改擴(kuò)建路基拼寬工程中PTC管樁施工工藝

□ 唐剛祥 茍笑聲

隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和社會(huì)的不斷進(jìn)步，提高公路通行能力和服務(wù)水平勢(shì)在必行，高速公路改擴(kuò)建的必要性也愈加突出。在高速公路改擴(kuò)建工程中，由于新舊路基間存在沉降差異，因此導(dǎo)致新舊路基在拼接處產(chǎn)生裂縫，進(jìn)而影響行車的安全性和舒適性，并增加了高速公路養(yǎng)護(hù)成本?？梢?jiàn)，合理選擇拼接地基的處治措施，具有極為重要的意義。而PTC管樁具有單樁承載力高、沉樁抗裂性好、穿透力強(qiáng)、施工進(jìn)度快、無(wú)污染、現(xiàn)場(chǎng)施工便捷及造價(jià)合理等優(yōu)點(diǎn)，已在高速公路改擴(kuò)建路基拼寬控制差異沉降方面得到了廣泛應(yīng)用。

一、工程地質(zhì)特點(diǎn)

中交路橋華北工程有限公司承接的某高速公路改擴(kuò)建工程處于魯北黃泛平原較穩(wěn)定地質(zhì)區(qū)，主要巖性特征為沖積層，其巖性為粉質(zhì)黏土、粉土、粉砂、細(xì)砂、黏土。擬建公路沿線特殊性巖土主要有軟土和鹽漬土。溝塘表層軟弱土工程地質(zhì)特征多為灰黑色、灰褐色、淤泥，干強(qiáng)度低，韌性差。其中，粉土搖振反應(yīng)迅速，不穩(wěn)定，承載力低。中下部軟弱土為灰黑色、灰褐色、灰黃色的粘土、粉質(zhì)粘土、淤泥質(zhì)粘土和粉土；粘性土呈軟塑狀態(tài)，干強(qiáng)度較低，韌性差，局部淤泥質(zhì)含量較高；粉土搖振反應(yīng)迅速，不穩(wěn)定，承載力均較低，多為河湖相沉積軟弱土。路線所經(jīng)區(qū)域零星鹽漬土，主要分布于小河溝兩側(cè)與地勢(shì)低洼地段，局部地表呈白色，小河溝兩側(cè)與地勢(shì)低洼地段見(jiàn)鹽霜分布。

二、PTC管樁特點(diǎn)及施工要點(diǎn)

預(yù)應(yīng)力砼PTC薄壁管樁是采用先張法預(yù)應(yīng)力工藝和離心成型工藝組合而制成的一種空心筒體細(xì)長(zhǎng)混凝土預(yù)制構(gòu)件，主要由混凝土圓筒形樁身、鋼制端頭板等組成。綜合分析工程所處地質(zhì)環(huán)境后，決定使用PTC管樁直徑為40厘米，壁厚6厘米，樁身采用C60混凝土預(yù)制，兩端設(shè)置端板，端板材質(zhì)采用Q235B鋼板，厚度18毫米，接長(zhǎng)采用焊接法接樁。樁位布置均勻向外呈正方形布設(shè)，樁中心間距2.9米。工程設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)7～18米，單樁承載力≥200千牛。樁頂設(shè)樁帽，樁頂嵌入樁帽中部，樁帽呈正方形，邊長(zhǎng)140厘米，C30鋼筋混凝土現(xiàn)場(chǎng)澆筑施工。如圖1所示。

圖1 PTC管樁設(shè)計(jì)圖

為保證放樣準(zhǔn)確，便于施工檢測(cè)，需提前對(duì)管樁進(jìn)行編號(hào)。編號(hào)采用里程+編號(hào)的形式，保證樁體不重復(fù)。同時(shí)，編號(hào)時(shí)備注所屬“單位+分部+分項(xiàng)”劃分段落。例如，K298+967.417～K308+870路基工程（LJU1）+左幅 K300+040～ K302+790路基土石方工程（LJ-U1-ZP2）+K300+040～ K302+790軟土地基處理（LJ-U1-ZP2-ZS2）。如圖2所示。

圖2 PTC管樁編號(hào)

三、關(guān)鍵施工工藝

以錘擊法將管樁沉入土層，通過(guò)樁體傳遞上部荷載，較好地發(fā)揮樁周摩擦力及樁端承載力作用。樁體壓入土層后會(huì)對(duì)樁身周圍土體產(chǎn)生擠密作用，使樁端承載力及樁周摩擦力得到進(jìn)一步加強(qiáng)，共同承受上部路基荷載。加之因樁帽的設(shè)置，增大了樁頂受力面積，且在混凝土樁帽頂加鋪級(jí)配碎石墊層及高強(qiáng)土工格柵，通過(guò)級(jí)配碎石墊層及高強(qiáng)土工格柵對(duì)上部荷載的擴(kuò)散作用，進(jìn)一步減輕樁間土體荷載，降低土體壓縮，從而達(dá)到控制路基沉降的目的。施工工藝流程如圖3所示。

圖3 施工工藝流程

1.管樁生產(chǎn)廠家考察及質(zhì)量要求

材料進(jìn)場(chǎng)前，聯(lián)同專業(yè)技術(shù)管理人員對(duì)管樁生廠廠家生產(chǎn)情況進(jìn)行考察，擇優(yōu)選擇供應(yīng)商。到場(chǎng)材料檢驗(yàn)時(shí)，對(duì)管樁的尺寸偏差和外觀質(zhì)量進(jìn)行抽查，抽查數(shù)量不得少于管樁管節(jié)數(shù)量的2%，在同一批檢驗(yàn)中若發(fā)現(xiàn)一節(jié)管樁不符合質(zhì)量要求時(shí)，應(yīng)加強(qiáng)檢查。如果再發(fā)現(xiàn)有不合格的管樁時(shí)，該檢驗(yàn)批次的管樁不得使用，必須撤離現(xiàn)場(chǎng)。

2.測(cè)量放樣

測(cè)量人員放出拼寬路基邊線后，用挖掘機(jī)、推土機(jī)和自卸車配合將路基范圍內(nèi)所有植被和雜物清除30厘米以上（包含建筑垃圾、生活垃圾等），并將地表種植土和腐植土清除集中運(yùn)至指定棄渣場(chǎng)。整平后用壓路機(jī)將原地面進(jìn)行碾壓，需滿足91%的壓實(shí)度，原地表標(biāo)高即為管樁頂面標(biāo)高。

按照管樁樁位編號(hào)使用全站儀進(jìn)行樁位放樣，打入木樁后并用白灰作明顯標(biāo)記，記錄原地面標(biāo)高。在橋臺(tái)等特殊位置，若不能按照設(shè)計(jì)布設(shè)樁位時(shí)，間距可進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，樁位放樣允許偏差≤30毫米。

3.管樁運(yùn)輸及存放

管樁吊裝時(shí)，PTC400（60）管樁每延米按0.15噸考慮，配套吊車起吊能力必須滿足起吊安全要求。起吊時(shí)嚴(yán)格控制汽車吊臂長(zhǎng)和吊裝幅度。吊裝運(yùn)輸裝車及存放時(shí)，樁身必須保持水平，吊索與樁身水平夾角≥45°；起吊過(guò)程中要輕起輕放，可在底部拴系長(zhǎng)繩，控制晃動(dòng)，避免樁體碰撞、滾落。運(yùn)輸過(guò)程中需用纜繩固定管樁，以防滾落滑脫。到場(chǎng)后，存放場(chǎng)地必須堅(jiān)實(shí)平整，堆放時(shí)考慮到現(xiàn)場(chǎng)施工作業(yè)面受限，疊層堆放時(shí)，最下層設(shè)兩個(gè)墊木支點(diǎn)（墊木采用不小于20×20厘米枕木），支點(diǎn)位置距樁兩端均為0.21L（L為管樁長(zhǎng)度），墊木支點(diǎn)要設(shè)在同一高度，底層最外緣管樁的墊木處用木楔楔緊。堆放時(shí)，為便于錘擊沉樁施工，根據(jù)縱橫向間距及數(shù)量，在在距坡腳樁外緣5米處沿縱向每隔10米設(shè)置一處堆放點(diǎn)，每處堆放12根，每處堆放層數(shù)不超過(guò)3層。堆放過(guò)程中采用鉤繩、鋼纜等措施對(duì)管樁二支點(diǎn)處附近進(jìn)行封固，防止?jié)L動(dòng)。為在沉樁過(guò)程中能夠時(shí)刻控制貫入深度，使用紅油漆在樁身上標(biāo)記延米刻度線。

4.樁機(jī)就位

打樁機(jī)運(yùn)至施工現(xiàn)場(chǎng)后，由專業(yè)人員負(fù)責(zé)現(xiàn)場(chǎng)組裝，調(diào)整好樁機(jī)的水平度，同時(shí)采用水平尺檢驗(yàn)滿足要求后，試運(yùn)行打樁機(jī)，確保打樁機(jī)工作正常。正式使用前，進(jìn)行機(jī)械維修保養(yǎng)，保證使用性能滿足要求，避免中途出現(xiàn)故障，造成施工中斷。樁機(jī)就位后，必須檢驗(yàn)樁身垂直度，檢驗(yàn)時(shí)采用全站儀配合線錘進(jìn)行，必須保證樁的垂直度偏差不得大于樁長(zhǎng)的0.5%。根據(jù)設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)對(duì)PTC管樁進(jìn)行合理的組合與匹配，實(shí)際施工中以“長(zhǎng)樁在下、短樁在上”為組合原則。

5.錘擊沉樁

預(yù)制管樁運(yùn)輸至指定地點(diǎn)后，采用鋼絲繩綁住樁身單點(diǎn)起吊，避免激烈碰撞。正式施工前，必須進(jìn)行不少于5根的試錘樁，以驗(yàn)證所選用沉樁機(jī)械的合理性。同時(shí)確認(rèn)地質(zhì)情況是否與設(shè)計(jì)相符，避免管樁無(wú)法達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)高。

每根樁開(kāi)始錘擊時(shí)，先不打火，打冷錘2～3次（靠錘體自重），確認(rèn)機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)是否正常。正式錘擊采用“重錘低擊”，管樁入土30～50厘米后，開(kāi)始檢查垂直度，滿足要求時(shí)再繼續(xù)貫入。垂直度采用長(zhǎng)條水準(zhǔn)尺配合水準(zhǔn)儀檢測(cè)（過(guò)程中作業(yè)人員配合使用線錘），當(dāng)通過(guò)微調(diào)調(diào)整無(wú)法滿足要求時(shí)，拔出重打，始終保持樁軸心受壓。偏壓時(shí)及時(shí)糾正，保證施工質(zhì)量。每根樁一次連續(xù)錘擊到位，送樁期間不得停歇。在錘樁過(guò)程中每2米復(fù)核樁位和輔線，保證垂直度。

管樁施工完成后，必須保證管樁頂標(biāo)高高于碾壓后原地面15厘米，為后續(xù)樁帽安裝提供空間，終錘時(shí)若因地質(zhì)問(wèn)題導(dǎo)致無(wú)法達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)高，進(jìn)行承載力檢測(cè)，當(dāng)確認(rèn)樁端承載力達(dá)到設(shè)計(jì)要求后，移機(jī)前露出地面的樁體采用專用截樁機(jī)截除，嚴(yán)禁利用錘樁機(jī)或挖機(jī)強(qiáng)行扳斷。

6.管樁焊接連接

為了保證接樁方便，下節(jié)樁樁頭應(yīng)高出原地面0.5米，接樁時(shí)上下節(jié)樁段保持順直，錯(cuò)位偏差不大于2毫米。接樁樁位微調(diào)時(shí)，不得采用大錘橫向敲擊。樁體對(duì)接前，上下端頭板表面的泥土及雜物采用鋼刷清刷清理干凈，端頭板露出金屬光澤后再進(jìn)行下一步焊接工作。焊接接樁時(shí)，焊縫連續(xù)飽滿，滿足三級(jí)焊縫的要求，因施工誤差等因素造成的上下樁端頭間隙采用厚薄適當(dāng)?shù)匿摪逄顚?shí)焊牢。接樁時(shí)上、下節(jié)樁的中心線偏差不得大于5毫米，節(jié)點(diǎn)彎曲矢高不得大于樁段的0.1%。在焊接樁周鋼板位置涂刷防銹漆，需特別注意，焊接完成沉樁時(shí)，嚴(yán)禁采用水冷卻或焊好即施壓，要等焊縫冷卻后，繼續(xù)沉入。多節(jié)管樁，重復(fù)以上工序。

7.送樁器制作

對(duì)于局部特殊路段，需對(duì)原地面進(jìn)行填筑，導(dǎo)致原地面遠(yuǎn)高于樁頂標(biāo)高，此時(shí)需加設(shè)送樁器。送樁器做成圓筒形，外部管徑與預(yù)制管樁相匹配，具有足夠的強(qiáng)度和剛度，長(zhǎng)度一般為送樁深度的1.2倍。送樁前用水準(zhǔn)儀測(cè)量原地面標(biāo)高，在專用送樁器上做記號(hào)，送樁過(guò)程中進(jìn)行跟蹤，動(dòng)態(tài)檢查送樁深度。送樁器下端設(shè)置膠皮樁墊，樁墊厚度均勻，并與樁頂斷面全部接觸，下端面設(shè)置排氣孔，使樁身內(nèi)腔與外界相通，避免形成氣壓，影響沉樁質(zhì)量和效率。

8.終錘標(biāo)準(zhǔn)

終錘的采用貫入度及沉樁壓力雙控，沉樁壓力偏差控制在±5%以內(nèi)，終壓后的樁頂標(biāo)高偏差控制在±50毫米以內(nèi)。

9.成樁檢測(cè)

成樁后，進(jìn)行荷載試驗(yàn)，檢驗(yàn)管樁單樁承載力，抽檢頻率為總樁數(shù)的2%～5%，且不少于5根，當(dāng)測(cè)定的單樁地基承載力不小于200千牛時(shí)，管樁合格。

四、結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)施工后的管樁進(jìn)行靜載檢測(cè)結(jié)果表明，其單樁承載力均能滿足設(shè)計(jì)要求，PTC管樁和土層形成的復(fù)合地基最大程度上發(fā)揮了PTC管樁的高承載力特性和樁間土的承載能力，減少了地基沉降量或不均勻沉降，在高速公路建設(shè)中取得了良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。