(duì)樁機(jī)進(jìn)行定位處理

樁機(jī)是重要的施工器械，進(jìn)場(chǎng)后應(yīng)立即安裝管樁。安選擇平整地面，調(diào)整好樁機(jī)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(jìn)行吊樁前，應(yīng)先對(duì)PHC管樁進(jìn)行標(biāo)注，明確標(biāo)明吊點(diǎn)，以1m作為間隔大小，劃好標(biāo)志線，然后在打樁時(shí)，觀察錘擊次數(shù)，并進(jìn)行記錄。完成吊樁后，采用打樁機(jī)進(jìn)行滑動(dòng)和旋轉(zhuǎn)，調(diào)整機(jī)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(jìn)行沉樁時(shí)，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(duì)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(shí)，必須保證偏差小于0.5%H，當(dāng)樁身垂直時(shí)，再實(shí)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(jìn)行樁頂錘擊時(shí)，應(yīng)預(yù)先進(jìn)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(qiáng)度應(yīng)符合要求。

（2）在進(jìn)行施打時(shí)，首先采用空錘或低沖程進(jìn)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(shí)，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(gè)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(jìn)行錘擊時(shí)，必須保證次數(shù)小于250次。

（6）在軟土層進(jìn)行施工時(shí)，應(yīng)連續(xù)施打根樁，不可間隔太長(zhǎng)時(shí)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(jìn)行PHC管樁接樁，在一個(gè)截面內(nèi)，不可同時(shí)出現(xiàn)兩個(gè)管樁接頭，可采用的管樁規(guī)格有四種，8～11m均可，長(zhǎng)度為19m。采用下長(zhǎng)上短的接樁，且只采用1至2節(jié)，進(jìn)行垂直接樁。

接樁的要點(diǎn)：

（1）簡(jiǎn)化焊接步驟，當(dāng)?shù)孛媾c底樁樁頭僅間隔1m左右時(shí)，即可實(shí)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(duì)接速度，減少時(shí)間，進(jìn)一步提升對(duì)接精度，在進(jìn)行接樁時(shí)，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(diǎn)彎曲矢高必須在100/L之下。

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

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

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

4.6 錘擊注意事項(xiàng)

很多因素都會(huì)對(duì)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(shí)際狀況，總結(jié)施工經(jīng)驗(yàn)，充分考慮錘擊終止如何進(jìn)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(biāo)高。

此次工程采用的是PHC摩擦端承樁管樁，錘擊終止時(shí)，必須嚴(yán)格控制樁端的貫入度以及設(shè)計(jì)標(biāo)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(biāo)高已經(jīng)滿足要求，但貫入度大于要求標(biāo)準(zhǔn)，則應(yīng)再次進(jìn)行錘擊，直至貫入度滿足標(biāo)準(zhǔn)。

（2）如果貫入度已經(jīng)滿足標(biāo)準(zhǔn)，但樁端標(biāo)高與標(biāo)準(zhǔn)仍有小部分差距，則需再次進(jìn)行100mm錘擊。

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

（4）必須保證樁頭的完整性，無(wú)破損現(xiàn)象。

4.7 沉樁具體要求

在進(jìn)行打樁時(shí)，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(shí)間、接樁時(shí)間等。應(yīng)詳細(xì)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(shí)應(yīng)立即停止錘擊

如果在進(jìn)行PHC管樁施工時(shí)，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(shí)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(shí)施沉降時(shí)，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(shí)，如果土層應(yīng)力過大，則會(huì)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(duì)，或施工方法不恰當(dāng)，沉樁施工不標(biāo)準(zhǔn)。

（2）在進(jìn)行沉樁時(shí)，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(duì)管樁施工工作進(jìn)行科學(xué)合理的安排，要求由內(nèi)而外，由深至淺，先進(jìn)行中間施工，然后在進(jìn)行兩側(cè)施工。

（2）沉樁數(shù)量、沉樁速度都進(jìn)行嚴(yán)格控制。

5.2 沉樁標(biāo)高、貫入度沒有達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求

如果管樁的貫入度或打樁標(biāo)高沒有滿足設(shè)計(jì)要求，樁體可會(huì)出現(xiàn)異?，F(xiàn)象。

5.2.1 致使因素

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

（2）持力層標(biāo)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(jìn)行打樁或焊接時(shí)，儀器故障，導(dǎo)致沉樁問題，樁尖長(zhǎng)時(shí)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(biāo)高及貫入度偏差

（1）地質(zhì)勘查后，反復(fù)核對(duì)資料報(bào)告，如有出入再次進(jìn)行勘測(cè)，明確標(biāo)高及持力層。

（2）嚴(yán)格控制施工質(zhì)量，施工暫停時(shí)，必須控制暫停時(shí)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(shí)際情況為準(zhǔn)，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(qiáng)沉樁穩(wěn)固性。如果施工地質(zhì)為黏土層，則不可進(jìn)行射水。

5.3 樁頂出現(xiàn)位移現(xiàn)象

PHC管樁進(jìn)行沉樁施工時(shí)，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(shí)，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(jiān)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(shí)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(jìn)行施工之前，對(duì)管樁進(jìn)行全面檢查，確保其彎曲度符合要求方可施工。

（2）在進(jìn)行施工時(shí)，對(duì)于樁身垂直度進(jìn)行嚴(yán)格控制，當(dāng)垂直度不標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，應(yīng)立即進(jìn)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(jìn)行沉樁施工時(shí)，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(qiáng)度較小，沒有滿足標(biāo)準(zhǔn)，或在存放時(shí)、運(yùn)輸時(shí)由于其他因素影響，出現(xiàn)裂縫。

（2）進(jìn)行管樁接長(zhǎng)時(shí)，如果兩個(gè)樁體不平衡，或管樁彎折。

（3）在進(jìn)行沉樁施工時(shí)，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(jìn)行錘擊時(shí)，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(jìn)行錘擊時(shí)，出現(xiàn)偏差立即糾正，當(dāng)管樁已經(jīng)到達(dá)持力層，出現(xiàn)偏差時(shí)，不能進(jìn)行錘擊。

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

6 沉降觀測(cè)方法

6.1 填筑施工時(shí)的觀測(cè)方法

在進(jìn)行路堤施工時(shí)，應(yīng)對(duì)路基沉降的整個(gè)過程實(shí)施觀測(cè)，以此了解PHC管樁沉降實(shí)際情況。對(duì)路基沉降板進(jìn)行觀測(cè)，可了解路基的實(shí)際沉降量。觀測(cè)時(shí)間長(zhǎng)達(dá)21天，數(shù)據(jù)記錄13次，具體時(shí)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(cè)結(jié)果

6.2 沉降過程中的觀測(cè)方法

堆載預(yù)壓與工后進(jìn)行，填土高度與縱向坡度分別為2m、1：2，壓實(shí)機(jī)器為輕型壓實(shí)機(jī)，預(yù)壓期4個(gè)月以上。觀測(cè)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(jì)沉降量25.91mm。具體見下圖。

圖4 沉降過程