淺談PHC預(yù)應(yīng)力混凝土管樁在高速公路橋梁中的應(yīng)用

趙生星

(湖南省交通科學(xué)研究院有限公司，湖南 410000)

1 工程概況及管樁變更背景

(1)本工程為湖南省伍市至益陽高速公路，項目位于洞庭湖區(qū)，屬湖濱平原地貌，地勢平坦，伍益17標(biāo)全線長7.243 km，主要以橋梁為主，橋梁長度5.642 km，占線路總長的78%。其中西林特大橋全長5.205 km(206跨)，橋梁樁基主要持力層為第四系中更新統(tǒng)白沙井組(Q2b)細(xì)沙、中粗砂、黏土、礫砂、圓礫。

(2)項目前期進(jìn)場后發(fā)現(xiàn)本合同段，地處基本農(nóng)田保護區(qū)，如果采用傳統(tǒng)鉆孔灌注樁，肯定會出現(xiàn)以下問題：鉆孔施工中采取泥漿護壁，將嚴(yán)重影響周邊的生態(tài)環(huán)境，廢漿鉆渣處理成本高；樁基施工時間相對較長，成樁時間慢，費用偏高；樁身混凝土保護層厚度控制難度大，影響結(jié)構(gòu)耐久性；砂土、圓礫地層條件下長樁施工過程中易塌孔。基于以上因素，也為倡導(dǎo)國家推行的“綠色公路”建設(shè)理念，于2019年7月經(jīng)設(shè)計方計算、出圖，正式將本合同段橋梁138個墩的鉆孔灌注樁變更為PHC600AB130預(yù)應(yīng)力管樁。

(3)PHC管樁采用4根管樁(樁頂設(shè)承臺及系梁，現(xiàn)澆)代替一根灌注樁，管樁與承臺按剛接處理，采用配筋的填芯混凝土連接。

2 工藝流程

2.1 管樁進(jìn)場驗收

管樁進(jìn)場后逐根對樁長、樁徑、壁厚、強度回彈及外觀缺陷進(jìn)行驗收，尤其對于壁厚不夠、樁身裂紋和端板處混凝土松散的成品樁，要進(jìn)行標(biāo)記予以返場處理，經(jīng)施工經(jīng)驗證明此類缺陷，極易造成爆頭而出現(xiàn)廢樁。

2.2 施工前準(zhǔn)備

(1)測量放樣，使用全站儀精確放樣，測量原地面標(biāo)高，計算出送樁深度。

(2)在互為垂直方向，距樁位約10 m處設(shè)置垂直度監(jiān)測設(shè)備。

(3)在距樁位約10 m處安放全程錄像記錄設(shè)備，以備后續(xù)回看分析及相關(guān)存檔。

(4)焊接樁尖，本項目樁尖型式為開口型鋼樁尖。

(5)在樁身上用白板筆劃出以m為長度單位的標(biāo)記，依次從下往上的順序標(biāo)明樁身節(jié)段長度備用。

2.3 管樁沉樁

(1)為減少打樁對周邊環(huán)境的噪聲和油煙污染，本工程優(yōu)先采用液壓打樁機，遵循“重錘低落距”的原則實施錘擊沉樁。

(2)錘擊沉樁，項目部施工員現(xiàn)場實時填寫錘擊沉樁施工記錄表，記錄表經(jīng)施工員和現(xiàn)場監(jiān)理員共同簽字確認(rèn)。記錄表內(nèi)容包括：原地面標(biāo)高、加密水準(zhǔn)點標(biāo)高、錘重、落距、管樁批號、長度、生產(chǎn)日期、每米錘擊數(shù)、總錘擊數(shù)、最后1 m錘擊數(shù)、三陣錘貫入度，總用時。

(3)接樁，本項目管樁設(shè)計長度都在16 m以上，按2節(jié)進(jìn)行配樁，管樁連接采用焊接，管樁施工避免樁尖在接近砂礫、圓礫等硬土層時進(jìn)行接樁，保證上節(jié)樁所配樁長在沉樁完成后接頭位置在承臺底面以下應(yīng)大于7 m，接樁時上一節(jié)管樁段的樁頭應(yīng)露出原地面70 cm左右，上下節(jié)樁段應(yīng)確保直順。焊接質(zhì)量驗收合格經(jīng)自然冷卻后焊接頭及鋼套箍表面涂抹防銹防腐涂層才能繼續(xù)沉樁施工；

(4)送樁，當(dāng)最后一節(jié)管樁外露長度離原地面只有50～60 cm時，套上送樁器，送樁器上已做好明顯尺寸標(biāo)記，根據(jù)準(zhǔn)備階段計算出的送樁深度，在送樁器上劃出設(shè)計樁頂標(biāo)高控制線和最后1 m起點線，記錄最后1 m錘擊數(shù)繼續(xù)施打至送樁深度設(shè)計標(biāo)高并達(dá)到收錘標(biāo)準(zhǔn)后即刻收錘，終止施打。

(5)收錘標(biāo)準(zhǔn)及質(zhì)量通病、截樁和樁頂接樁處理：最后1 m錘擊數(shù)≥80錘即可，本項目沉樁收錘以設(shè)計樁長控制為主，最后1 m錘擊數(shù)為輔，同時把最后貫入度作為校核指標(biāo)。最后1 m錘擊數(shù)不大于300錘，總錘擊數(shù)不大于2 500錘。當(dāng)樁長達(dá)到設(shè)計樁底標(biāo)高但最后1 m錘擊數(shù)達(dá)不到收錘標(biāo)準(zhǔn)時，按如下方法處理：①若1個承臺下其他3根管樁均滿足要求，另1根管樁達(dá)到收錘擊數(shù)90%以上時，按設(shè)計標(biāo)高收錘；②若單根最后1 m錘擊數(shù)與標(biāo)準(zhǔn)相差較大，應(yīng)繼續(xù)錘擊沉樁1 m至達(dá)到收錘標(biāo)準(zhǔn)，如仍不能滿足，必須進(jìn)行地質(zhì)補勘和補樁處理。當(dāng)樁長達(dá)不到設(shè)計要求但最后1 m錘擊數(shù)達(dá)到收錘標(biāo)準(zhǔn)且每米錘擊數(shù)依次增大時，為保證樁身完整性和防止樁頭疲勞損壞，按如下方法處理：最后1 m錘擊數(shù)到達(dá)收錘標(biāo)準(zhǔn)的2.5倍(200錘)以上，樁底距設(shè)計標(biāo)高1～3 m時，可以按三陣錘的貫入度來判定(5～6 cm/10錘)，每陣錘貫入度逐步減少，報設(shè)計同意，可提前收錘：當(dāng)達(dá)到收錘標(biāo)準(zhǔn)而樁長與設(shè)計值相差較大且無法繼續(xù)沉入時，需對地質(zhì)情況重新補勘，必要時進(jìn)行單樁豎向承載力靜載試驗。樁身或樁頂質(zhì)量問題的處理：①首節(jié)樁出現(xiàn)質(zhì)量問題時，應(yīng)將樁身拔出后換管樁，若不能拔出，采取補樁處理；②第二節(jié)樁樁頂質(zhì)量問題的處理：a當(dāng)裂縫較輕微不影響沉樁時，可進(jìn)行封閉處理，采用低擊(20～30 cm落距)沉樁至設(shè)計標(biāo)高；b當(dāng)裂縫較嚴(yán)重，可采用低擊沉樁(20～30 cm落距)至設(shè)計標(biāo)高以上1 m左右的位置，由設(shè)計確認(rèn)承載力是否滿足要求，若滿足可截掉樁頭開裂部分，若不滿足采取補樁方案；③經(jīng)低應(yīng)變檢測后發(fā)現(xiàn)樁頭有質(zhì)量問題，可采取加長填芯混凝土(含鋼筋)或補樁處理；④補樁位置一般在問題樁的橫橋向外側(cè)，間距為1.5倍樁徑；問題樁截去開裂樁頭后按原設(shè)計與承臺連接。提前收錘和錘數(shù)過多導(dǎo)致樁頭疲勞損壞的管樁做截樁處理，若截樁時發(fā)現(xiàn)明顯的肉眼能看到的向下發(fā)展的裂縫應(yīng)繼續(xù)下移截樁，將裂縫段去除；因最后1 m錘擊數(shù)不夠多送樁1 m和截樁后樁頂標(biāo)高低于承臺設(shè)計底標(biāo)高(≤2D)按接樁處理。

2.4 質(zhì)量檢測

(1)所有樁身均進(jìn)行樁身完整性檢測，采用低應(yīng)變方法進(jìn)行檢測，本工程樁身完整性合格率達(dá)到99%。

(2)每公里抽取2～3根樁身進(jìn)行靜荷載試驗檢測單樁豎向承載力，本項目經(jīng)試驗合格率100%。

3 成樁穩(wěn)定性分析

成樁沉降觀測，對已完管樁選取最不利地段18個樁位共72根管樁，采用精密水準(zhǔn)儀在成樁完成后、承臺完成后、下構(gòu)完成后和梁板架設(shè)后分別進(jìn)行了沉降觀測，時間跨度118 d，對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析，基本無沉降，樁身穩(wěn)固。

4 存在的問題和解決建議

施工過程中存在的問題：(1)施工中存在的最大問題是錘擊振動導(dǎo)致老民房開裂；

(2)同一個承臺下不同基樁沉樁過程體現(xiàn)了地質(zhì)差異；

(3)施工出現(xiàn)管樁爆頭和斷樁問題；本項目地處湖區(qū)，承臺設(shè)計不能露出原地面，管樁送樁深度達(dá)到1.45 m，管樁檢測增加難度需開挖基坑后才能進(jìn)行，對檢測出存在爆樁或斷樁，需二次開挖接樁和重新回填至原地面補樁處理，存在工效降低，耽誤工期現(xiàn)象。

解決建議：(1)樁位點距民房距離必須在100 m以外，并在紅線邊開挖緩沖滯溝和對民房進(jìn)行震動監(jiān)測；

(2)增加地質(zhì)補勘，一個承臺下4根管樁至少要有一個地勘點且鉆孔深度要超過管樁設(shè)計樁長；

(3)雖承臺不能外露，管樁設(shè)計樁長增加1.45 m的送樁長度，頂節(jié)管沉樁至與原地面齊平即可，這樣做的好處是有利于低應(yīng)變檢測，對存在問題樁及時進(jìn)行補樁處理不需要重新回填、再開挖基坑工作，開挖完基坑后截樁多余樁就可進(jìn)行管內(nèi)填芯混凝土(含鋼筋)和承臺施工。(承臺設(shè)計高度1.6 m，管樁深入承臺0.15 cm)

5 結(jié) 論

根據(jù)本項目實際施工經(jīng)驗，一臺樁機每天可沉樁7根樁左右(相當(dāng)于1.5根灌注樁)，PHC管樁施工進(jìn)度相對比鉆孔灌注樁要快，穩(wěn)定性可靠，能大大節(jié)省造價，又能減少排放利于環(huán)境保護，在湖區(qū)具備獨特的優(yōu)勢，可全面推廣應(yīng)用。