寒區(qū)預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)混凝土管樁在特殊路基中的應(yīng)用

許文宇，孫 茜

(理工大學(xué)紫金學(xué)院，江蘇 南京 210023)

預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)混凝土管樁多應(yīng)用于房屋建筑中，隨著公路事業(yè)的發(fā)展，車流量的大量增加，對(duì)公路質(zhì)量的要求更高，如何提高公路質(zhì)量成為公路施工研究的重要課題，通過項(xiàng)目的實(shí)際應(yīng)用，預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)混凝土管樁在公路特殊路基的應(yīng)用取得較大的成果，縮短寒區(qū)施工工期，優(yōu)化工程施工方案，實(shí)現(xiàn)降本增效的目的。

1 寒區(qū)預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)混凝土管樁在特殊路基中應(yīng)用的優(yōu)點(diǎn)

(1)寒區(qū)每年的施工期大約6～7個(gè)月，特殊路基施工工期嚴(yán)重影響整個(gè)工程的施工進(jìn)度，預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)混凝土管樁在特殊路基中應(yīng)用能夠大幅度縮短工期，從而提高整體工程的施工進(jìn)度。

(2)相比較傳統(tǒng)的施工方法，預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)混凝土管樁能夠減少路基的沉降，有效的提高路基的質(zhì)量。

(3)預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)混凝土管樁施工有許多方法，其中采用靜壓施工，能夠減少噪音對(duì)周圍居民的干擾，減少?gòu)U棄土對(duì)周圍環(huán)境的污染，減少開挖量，充分體現(xiàn)綠色環(huán)保施工的理念。

(4)預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)混凝土管樁采用工廠化生產(chǎn)，質(zhì)量能夠得到保障，按照施工圖紙?jiān)O(shè)計(jì)長(zhǎng)短、直徑，提前預(yù)制完成，不影響施工工期，預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)混凝土管樁檢測(cè)更加簡(jiǎn)單便捷。

(5)預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)混凝土管樁單樁承載力高，單位造價(jià)便宜。

(6)預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)混凝土管樁預(yù)應(yīng)力主筋采用低松弛、高強(qiáng)度的螺紋鋼筋，通過后張法，提高預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)混凝土管樁的預(yù)應(yīng)力。預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)混凝土管樁抗裂性能、抗彎性能良好，能夠穿透密實(shí)的土層和砂層，能夠適應(yīng)復(fù)雜的環(huán)境與地理?xiàng)l件。

(7)預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)混凝土管樁可以根據(jù)圖紙長(zhǎng)度預(yù)制，長(zhǎng)度調(diào)整比較靈活，布樁有多種形勢(shì)，對(duì)地質(zhì)條件差，持力層起伏大的條件都能適應(yīng)，被廣泛應(yīng)用在施工中。

2 寒區(qū)預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)混凝土管樁適用范圍

預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)混凝土管樁施工一般用于建筑的低承臺(tái)樁基，特殊路基施工，主要適用于寒區(qū)魚池段、淤泥段、潮濕段、黏性土、沙土段、河灘、水田等路段。粉土、粉砂、細(xì)砂、中砂等土層地基，持力層一般選為粗砂、礫砂、圓礫、風(fēng)化巖，但不適用于石灰?guī)r、含孤石和障礙物多、有堅(jiān)硬夾層地基。

3 寒區(qū)預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)混凝土管樁在特殊路基中的應(yīng)用原理

3.1 施工準(zhǔn)備

將原地面上的垃圾、樹根等清除，對(duì)特殊路段采用圍堰抽水，按照施工要求對(duì)特殊路段分層填筑，采用輕型壓路機(jī)碾壓密實(shí)。

3.2 測(cè)量放線

根據(jù)控制點(diǎn)設(shè)定道路的紅線，按照施工圖紙布設(shè)預(yù)應(yīng)力管樁樁位，測(cè)量完畢，經(jīng)過檢驗(yàn)復(fù)核并辦理預(yù)檢手續(xù)，歸檔備用。利用GPS定位，利用水準(zhǔn)儀和經(jīng)緯儀確定樁位，并在樁位中心用鋼釬或者竹簽做好標(biāo)記。

預(yù)應(yīng)力管樁布設(shè)有多種形式：正三角形布設(shè)、正方形布設(shè)、矩形網(wǎng)格布設(shè)及正多邊形布設(shè)等。

半剛性及剛性復(fù)合承載力計(jì)算

管樁布置多樣性，以國(guó)道同哈公路萬發(fā)至沿江段改擴(kuò)建工程項(xiàng)目為例，呈現(xiàn)正方形布置，間距根據(jù)剛性樁復(fù)合承載力計(jì)算(根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙放樣)，確定樁位。

項(xiàng)目位置佳木斯市郊區(qū)，道路全長(zhǎng)9.925 km，起止樁號(hào)K0+000～K9+937.62，在K4+000～K4+275位置穿越魚池，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查及鉆探，該路段淤泥層厚4.5 m，自上而下土層分布為：(1)層為0.8 m雜填土，(2)層為2.0 m厚粉質(zhì)黏土，(3)層為1.1 m厚粉砂，(4)層為2.1 m厚圓礫。

設(shè)計(jì)采用預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)混凝土管樁方案，設(shè)計(jì)選用的預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)混凝土管樁長(zhǎng)約4.5 m，樁呈現(xiàn)正方形布置，間距1.7 m，樁直徑400 mm，壁厚60 mm，正方形布置，間距2 m，樁頂附加預(yù)制樁帽1 000×1 000×300，使間隙土距離1 m，降低樁土之間的刺入效應(yīng)和路基土的側(cè)涌，進(jìn)一步減小沉降，布置如圖1所示。

圖1 預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)混凝土管樁布置圖

路基范圍內(nèi)直填30 cm天然砂礫后，布設(shè)預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)混凝土管樁后，再填筑60 cm天然砂礫，填筑路基。設(shè)計(jì)采用預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)混凝土管樁的單樁承載面積及承載力進(jìn)行力學(xué)計(jì)算，具體如表1。

表1 400 mm預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)混凝土管樁單樁承載力特征值

正方形布置單根預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)混凝土管樁承擔(dān)的荷載面積1.7×1.7=2.89 m2；

復(fù)合地基承載力計(jì)算公式：

400 mm勁性體：d=0.4 m，de=1.13s，s=2.0 m，λ=1.0，β=0.9；

m=0.4×0.4/(1.13×1.13×2.0×2.0)=0.0313=3.13%

fsqk=λ×m×Ra/Ap+β×(1-m)×fsk=1.0×3.13%×574/0.125 6+0.9×(1-3.13%)×100=143.1+87.1=231 KPa；處理完成后水泥樁復(fù)合地基：fsqk=231 KPa

由于本項(xiàng)目路基范圍內(nèi)占用魚池面積不是整個(gè)魚池的面積，為保護(hù)新建路基的穩(wěn)定及行車安全，將路基范圍外的魚池面積也進(jìn)行回填，回填路基范圍外側(cè)魚池的土方采用路基處理及斷面產(chǎn)生的棄方。預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)混凝土管樁混凝土強(qiáng)度為C60，彈性模量不低于3.6×10 N/mm。樁頂樁帽采用C30鋼筋混凝土。預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)混凝土管樁施工前應(yīng)在有地質(zhì)鉆孔位置處進(jìn)行試樁，以確定合理的施工工藝，樁端應(yīng)進(jìn)入硬底持力層不小于0.8 m，最后貫入度不超過60 mm/10擊為控制標(biāo)準(zhǔn)，復(fù)合地基承載力根據(jù)不同道路選擇，不得低于220 KPa。

3.3 預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)混凝土管樁檢測(cè)

預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)混凝土管樁采用外購(gòu)，汽車運(yùn)至施工現(xiàn)場(chǎng)，由質(zhì)檢人員對(duì)預(yù)應(yīng)力管樁進(jìn)行檢測(cè)，出廠證件是否齊全，外觀無明顯缺陷，有無裂紋，樁身混凝土有無剝落等現(xiàn)象，質(zhì)量是否符合施工要求。經(jīng)檢查合格后方能使用。

3.4 打樁機(jī)就位

預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)混凝土管樁施工前檢測(cè)大氣溫度及地表溫度，溫度持續(xù)10 d在-5℃以下，就會(huì)對(duì)施工造成影響，需要采取相應(yīng)的措施。打樁設(shè)備進(jìn)場(chǎng)后，進(jìn)行安裝調(diào)試，然后按照施工布樁位置，打樁機(jī)對(duì)準(zhǔn)樁位。為防止打樁機(jī)自重產(chǎn)生位移，保證打樁機(jī)垂直、不傾斜，利用經(jīng)緯儀二次復(fù)核，正確后下放首節(jié)預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)混凝土管樁。

3.5 打樁

預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)混凝土管樁施工前應(yīng)在有地質(zhì)鉆孔位置處進(jìn)行試樁以確定合理的施工工藝。

預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)混凝土管樁用導(dǎo)滑夾或箍筋固定在樁架上，將樁尖進(jìn)入土層(砂層)一定深度，用經(jīng)緯儀調(diào)整首節(jié)樁的垂直度。校正垂直度后，在預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)混凝土管樁上設(shè)置標(biāo)尺，做好記錄，開始擊打預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)混凝土管樁。開始應(yīng)輕擊數(shù)錘，待進(jìn)入一定的深度，再按照落距進(jìn)行擊打。

3.6 接樁

預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)混凝土管樁一般情況下是按照施工圖紙預(yù)制，有極個(gè)別的特殊路段需要接樁。需要接樁施工時(shí)，在預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)混凝土管樁露出地面1 m處接樁。按照設(shè)計(jì)要求采取連接方式，通常采用焊接的方法，先將焊接面清理洗干凈，在上節(jié)預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)混凝土管樁上安裝導(dǎo)向箍，引導(dǎo)就位。上下預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)混凝土管樁保證在一個(gè)軸線上，上節(jié)預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)混凝土管樁需要保證垂直。

3.7 送樁

根據(jù)施工圖紙施工，如果預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)混凝土管樁需要深入到土中，就需要采用送樁的方法施工。將制作的送樁置于預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)混凝土管樁上，保持在同一軸線上，錘擊送樁。在送樁過程中要保證垂直、不傾斜，直至接近設(shè)計(jì)要求，對(duì)高程進(jìn)行觀測(cè)，達(dá)到設(shè)計(jì)要求高程為止。然后移動(dòng)樁機(jī)到其他樁位上。

3.8 驗(yàn)樁

利用經(jīng)緯儀和水準(zhǔn)儀檢測(cè)預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)混凝土管樁頂面高程。按照設(shè)計(jì)要求全面檢查，未經(jīng)驗(yàn)收合格的不能切去樁頂。

3.9 預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)混凝土管樁填充混凝土

預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)混凝土管樁驗(yàn)樁合格后，對(duì)內(nèi)壁進(jìn)行清理，后澆筑高強(qiáng)度微膨脹混凝土。

3.10 澆注鋼筋混凝土樁帽

待一段預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)混凝土管樁施工完畢， 挖除

樁周土層，按設(shè)計(jì)要求綁扎鋼筋，立模澆注樁帽混凝土。

樁帽施工注意事項(xiàng)：

填土厚度小于1.4倍樁距離，或者為高等級(jí)路基時(shí)，按原土選用樁帽。

混凝土等級(jí)采用C40級(jí)，鋼筋均采用HRB400。

樁帽長(zhǎng)寬不宜小于1 000 mm，厚度不宜小于300 mm，項(xiàng)目中根據(jù)具體情況選用。

樁帽下以及樁帽之間必須用級(jí)配沙石填平夯實(shí)，壓實(shí)系數(shù)不小于0.93。

當(dāng)樁帽頂填土高度小于50 cm時(shí)，嚴(yán)禁用大型壓路機(jī)碾壓。

4 質(zhì)量控制注意事項(xiàng)

打入樁的數(shù)量、布置形式及間距應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求。

樁長(zhǎng)、樁頂標(biāo)高及最終貫入度應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求。

打樁前、后的樁身質(zhì)量應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求。

加強(qiáng)自檢頻率，確保管樁質(zhì)量滿足設(shè)計(jì)要求。靜載試驗(yàn)數(shù)量取總樁數(shù)的0.5%，但不小于3根。低應(yīng)變檢測(cè)數(shù)量取總樁數(shù)的5%，大應(yīng)變檢測(cè)數(shù)量取總樁數(shù)的5%。