1、引言

 

　　 随着社会经济的飞速发展，基本建设规模不断扩大，高速铁路的普及成为必要。京津客运专线的成功运营，标志着我国高速铁路发展已经进入了一个新的阶段。350Km/h的速度大大催进了我国的同城效应，加快了走廊经济带的形成，促进了区域经济可持续性发展。为满足高铁对速度的需求，有效控制路基沉降显得尤为重要。管桩复合地基加固处理就可以达到这一目的。管桩沉桩方法有多种，在我国国内的施工方法有：锤击法、静压法、震动法、射水法、预钻孔法及中掘法等。本工程地质主要为坚硬的粘性土层；粗角砾石；较厚的全风化岩层；强风化岩层，适宜锤击法施工。同时锤击法施工具有施工简单、施工速度快，工期短，质量容易控制，工程造价低等优点。此施工方法适合打造“石武速度”的施工理念。因此我们结合本工程的实际情况选用柴油打桩机锤击法施工。

 

　　2、工程概况

 

　　 DK942+035~DK942+067段路基位于驻马店市确山县大宋庄特大桥桥尾，属于第四系上更新统冲洪积层。地下水主要为第四系粗角砾土层为主要含水层，地下水主要为空隙潜水。按地质资料自上至下依次为：粉质粘土；粗角砾土、碎石土；云母片岩。根据本工程的设计要求，本段采用桩径为0.4米的预应力管桩加固，其中：DK942+035~DK942+051.83段横向桩间距2.3米，纵向桩间距2.3米，桩长21.3~22.6米；DK942+051.83~DK942+067段横向桩间距2.5米，纵向桩间距2.5米，桩长22.6~17.2米，按正方形布置。桩顶设C30钢筋混凝土现浇桩帽，设0.6米厚碎石垫层，内铺设二层双向经编土工格栅，形成复合地基加固，复合地基加固承载力为440KPa。

 

　　3、管桩介绍

 

　　 预应力混凝土管桩可分为后张预应力管桩和先张法预应力管桩，主要由圆筒形桩身、端头板和钢套箍等组成。

 

　　 管桩的分类：(1)按混凝土强度等级和壁厚分为预应力混凝土管桩代号为PC，薄壁管桩代号为PTC，预应力高强混凝土管桩代号为PHC。PC桩的混凝土强度不得低于C50砼，PTC桩强度等级不得低于C60，PHC桩的混凝土强度等级不得低于C80。

 

　　 管桩按桩身抗裂弯矩的大小分为A型、AB型、B型和C型桩4种。A型桩的有效预应力约为4.0N/mm2，AB型约为6.0N/mm2，B型约为8.0N/mm2，C型约为10.0N/mm2，打桩时桩身混凝土可有效地抵抗拉应力，所以，对于一般建设工程，选用我国规定的A或AB型的管桩。

 

　　 管桩的型号标示为：PHC-A400-90-12。其意义为：该管桩是预应力高强混凝土管桩，桩身抗裂弯矩为A型，桩外径为400mm，壁厚为90mm，桩长为12m。

 

　　4、复合地基加固机理

 

　　 复合地基加固是指在天然地基处理过程中，下部土体得到竖向增强体“管桩”的加强形成复合地基加固区，在桩顶得到水平向增强体“褥垫层”的加强形成复合地基加固区。褥垫层的结构形式自下向上依次为：0.2米厚碎石垫层+一层不小于250KN/M的双向经编土工格栅+0.05米厚砂垫层+0.15米厚碎石垫层+一层不小于250KN/M的双向经编土工格栅+0.05米厚砂垫层+0.15米厚碎石垫层。

 

　　 褥垫层、管桩及桩间土三者共同作用形成的复合地基具有置换作用、挤密作用和对土的约束作用等复合地基效应。当褥垫层承受上部填土产生的竖向荷载时，褥垫层通过适当的变形以一定比例将竖向荷载分配给管桩及桩间土，形成了一个复合地基的受力整体，共同承担上部基础传来的荷载，这就可以有效地减少地基沉降。

 

　　5、管桩施工工艺流程

 

　　6、管桩施工注意事项

 

　　6.1桩位控制

 

　　 根据项目部测量人员测放的控制桩位，测放出各个桩的位置，并保护好控制桩或者将其转到不受打桩影响地段，便于施工过程中及时检查复核。如果发现控制桩有被破坏的痕迹，立即和项目部联系及时复测。

 

　　6.2探桩

 

　　 管桩入土前，应先清理桩位处工作垫层中的石块，防止桩入土时偏位。桩位放样后先人工进行探桩，在桩位处用钢管探测地下有无障碍物。发现地下障碍物及时排除，以防止造成桩偏位、管塞及桩压不下去等施工质量事故。

 

　　6.3吊桩

 

　　 先将管桩从堆放点用吊车，水平吊运到桩架附近，再利用桩机上专门设置的起桩重钩及卷扬机吊桩就位。管桩吊起时要控制其速度，严禁快速吊起使管桩与桩机碰撞，损坏管桩。吊车平吊运移管桩采用两头勾头法或2点绑扎法。采用2点绑扎法其绑扎起吊点位置离桩端0.207L（L为管桩长度）。机架上附设起重勾吊桩就位时，采用一点绑扎法，其绑扎起点位置离桩端0.31L（L为管桩长度）。

 

　　6.4插桩（植桩）

 

　　 将封口型桩尖焊接成十字或圆锥型后，起吊提升到垂直状态，将桩上头套入锤头下部固有送桩器，然后将桩尖准确的放在桩位上，先用桩锤自重将桩插入地下30~50cm，桩身稳定后，调正桩身、桩锤、桩帽的中心线重合，使之与打入方向成一直线。缓缓施工将桩插入土中1.5m左右位置，停止施压。在机架前，选择成90的两个方向，各距机架25m左右处，架设经纬仪，检查调直桩身垂直度。控制植桩桩身垂直度偏差在0.5%以内。

 

　　6.5打（沉）桩

 

　　 沉桩前应选用15cm厚的直纹木垫作为锤垫，桩垫用麻袋、木夹板，压缩后厚度不小于12cm，锤击过程中经常检查及时更换。沉桩时，继续用两台经纬仪交叉检查桩身垂直度，边校正桩身垂直度边往下沉桩，避免由于桩身倾斜产生管桩损坏。不得采用顶拉桩头、桩身等强行纠偏方法。桩身倾斜率超过0.8%时，应找出原因并进行纠正。初打时关闭供油泵油门，使锤冷打。当贯入度小于100mm/击时，在开启油门正常打桩，正常打桩采用重锤低击。锤落距控制在1.5m以内。打桩应连续施打不宜停歇时间过长，防止桩周围土固结，增大沉桩阻力，遇到下列情况应该停止打桩，经分析研究并采用措施后方可以继续施工：

 

　　 ①、贯入度发生急剧变化或者打桩机的振幅异常；

 

　　 ②、桩身突然倾斜位移或者锤击时打桩机有严重回弹；

 

　　 ③、桩头破碎或桩身开裂；

 

　　 ④、附近地面有严重的隆起现象；

 

　　 ⑤、打桩架发生倾斜或晃动。

 

　　6.6接桩

 

　　 管桩接桩采用钢端板焊接法焊接。其入土部分桩段的桩头宜高出地面0.5~1.0m。当桩沉入到接桩位置仍有下滑趋势时，则采用钢夹板将桩夹持住后在进行接桩工序。在接桩前一定要将上下段桩刚端板刷洗干净，露出金属色，同时利用经纬仪使上下节桩轴线一致。上下桩段的中心线偏差不大于2mm，节点弯曲失高不得大于桩段的0.01%。如果上下桩接头处间隙较大，则先用楔形铁片填实，然后进行焊接，接桩铁件应做防腐处理。拼接处坡口槽电焊分三次对称焊接，焊缝连续饱满，焊接处的强度不应低于出厂的强度，焊后清除焊渣，检查焊缝饱满程度，施焊完毕，自检合格后请监理等有关人员进行检查。合格后，自然冷却后在施打。待桩沉入到距地面1.0m左右时，停止沉桩，吊上第三节桩，采用同样工艺将上下段桩焊接完毕后，继续沉桩至桩身设计标高。

 

　　6.7收锤标准

 

　　 打入桩采用桩长和贯入度双控制，以设计桩长为主，贯入度为辅。最后贯入度的确定需根据试验桩的结果，用水准仪测量桩顶标高，桩顶标高控制在-5cm至+10cm之间，确定最后1m每10击的下沉量和总锤击数。

 

　　6.8沉桩施工记录

 

　　 沉桩时详细、准确的填写沉桩记录。记录每米的锤击数，距设计标高2-3m时则以30cm为单位记录锤击数、最后连续锤击3阵每阵10击的贯入度及桩顶标高。

 

　　6.9截割桩头

 

　　 截割桩头宜采用电动锯桩器。若无专用锯桩器，应采用截桩导向箍箍住截桩部位、用风镐或手工凿子沿截桩导向箍上缘凿去管桩预应力钢棒外面混凝土、电割切断钢棒后将桩头截断。严禁采用大锤横向敲击或强行扳拉截桩。

 

　　6.10混凝土桩帽施工

 

　　 沉桩完成并经检查合格后，按设计要求绑扎桩帽钢筋，浇注桩帽钢筋砼。与桩帽相连的桩面应平整并且水平，深入桩帽中不少于5cm。桩帽尺寸见施工图纸。

 

　　7、质量检验

 

　　7.1桩位验收：

 

　　 打桩后要及时进行验收，并按照设计频率和参数要求进行低应变和单桩承载力试验，检查结果桩位偏差均在0.05米以内，桩身垂直度在0.8%以内，经检测本段管桩完全符合设计要求。

 

　　7.2低应变桩身完整性检测

 

　　 本段路基施工完成管桩226根，低应变无损检测24根，其中I类桩24根，占所检测桩总数的100%；无II类、III类及Ⅳ类桩。预制管桩工程施工质量合格。

 

　　7.3管桩单桩承载力检测

 

　　本段路基单桩承载力共检测3根桩，检测结果如下表：

 

　　上述3组试验，复合地基最大荷载为880kpa；对应复合地基承载力标准值≥440kpa。从试验曲线看，均未出现第二拐点。复合地基最大沉降量11.73mm，最小承压板宽度6%。其复合地基承载力特征值为440kpa。因此上述预置管桩基础工程质量达到复合地基承载力440kpa的设计要求，预制管桩基础工程施工质量合格。

 

　　8、沉降观测

 

　　经过对本段路基不间断的沉降观测得知：①、该段路基沉降板沉降量在-2.85mm～5.92mm之间，观测桩沉降量在-0.86mm～1.51mm之间；

 

　　②、该段路基填筑完成后，沉降板沉降增量为-1.15mm～1.89mm，观测桩沉降增量为-0.97mm～1.44mm，沉降板沉降波动范围为：0.52mm～2.89mm，观测桩沉降波动范围为：0.10mm～1.29mm，本段路基所以测点最后四期（且观测时间不少于一个月）沉降观测数据未出现持续下沉的情况，该对段路基所有测点均满足路基沉降评估标准2，直接判断其处于稳定阶段。

 

　　9、结语

 

　　 管桩作为桩基础的一个主要形式被广泛应用在工业与民用建筑、多层至高层建筑、铁路、公路、桥梁、灌口码头、高速公路等领域。众所周知基础是建筑物的根本，其施工质量直接关系着建筑物的安全，希望本文能给锤击法施工的管桩提供参考。从而更好的推动管桩在路基加固中的应用。

 

　　参考文献：

 

　　[1]徐至钧，李智宇，张亦农．预应力混凝土管桩设计施工及应用实例．中国建筑工业出版社，2009．

 

　　[2]JGJ94-94，建筑桩基技术规范．

 

　　[3]客运专线铁路路基工程施工质量验收暂行标准(铁建设[2005]160号)．

 

　　[4]客运专线铁路路基工程施工技术指南(TZ212-2005)．

 

　　[5]铁建设[2007]47号．新建时速300km～350km客运专线铁路设计暂行规定(上、下

 

　　册)[M]．北京：中国铁道出版社，2007．

 

　　[6]TB1003522006，J15822006，铁路特殊路基设计规范[S]．