近年来，随着我国经济的发展，预应力管桩在国内高速公路建设中得到了大力的推广。大量工程实践证明，预应力管桩主要具有以下几个方面的特点：1）工厂化生产，成桩质量可靠；2）耐久性好，单桩承载力高，单位承载力价格便宜；3）设计选用范围广，易布桩，对桩端持力层起伏变化大的地质条件和不同沉桩工艺适应性强；4）运输起吊方便，施工速度快、工期短；5）桩身耐打性好，穿透能力强；施工控制、成桩质量监测方便。

 

　　目前该桩型已在国内普遍推广应用，在许多地区正取代各种传统桩型而成为主导桩型，受到越来越多的设计人员的欢迎。由于PTC管桩在成桩质量、处理深度、处理效果等方面均比其他桩型具有优势。PTC管桩能够有效控制地基沉降，满足高速公路控制工后沉降的要求，特别是能有效处理桥头跳车问题。因此PTC管桩逐渐在高速公路软基处理中得到应用，且应用的趋势日益增强。

 

　　1工程概况

 

　　某高速公路，道路全长40km，软土分布达16ｍ，浅层软土为淤泥及淤泥质亚粘土，分布于鱼塘、水塘、水田等地段，软土厚度为0.5~2.0ｍ。下面是褐灰色饱和亚粘土夹砂Ｑ4al，软塑状态，部分流塑，普遍发育。深层软土主要赋存于第四系全新统冲湖积平原区和岗间洼地地段，厚度不均，主要为灰褐色淤泥质土，混腐植质，呈软塑状，厚度4~8ｍ之间，最深处达15m，最下层是灰色饱和粉细砂层Ｑ4al，稍密~密实状态，局部夹粘性土薄层。

 

　　2软土地基处理原则

 

　　本工程软土地基处理的基本原则是：先简后繁、先地上后地下、就地取材、经济合理、技术先进可行，从稳定、沉降2个方面入手，在确保路基稳定的同时控制工后沉降。通过对全线软土的稳定、沉降分析计算，拟定需要处理的软基段落，再依照国内外成功经验，针对不同软基路段软土的分布情况、路基高度以及工期等影响因素，分别采用换填法、塑料排水板预压、粉喷桩PTC桩等方法进行软基处理。

 

　　（1）对浅部薄层软土，清淤后采用换填碎石土并分层压实。

 

　　（2）对于一般软土和需大面积进行地基处理的路段采用塑料排水板预压法处理，并结合稳定性控制需要适当设置土工格栅等进行补强。

 

　　（3）对于桥头软土路段、涵洞、通道构筑物等路段，小范围地采用复合地基进行处理。对于埋深在412ｍ的软土，采用粉（浆）喷桩＋填土预压处理；对于埋深在12~30ｍ的软土，采用PTC桩进行处理。

 

　　3PTC桩设计方案

 

　　PTC桩的桩身设计参数见表１

 

　　对于PTC管桩处治软土深度大于１２ｍ的软基路段，采用直径400mm，壁厚70mm的先张法预应混凝土薄壁管桩，静压法施工，压桩至设计深度后再浇注桩帽，铺筑碎石土垫层和钢塑格栅，形成复合地基。

 

　　4PTC桩施工工艺

 

　　（1）施工设备选择

 

　　PTC桩施工一般采用锤击法和静压法。锤击法施工依靠柴油打桩机，施工机械较小，施工速度较快，施工费用较低，施工过程噪声污染大，锤击振动对基底土的扰动大，对周围建筑物有影响静压法采用静力压桩机，机器笨重，施工速度较慢，施工费用较高，但对基底土扰动小，周围环境影响小。由于本项目位于城郊结合部，对环境敏感度高，故选用静力压桩机。设计压桩力为600kN，要求静压机压桩力大于4000kN，压桩速度≥1m/min，一次压桩行程1.5~2.0ｍ。

 

　　（2）施工流程

 

　　管桩施工工艺：→清表→场地平整→测量定位→桩机组装→打桩准备→喂桩→插桩→初打→初压→矫正正式打桩→压桩→接桩→送桩→移位施打下一桩。

 

　　静压沉桩时，各工序应严格按照操作规程并连续进行严禁中途长时间停压，以避免桩周土体固结，对桩体产生较大的侧摩阻力，造成送桩困难。

 

　　（3）施工要点

 

　　1）施工顺序。由于PTC桩属于挤土桩，在沉桩过程中会对桩周围的土体产生挤压作用，从而导致出现地面隆起和软土层中超静孔隙水压力升高，造成桩在软土层中产生侧向位移及挤桩效应。如不加以控制，常导致先入土的桩倾斜、偏位，后入土的桩沉桩困难，甚至沉桩不到位。这是软土中沉桩存在的棘手问题。为了比较合理地解决这一问题设计要求采用“Ｓ”型的压桩顺序，尽量减小挤桩效应，压桩顺序见图1。

 

　　图1压桩顺序示意图

 

　　2）控制压桩速度。工程所用的PTC桩要根据施工图设计文件中的桩基深度来进行桩的组合。当桩基深度≥24ｍ时，不超过3节桩组合；当桩基深度≤24ｍ时，不超过2节桩组合；桩基深度≤12ｍ时，不超过１节桩。施工时按照“长桩在下、短桩在上”的顺序进行施工。

 

　　沉桩过程中应严格控制压桩速度。这是因为在沉桩过程中，压桩速度过快，软土中产生较大的超静孔隙水压力，这时土体有效强度降低，由于挤土效应作用，深层土体将会因强度降低不能克服挤土力而产生侧向位移。另一方面，超静孔隙水压力增大，土体强度降低，土体将会变得松软，土体隆起对桩产生向上的推力，侧向力和向上推力的作用将会引起桩倾斜偏位，严重的会使桩的上下节头部位断裂。因此打桩时必须严格控制沉桩速度。根据工程经验，压桩速度控制在1~2ｍ/min，当然对具体工程要具体分析，一般在前一根桩施压时所产生的超静孔隙水压力削散70%左右再施工下一根桩，因此应适时进行原位监测。

 

　　3）沉桩的连续性。当桩沉入软土层中时，桩周围土体将会急剧地挤压，土中超静孔隙水压力急剧上升，土的抗剪强度大大降低，这时桩身很容易下沉。工程实践表明，沉桩后靠近桩壁处土体产生的超静孔隙水压力消散较快，即扰动土固结较快，强度恢复较快，如在沉桩过程中有停歇桩侧土体的摩阻力就会迅速增长，往往给继续沉桩带来相当大的难度，特别是在较厚的粘土层中几乎无法继续沉桩，因此必须尽量保持沉桩的连续性，避免中途停歇。

 

　　4）终压标准。开始施工PTC桩前应进行试桩，终压标准应根据设计要求、地质条件和桩身强度综合分析加以确定。正常情况按设计压桩力1.3~1.5倍送桩，达到设计高程后持荷10min且沉降量不超过2mm/min后方可结束送桩。在同一地质类型的地段，若出现静压力显著增加或送桩时静压力显著减小等异常情况需暂停施工并及时报告监理，必要时增加静力触探等施工勘察补钻资料，分析和找出原因后提出处理措施。

 

　　5）桩帽。碎石土褥垫层和土工格栅桩帽的作用是增大桩土荷载分配比例，充分发挥桩的承载能力。碎石土褥垫层和土工格栅的有效结合能充分发挥桩与土的共同作用机理和协调变形能力，既可有效地提高复合地基的承载能力，又可减少沉降。

 

　　本工程桩帽尺寸为140cm×140cm，厚度35cm。桩帽与桩身用钢筋焊接，桩帽施工采用反开挖桩侧压实的土体形成土模，采用C30现浇混凝土施工，上下两面配￠12@130×130的钢筋网。

 

　　桩帽施工完成后在上面铺筑第一层30cm厚碎石土垫层，压实后再铺设第一层钢塑格栅，其后再铺筑第二层20cm厚碎石土，压实后再铺设第二层钢塑格栅，碎石土褥垫层要求具有较高的强度，碎石的含量不少于40%。钢塑格栅主要指标要求；抗拉强度大于纵向≥100kN/m，横向≥80kN/m，最大负荷延伸率≥3%。

 

　　5PTC桩处理软基效果分析

 

　　为了检验PTC桩的加固效果，施工时在桩帽中心和与之同水平位置的桩间土中埋设了压力盒。通过施工期间的观测可以看到，随着填土高度的增加，当填土高度小于2.5m时，桩顶和桩间土的应力比差值不大，说明桩和桩间土基本上平均分担上部荷载；当填土高度大于2.5m时桩土应力比差值越来越大，说明大部分荷载由桩来承担。本工程测得的桩土应力比达到了11，而水泥搅拌桩、碎石桩的桩土应力比一般在3~5之间，与之相比PTC桩处理软基加固效果明显。

 

　　6结束语

 

　　综上所述，本文结合某PTC管桩复合地基处理深厚软土地基的高速公路工程，对静压PTC管桩的施工工艺和质量控制进行了分析，根据桩土接触面提供的单桩承载力，考虑PTC管桩结构强度控制条件，提出了合理的终压值控制标准。PTC管桩处理深厚软土地基，具有处理技术先进，成桩质量可靠、经济效益显著，施工安全的优点，对类似工程具有很好的借鉴作用。

 

　　参考文献

 

　　[1]张劲超.预应力管桩在岩溶区桥梁桩基中的应用[J].中外公路，2010（04）．

 

　　[2]王爱军.预应力管桩复合地基在高等级公路软基处理中的试验研究[J].中外公路，2009.