尾礦庫區(qū)PHC樁加筋法靜壓樁施工工程管理經(jīng)驗(yàn)探討

李東毅　吳萍　黃德敏

摘 要：通過介紹PHC樁加筋法在某高速公路尾礦庫段落的應(yīng)用，針對尾礦庫特殊環(huán)境，分析總結(jié)了PHC樁靜壓施工過程中工程管理措施及經(jīng)驗(yàn)，并通過施工結(jié)果印證了尾礦庫內(nèi)PHC樁施工質(zhì)量和安全滿足工程規(guī)范要求，可為其他類似工程建設(shè)提供參考。

關(guān)鍵詞：PHC樁；尾礦庫區(qū)；靜壓樁；工程管理

中圖分類號：TU753.3；TU712.3 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2017.03.087

隨著高速公路建設(shè)的快速發(fā)展，高速公路將會遇到不同的地形及地質(zhì)條件，尤其是“遭遇”尾礦庫區(qū)域深厚層軟土地質(zhì)條件，面臨的設(shè)計(jì)及施工環(huán)境更為復(fù)雜，工程處理難度等級提高。一般的軟基處治技術(shù)已無法解決此項(xiàng)問題，而采用PHC樁加筋復(fù)合地基處理則是一種創(chuàng)新嘗試。但該項(xiàng)技術(shù)在高速公路軟基處理中應(yīng)用得較少，特別是在尾砂庫區(qū)內(nèi)復(fù)雜環(huán)境下應(yīng)用得更少，相應(yīng)的施工技術(shù)及管理經(jīng)驗(yàn)缺乏。本文依托實(shí)際工程，對尾礦庫區(qū)PHC樁加筋處治中靜壓樁施工及工程管理進(jìn)行分析探討，并為類似工程提供參考意見。

1 工程概況

廣西桂平至來賓高速公路K172+110～K172+550段經(jīng)過當(dāng)?shù)乇P龍鉛鋅礦尾砂庫區(qū)。該庫區(qū)由A，B，C 3個(gè)池組成，如圖1所示。A，B池設(shè)計(jì)總庫容6.31×105 m3，總壩高15.5 m，A池內(nèi)基本無積水，地表礦渣頂面平均高程約72.5 m，A池礦渣底部平均高程約52 m，礦渣土均厚約20.5 m。C池設(shè)計(jì)總庫容量為4.24×105 m3，由數(shù)個(gè)深度約10 m、面積近千平米的重晶石采坑構(gòu)成，實(shí)際填筑礦渣頂部高程為71.00 m，底部平均高程約51.5 m，C池尾礦渣礦渣土均厚約19.5 m。圖1為高速公路與尾礦庫交叉的位置。

2 PHC樁加筋法設(shè)計(jì)方案

尾礦庫內(nèi)多為低液限黏土和粉土，處于很濕～飽和，松散（A，B池為流～軟塑狀，C池呈軟塑狀）狀態(tài)，尤其是C池，仍處于噴填生產(chǎn)中，地質(zhì)情況復(fù)雜；同時(shí)，考慮庫壩安全及礦方采礦問題，設(shè)計(jì)采用PHC樁加筋復(fù)合地基處理方案。PHC樁又稱“預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)混凝土管樁”，屬剛性樁，型號為PHC-400B-95-13-GB13476（即樁徑0.4 m、壁厚95 mm、單根長度13 m的B型預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)混凝土管樁），樁身為C80預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)混凝土；樁位正三角形布置，A池和C池的樁帽尺寸為1.4 m×1.4 m×0.35 m，A池～C池連接段樁帽尺寸為1.2 m×1.2 m×0.35 m。試樁前，樁間距和平均樁長分別為A池樁間距2.6 m，平均樁長26 m，嵌入黏土（Qel）持力層不低于2 m；C池樁間距2.2 m，平均樁長28 m，嵌入黏土（Qel）持力層不低于4 m；A池～C池連接段樁間距2.2 m，平均樁長11 m，嵌入黏土（Qel）持力層不低于5 m。

3 試壓樁試驗(yàn)

在尾礦庫內(nèi)組織PHC樁壓樁施工，面臨很大的技術(shù)、安全風(fēng)險(xiǎn)。為了降低管理風(fēng)險(xiǎn)，分別對A，C池進(jìn)行試壓樁試驗(yàn)，進(jìn)而驗(yàn)證設(shè)計(jì)及施工參數(shù)。試壓樁布設(shè)在尾礦池中部的設(shè)計(jì)樁位上，并在試壓樁周邊布設(shè)驗(yàn)證鉆孔。試壓樁內(nèi)容包括以下幾點(diǎn)：①壓樁全過程記錄，包括壓樁深度、壓樁力、終壓力值等；②樁穿透土（巖）層能力，包括穿透硬夾層及進(jìn)入持力層深度、持力層性質(zhì)等評價(jià)；③樁接頭類型及接頭施工記錄；④出現(xiàn)異常情況的詳細(xì)記錄等。具體的試樁試驗(yàn)參數(shù)如表1和表2所示。

通過試樁試驗(yàn)，進(jìn)一步驗(yàn)證并優(yōu)化了設(shè)計(jì)，A池填土平臺厚度增加0.8 m，樁進(jìn)入持力層深度減少了2 m，平均樁長減少2 m；C池填土平臺增加0.8 m，礦渣土平均厚度減少3 m，平均樁長減少3 m。整個(gè)工程因此減少了約10 000 m的PHC管樁，降低了工程造價(jià)。同時(shí)，也相應(yīng)地建立起了壓樁施工質(zhì)量、安全和進(jìn)度控制體系，并進(jìn)行了施工操練，為后續(xù)大規(guī)模施工儲備了施工技術(shù)經(jīng)驗(yàn)。

4 尾礦庫區(qū)PHC樁壓樁施工

4.1 PHC樁壓樁施工流程

PHC樁的壓樁施工流程如圖2所示。

4.2 尾礦庫區(qū)PHC樁靜壓樁施工管理關(guān)鍵點(diǎn)

多年的工程實(shí)踐已經(jīng)形成了一套較為標(biāo)準(zhǔn)的PHC樁施工工藝流程，但在尾礦庫內(nèi)進(jìn)行PHC樁施工面臨不同的復(fù)雜環(huán)境，除了按設(shè)計(jì)及規(guī)范要求PHC樁成品質(zhì)量外，還需要重點(diǎn)控制以下施工技術(shù)關(guān)鍵點(diǎn)。

4.2.1 整平填土層填筑施工

在整平填土層填筑施工中，需注意以下3個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)：①尾礦庫內(nèi)礦渣土屬于軟土，承載力低，在荷載作用下容易發(fā)生壓縮沉降。整平填土層高度除了考慮地質(zhì)情況和設(shè)計(jì)標(biāo)高外，還應(yīng)充分考慮壓樁機(jī)及其施工作業(yè)時(shí)產(chǎn)生的荷載，預(yù)估足量沉降量，避免二次整平填土，影響施工。②整平填土施工時(shí)，如果直接堆土填筑，未分層壓實(shí)，施工時(shí)填土層本身容易發(fā)生不均勻沉降，最終會影響到樁機(jī)控制及壓樁施工質(zhì)量。③盡管整平填土層考慮了設(shè)計(jì)標(biāo)高因素，但樁頂標(biāo)高的觀測及確認(rèn)不能以整平填土層標(biāo)高為參考，應(yīng)在壩體外進(jìn)行導(dǎo)線點(diǎn)聯(lián)測控制，尤其是在壓樁達(dá)到設(shè)計(jì)終壓力值之后，當(dāng)樁頂設(shè)計(jì)標(biāo)高比填土層低時(shí)，必須送樁。送樁時(shí)，應(yīng)控制送樁深度，以免送樁深度過深而達(dá)不到標(biāo)高。

4.2.2 壓樁施工

在壓樁施工中，施工技術(shù)關(guān)鍵點(diǎn)主要有以下幾個(gè)：①選擇合理的壓樁順序，控制壓樁速度，減少擠土效應(yīng)及孔隙水壓力過大對沉樁質(zhì)量的影響，同時(shí)減少壓樁對尾砂庫壩體穩(wěn)定性的影響。本工程壓樁順序整體橫向以路基中心線向兩側(cè)的方向推進(jìn)，縱向從A池、C池北側(cè)庫壩向小樁號方向推進(jìn)；局部根據(jù)現(xiàn)場情況采用跳壓方式。②由于設(shè)計(jì)管樁較長，長徑比較大，樁體垂直度對其抗彎性能影響較大，因此要求嚴(yán)格控制樁體垂直度。第一節(jié)樁插入地基0.5～1.0 m時(shí)，整樁的垂直度偏差不得大于0.5%，否則不能繼續(xù)施工；壓樁過程中，應(yīng)保持樁身垂直度偏差不大于1%，否則應(yīng)停止施工，找出原因并糾正；當(dāng)樁尖進(jìn)入較硬土層后，嚴(yán)禁用移動機(jī)架等方法強(qiáng)行糾偏。③樁體混凝土完整性損壞后，會影響樁的承載力和耐腐蝕性。在壓樁時(shí)，采用與樁徑相匹配的夾具。夾具應(yīng)避開直接接觸樁身兩側(cè)的合縫位置。同時(shí)，應(yīng)運(yùn)用送樁器和截樁器分別送樁、截樁，避免樁體端頭混凝土破損。④在填土平臺填筑時(shí)，在設(shè)計(jì)標(biāo)高頂?shù)幕A(chǔ)上預(yù)填了80 cm厚的土層，在壓樁達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)高的樁頂形成一層保護(hù)土層，可避免樁頭被樁機(jī)及其他物體碰損。終樁后，不能再送壓至填土平臺下的樁頭，應(yīng)及時(shí)截樁，避免壓樁機(jī)移動時(shí)破壞樁體。⑤壓樁時(shí)，注意每一根樁應(yīng)一次連續(xù)壓到底，接樁、送樁應(yīng)連續(xù)進(jìn)行，中間不得無故停歇。

4.2.3 接樁施工

在接樁施工過程中，需注意以下幾個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)：①根據(jù)地質(zhì)資料及相鄰樁施工情況接樁。施工前，采購不同長度規(guī)格的管

樁；施工時(shí)，選用合理的樁節(jié)組合，減少截樁后材料的浪費(fèi)和接樁次數(shù)，單樁的拼接次數(shù)不宜超過3次。②管樁的連接采用端板焊接法，接頭強(qiáng)度不應(yīng)低于樁身強(qiáng)度，焊條的選用及焊接的質(zhì)量應(yīng)滿足現(xiàn)行焊接規(guī)范要求。接樁時(shí)，下節(jié)樁的樁頭宜高出地面1.0～1.3 m，且樁頭處宜設(shè)導(dǎo)向箍，以便上節(jié)樁就位；上下節(jié)樁段應(yīng)保持順直，中心線偏差不宜大于2 mm，節(jié)點(diǎn)彎曲矢高不得大于樁段長的0.1%.接樁就位糾偏時(shí)，不得用大錘橫向敲打。③對外露鋼帽進(jìn)行不少于3遍的涂漆，避免尾礦庫內(nèi)積水腐蝕。④盡可能地避免在樁尖端附近設(shè)計(jì)持力層時(shí)接樁。

4.2.4 終樁

終樁階段，需注意以下幾點(diǎn)：①本工程壓樁以壓樁力控制為主，樁長控制為輔，要求靜壓終壓力不得低于設(shè)計(jì)值。②單樁施工達(dá)到終壓值后，應(yīng)進(jìn)行終壓連續(xù)復(fù)壓，要求復(fù)壓次數(shù)不少于3次。靜壓施工結(jié)束后，應(yīng)逐樁進(jìn)行穩(wěn)壓壓樁。穩(wěn)壓壓樁力不得小于靜壓終壓力，穩(wěn)定壓樁時(shí)間宜為5～10 s。③做好觀測措施，定時(shí)檢測管樁的上浮量和樁頂水平偏位值，觀測時(shí)間間隔應(yīng)大于24 h。發(fā)現(xiàn)上浮現(xiàn)象時(shí)，應(yīng)復(fù)壓，可采用引孔施工或在樁位設(shè)置豎向排水體的方式消散孔壓。④應(yīng)采取有效措施封住終壓后的管樁管口，整平填土層上遺留的孔洞后，應(yīng)立即回填或覆蓋。

5 施工監(jiān)測及應(yīng)急措施

5.1 施工監(jiān)測

由于PHC樁施工的位置距離尾礦庫壩體的位置較近，在尾礦庫上組織PHC樁壓樁施工，除了控制PHC樁壓樁施工質(zhì)量之外，還要考慮PHC樁施工過程擠土效應(yīng)對尾礦庫壩體安全的影響。

本工程設(shè)計(jì)了地表位移觀測樁、深層測斜管、分層沉降標(biāo)、土壓力盒及孔隙水壓計(jì)等監(jiān)測內(nèi)容，編制了監(jiān)測方案，并在施工過程中全過程跟蹤監(jiān)測，了解PHC樁壓樁施工對尾礦庫壩體、尾礦庫內(nèi)孔隙水、尾砂沉降及橫向位移等影響規(guī)律及程度。根據(jù)現(xiàn)場監(jiān)測發(fā)現(xiàn)，壓樁施工對周圍環(huán)境的影響距離在24 m以內(nèi)。超過這個(gè)距離，則幾乎沒有影響。本工程中PHC樁壓樁施工對尾礦庫壩體穩(wěn)定性的影響甚微，未觀測到壩體出現(xiàn)開裂及大規(guī)模變形情況。

5.2 應(yīng)急措施

為了應(yīng)對尾礦庫上PHC管樁施工引起壩體開裂變形及失穩(wěn)問題，對尾礦庫壩體進(jìn)行了應(yīng)急加固措施設(shè)計(jì)。一旦壩體出現(xiàn)開裂、大規(guī)模變形等情況，立即啟動應(yīng)急預(yù)案對壩體進(jìn)行注漿及外圍填土加固處理。

6 施工結(jié)果

6.1 單樁豎向承載力

6.1.1 單樁承載力抽檢

根據(jù)設(shè)計(jì)要求，本工程單樁豎向承載力抽檢15根。抽檢結(jié)果顯示，管樁豎向抗壓極限承載力最小值為898 kN，最大值為998 kN，均滿足設(shè)計(jì)單樁豎向承載力449 kN的要求。

6.1.2 沉樁工況

A，C池的壓樁施工大致情況如表3所示。從表3可知，A，C池樁長差距均特別大，與地質(zhì)的復(fù)雜情況吻合。沉樁終壓力也遠(yuǎn)大于設(shè)計(jì)承載力，考慮沉樁過程對土體具有擾動影響，理論上來說，樁的承載力在靜置一段時(shí)間后還會變大。這在某種程度上說明單樁承載力是滿足設(shè)計(jì)要求的。

7 結(jié)束語

尾礦庫區(qū)PHC樁加筋法靜壓樁施工中，壓樁試驗(yàn)既是設(shè)計(jì)

的延續(xù)，也是施工技術(shù)準(zhǔn)備，整平填土層是壓樁施工的前提，壓樁和接樁是靜壓樁施工質(zhì)量的關(guān)鍵，施工監(jiān)測及應(yīng)急預(yù)案工作的開展是靜壓樁施工的安全保障。從施工結(jié)果看，尾礦庫區(qū)PHC樁加筋法靜壓樁施工質(zhì)量滿足工程設(shè)計(jì)及規(guī)范要求，施工安全、可靠，可為其他相似工程建設(shè)提供參考。

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〔編輯：劉曉芳〕