預(yù)應(yīng)力管樁在公路工程軟土地基中的應(yīng)用

張 曉 瑞

(山西省公路監(jiān)理技術(shù)咨詢公司，山西 太原　030006)

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預(yù)應(yīng)力管樁在公路工程軟土地基中的應(yīng)用

張 曉 瑞

(山西省公路監(jiān)理技術(shù)咨詢公司，山西 太原030006)

介紹了預(yù)應(yīng)力管樁的基本理論，結(jié)合預(yù)應(yīng)力管樁設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容，闡述了預(yù)應(yīng)力管樁復(fù)合地基在公路工程應(yīng)用中的注意事項(xiàng)，指出預(yù)應(yīng)力管樁具有樁身質(zhì)量好、強(qiáng)度高、成本低等優(yōu)點(diǎn)。

預(yù)應(yīng)力管樁，復(fù)合地基，施工質(zhì)量，承載力

0　引言

我國(guó)自1944年開始生產(chǎn)鋼筋離心管樁之后經(jīng)過施工單位的不斷努力和研究，最終在1990年，廣東南方和鴻管樁廠引進(jìn)了日本的設(shè)備和技術(shù)，生產(chǎn)出了預(yù)應(yīng)力管樁，應(yīng)用于軟土地基處理。近年來，隨著我國(guó)管樁技術(shù)的快速發(fā)展，生產(chǎn)體系、材料和設(shè)備也日益完善。其中，預(yù)應(yīng)力管樁更是得到了廣泛的應(yīng)用。對(duì)軟土地基施工而言，預(yù)應(yīng)力管樁可以有效的提高路基的承載力，降低施工后的沉降量，值得工程人員深入探究。

1　預(yù)應(yīng)力管樁概述

預(yù)應(yīng)力管樁是采用先張法預(yù)應(yīng)力工藝和離心成形法制成的一種空心筒體細(xì)長(zhǎng)混凝土預(yù)制構(gòu)件，主要由圓筒形樁身、端頭板和鋼套箍等組成。預(yù)應(yīng)力管樁具有承載力高、質(zhì)量強(qiáng)度好、施工工期短、造價(jià)成本低、污染小等優(yōu)點(diǎn)。因此，在橋梁建筑和公路建筑等方面得到了廣泛的應(yīng)用。但是，預(yù)應(yīng)力管樁也存在抗剪性差、運(yùn)輸困難、耐久性低等缺點(diǎn)。所以，在公路工程軟土地基中使用預(yù)應(yīng)力管樁時(shí)，要盡量做到揚(yáng)長(zhǎng)避短，盡量按照高質(zhì)量、高效率的標(biāo)準(zhǔn)組織施工。

2　預(yù)應(yīng)力管樁復(fù)合地基設(shè)計(jì)

2.1預(yù)應(yīng)力混凝土管樁的特點(diǎn)

1)質(zhì)量好、承載力高。預(yù)應(yīng)力混凝土管樁是嚴(yán)格按照GB 13476—2009先張法預(yù)應(yīng)力混凝土管樁及日本JISA 5337標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)，其混凝土強(qiáng)度等級(jí)不低于C80。管樁的制作工藝先進(jìn)，技術(shù)成熟，能夠保證樁身耐錘擊和抗裂性好，穿透力強(qiáng)。同一個(gè)建筑物中，可以使用不同直徑的預(yù)應(yīng)力管樁，容易解決布樁的問題，充分發(fā)揮每個(gè)管樁的承載力。

2)施工方便、工期短。預(yù)應(yīng)力管樁的施工工藝簡(jiǎn)單，質(zhì)量容易控制，施工進(jìn)度快。單樁的管樁可以截成任意長(zhǎng)度，不受機(jī)械能力和機(jī)械條件的影響，且成樁后不需要養(yǎng)護(hù)，可以大大縮短工期。

3)造價(jià)成本低。管樁的造價(jià)是應(yīng)用單位承載力來計(jì)算的。一般情況下，預(yù)應(yīng)力管樁的單位承載力造價(jià)在諸多樁型中是較便宜的一種。與鋼樁相比，其單位承載力造價(jià)僅為鋼樁的1/3。

2.2預(yù)應(yīng)力管樁的經(jīng)濟(jì)性

采用預(yù)應(yīng)力管樁處理軟土地基的方法包括柔性樁法、散體粒料樁法、低強(qiáng)度混凝土樁法以及高強(qiáng)度預(yù)應(yīng)力管樁法。每一種方法都有不同的使用范圍，并且各有利弊。在保證工程施工質(zhì)量的前提下，影響工程造價(jià)的因素主要包括：樁材、樁長(zhǎng)和樁的密度。

由于軟土地基是柔性的，質(zhì)地較軟，而預(yù)應(yīng)力管樁是剛性的，質(zhì)地較硬。所以在施工過程中，為了擴(kuò)散管樁的承載力，通常在預(yù)應(yīng)力管樁的頂部設(shè)置樁帽，在樁帽的上端再設(shè)置褥墊層。在工程設(shè)計(jì)中要計(jì)算好樁間距和樁帽的大小。如果間距過大，樁帽太大，就會(huì)影響管樁的承載力，使軟土地的沉降量增大；反之，則增加了成本，超出了工程造價(jià)的預(yù)算。因此，在施工設(shè)計(jì)時(shí)，要根據(jù)實(shí)際情況選擇樁帽材料。

2.3預(yù)應(yīng)力管樁設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容

1)樁間距的確定。

預(yù)應(yīng)力管樁能夠有效的降低地基的沉降程度。選擇預(yù)應(yīng)力管樁作為公路工程軟土地基的處理方法，通常是地基工程土質(zhì)較差的地區(qū)。因此，為了提高預(yù)應(yīng)力管樁的使用效率，讓它在路堤荷載上發(fā)揮出最大的作用，首先需要確定樁間距。如果管樁的間距過大，則會(huì)減少樁體的承載量。但是如果管樁間距過小，會(huì)使樁間的承載力不能充分地發(fā)揮作用。所以說，根據(jù)工程的實(shí)際情況，設(shè)計(jì)出科學(xué)合理的管樁間距是提高公路承載力的重要內(nèi)容。

2)樁帽置換率的確定。

管樁的荷載主要是由樁帽傳遞到樁體上的。隨著樁帽尺寸的增加，復(fù)合地基的置換率增高，樁間所承擔(dān)的荷載量降低，進(jìn)而使地基的沉降量下降。同時(shí)，樁帽的大小還決定了樁頂應(yīng)力的集中程度。樁帽尺寸越大，樁頂承載量越大，地基沉降量越小。相反，如果樁帽過小，則管樁的承載力減小，導(dǎo)致地基沉降量增大。然而，如果樁帽太大，則需要增加造價(jià)成本，不夠?qū)嶋H。因此，在預(yù)應(yīng)力管樁設(shè)計(jì)時(shí)，盡量在滿足公路規(guī)范的前提下，參照工程各項(xiàng)的參數(shù)，預(yù)算出既經(jīng)濟(jì)又安全的樁帽尺寸。

3)褥墊層的確定。

褥墊層是混凝土基礎(chǔ)和地基土的中間層，當(dāng)它達(dá)到一定厚度時(shí)，可以協(xié)調(diào)管樁和地基層之間整體變形，保證各層之間的平整性。同時(shí)，還能使樁身應(yīng)力分布更加均勻，保證樁體發(fā)揮承載力。當(dāng)褥墊層的厚度設(shè)置過小時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)樁體應(yīng)力集中的現(xiàn)象，使樁間土的承載能力得不到很好的發(fā)揮；反之，若褥墊層厚度設(shè)置過大，樁體的承載能力就會(huì)因過厚的墊層擴(kuò)散作用而得不到充分的利用。所以說，設(shè)計(jì)合理的褥墊層厚度對(duì)提高預(yù)應(yīng)力管樁的承載力具有重要的作用。

4)樁長(zhǎng)的確定。

通常當(dāng)樁體能夠穿過軟土層到達(dá)較硬的土層，就能夠較好的控制地基不變形。樁長(zhǎng)一般以能穿透軟土層為標(biāo)準(zhǔn)，具體的長(zhǎng)度根據(jù)軟土的沉降穩(wěn)定性來計(jì)算。經(jīng)研究表明，對(duì)于砂性土而言，管樁的樁長(zhǎng)一般不低于樁徑的1.5倍；對(duì)于粘性土而言，其樁長(zhǎng)一般不低于樁徑的2倍。

3　預(yù)應(yīng)力管樁復(fù)合地基應(yīng)注意的問題

3.1重視試樁工作

試樁是為了檢驗(yàn)軟土地基設(shè)計(jì)的參數(shù)是否合理。如，通過試樁，可以檢驗(yàn)出樁間距、樁帽置換率、樁長(zhǎng)等設(shè)計(jì)的參數(shù)能否滿足公路工程的相關(guān)規(guī)范和設(shè)計(jì)要求。對(duì)于不合理的設(shè)計(jì)，可以及時(shí)的更正修改。避免在施工的過程中，因設(shè)計(jì)不合理而影響了工程的質(zhì)量和進(jìn)度。

3.2重視施工順序

由于在管樁沉樁的過程中，容易產(chǎn)生超孔隙水壓，影響地基的質(zhì)量。因此，在施工的過程中，應(yīng)采用由內(nèi)而外的施工順序，最大限度促進(jìn)孔隙水壓的消散。另外，可以在管樁施工區(qū)域打設(shè)一定數(shù)量的塑料排水板也有利于加快超孔隙水壓力的消散。同時(shí)還能進(jìn)一步提高軟土的強(qiáng)度。

3.3重視橋涵構(gòu)筑物處的施工

要注意重視橋涵構(gòu)筑物處的施工順序。一般來說，在橋頭段落，應(yīng)該先進(jìn)行預(yù)應(yīng)力管樁復(fù)合地基的施工，再開展橋頭鉆孔的施工。如果先進(jìn)行橋頭鉆孔再進(jìn)行管樁施工，那么很容易在管樁施工的過程中，使已經(jīng)做好的橋頭鉆孔灌注樁發(fā)生位移，影響其施工和耐久性。

3.4重視預(yù)應(yīng)力管樁施工質(zhì)量問題的善后處理

在施工過程中，如果預(yù)應(yīng)力管樁發(fā)生了位移、斷樁等質(zhì)量問題時(shí)，必須要采取相應(yīng)的措施，進(jìn)行低應(yīng)變動(dòng)測(cè)。首先要統(tǒng)計(jì)管樁的偏位，傾斜程度和斷樁情況，再根據(jù)地質(zhì)條件、工程質(zhì)量進(jìn)行調(diào)整。一般來說，遇到管樁的質(zhì)量問題時(shí)，首先要停止施工，檢查各個(gè)管樁的質(zhì)量情況；對(duì)發(fā)生偏移的管樁要補(bǔ)樁加固，保證樁基兩側(cè)平衡；對(duì)于斷樁，要更換新樁。

4　結(jié)語

對(duì)于軟土地公路來說，選擇預(yù)應(yīng)力管樁作為軟土地基處理的材料，不僅具有施工操作簡(jiǎn)單，工期短，承載量大，質(zhì)量高等優(yōu)勢(shì)，還能提高工程的經(jīng)濟(jì)效益，推動(dòng)交通運(yùn)輸?shù)目沙掷m(xù)發(fā)展。但是，預(yù)應(yīng)力管樁還存在抗剪性差，易發(fā)生斷樁的缺點(diǎn)。因此，在公路工程施工中，要學(xué)會(huì)揚(yáng)長(zhǎng)避短，合理設(shè)計(jì)樁間距、樁長(zhǎng)和樁帽參數(shù)，將預(yù)應(yīng)力管樁的優(yōu)勢(shì)發(fā)揮到最大水平。

[1]李愛國(guó),王選倉,尹敏.瀝青路面雙層一次性攤鋪施工組織與關(guān)鍵施工技術(shù)[J].公路交通科技(應(yīng)用技術(shù)版),2012，8(3)：64-67.

[2]李良.瀝青混凝土路面雙層攤鋪技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀與展望[J].黑龍江交通科技，2008(12)：91-93.

[3]馬俊海.關(guān)于公路施工中的水泥混凝土攪拌和攤鋪技術(shù)問題研究[J].中小企業(yè)管理與科技(上旬刊),2008，31(7):10-11.

[4]楊永紅,任亞鵬,王選倉,等.瀝青面層雙層攤鋪混合料疲勞性能[J].建筑材料學(xué)報(bào),2015，18(3):458-463.

[5]海嘯.國(guó)際高速公路壓實(shí)攤鋪施工工藝現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)研討會(huì)在南京召開[J].工程機(jī)械,2005，36(5)：98.

On application of prestressed pipe pile in soft soil foundation of road projects

Zhang Xiaorui

(ShanxiRoadInspectionTechniqueConsultancyCo.,Ltd,Taiyuan030006,China)

The paper introduces the basic theory of the prestressed pipe pile, illustrates the precautions of the prestressed pipepile composite foundation in road projects by combining with the main content for the prestressed pipe pile design, and points out the prestressed pipe pile if featured with better pile, higher strength and lower cost.

prestressed pipe pile, composite foundation, construction quality, loading capacity

1009-6825(2016)21-0150-02

2016-05-14

張曉瑞(1986- )，女，助理工程師

U416.1

A