陈小虎

软土路基的处理已经成为在路基施工中的瓶颈和关键,软土路基处理的好坏直接影响到整个建设项目的质量和进度。目前,许多在建和拟建项目为了减少建设资金的投入,加大资金投入回笼的速度,都要求加快在建项目施工进度,而PTC管桩具有施工快速、无噪声、无污染环保、施工质量可靠、单桩承载力高、造价便宜等良好特性,既可以满足软土路基处理中的质量要求,也可以加快施工进度,极大的缩短建设工期。下面将详细的阐述PTC管桩在软土路基施工中的应用及施工过程中的具体质量控制办法。

1 先张法预应力混凝土管桩(PTC管桩)的特点

1)管桩的单桩承载力和造价是各种桩型中最低的,总体经济效益指标优于其他桩型,管桩单桩承载力高,环形截面耗混凝土量比其他桩基础的费用更节省。2)管桩穿越土层能力特别强,只要有足够大的压力,它可以穿越十几米厚的薄粉砂层甚至是中粗砂层,确保桩基础嵌固在较好的持力层上,具有理想的有效桩长度,能获得非常高的单桩承载力。3)管桩混凝土抗压强度可以达到70 M Pa以上,抗裂弯矩高于方桩,具有高强的工作性能,能确保桩身在恶劣施工环境中保持完好,大大减少裂桩和断桩事故的发生。4)PTC管桩较其他软基处理方法具有施工进度快,无噪声污染,施工质量可靠,单桩承载力高,鉴于PTC管桩的特点,目前被广泛应用于工业和民用建筑基础施工中,本次S104芜屯路机电学院—清水段在神东垃圾场处理中首次采用了PTC管桩处理技术。

2 先张法预应力混凝土管桩(PTC管桩)在工程实例中的具体应用

S104芜屯路机电学院—清水段K0+920～K1+150穿越神东垃圾场,该垃圾场为芜湖市多年垃圾堆放地点,沉积年数较为悠远,且下伏软基,原设计方案为将垃圾全部外运后对地基再进行处理,由于垃圾外运会造成当地环境污染且严重影响居民日常生活,施工工期长,施工进度缓慢,投资成本加大,因此该方案不能实施,经专家多方论证,并鉴于工民建的相关经验,决定采用先张法预应力混凝土薄壁管桩(PTC管桩)加固处理。

本工程中先张法薄壁预应力管桩,直径为40 cm,壁厚7 cm,混凝土等级为C60,正方形布置,桩距为3 m,沉桩采用液压法静压方式,预制桩按标准长度成桩。标准长度采用8 m,9 m,10 m和12 m进行施工接长组合,接长采用焊接法接桩,管桩静压采用“双控”即控制桩入土深度和最终压桩力。静压管桩完成后,在管桩顶现浇50 cm厚混凝土桩帽。管桩伸入混凝土桩帽30 cm,与桩帽组成一个整体,形成复合地基。

3 现场施工质量控制

3.1 压桩前的准备工作

1)合理选择进场施工的桩机型号。静压桩机的型号直接表明了桩机的总吨位,反映桩机的压桩能力。合理选择进场施工的静压桩机型有利于经济快捷地进行压桩作业。选择静压机必须综合考虑设计步桩、单桩承载力要求、地质情况、桩间土挤密效应和该地区静压施工经验等因素。如果选择的静压桩机吨位偏小,可能出现群桩内桩或建筑物中间桩压不下去的情况,特别易发生静压桩机被抬起失衡,桩身受弯矩力作用,顶部混凝土发生碎裂,桩无法压至设计标高,如果静压机吨位过大,则易发生“陷机”或因此挤断邻桩的情况,对施工场地耐力要求因此而提高。所以应该特别重视选择桩机,不能盲目认为桩机压桩力越大越好。一般情况下,以桩机压桩力的单桩竖向极限承载力标准值的1.5倍～1.8倍为宜。2)场地准备。施工场地如为建筑物旧址或杂填土区,应先进行钎探,将在桩位处探明的旧基础、石块、大体积混凝土、废铁等障碍物清除并回填素土夯实。整块施工场地经平整碾压,承载力一般不宜低于100 kPa。地下水丰富或雨季施工,必须采取有效的排水措施,以保证桩机行走和压桩时的垂直稳固。3)施工定桩位。根据基础桩位图,由专职技术人员在现场测定桩位并打入长度不小于40 cm的钢筋或竹钎,桩位偏差不得大于2 cm。同样,成桩标高也需准确测定,在场地外围不受施工影响的构筑物上做好标记,并向技术人员做好交代工作。4)对质保材料的检查。进入施工现场的管桩应具备原材料质量合格证、钢筋及对焊接头的试验报告,预应力钢筋的冷拉和张拉蒸汽养护记录、混凝土试块强度报告、桩身外观检查记录及接桩用电焊条等产品合格证。5)对现场实物的检查。管桩表面应平整、密实、无蜂窝、露筋、裂缝,色感均匀。预应力钢筋不允许断头、脱头;合缝及包箍处不允许漏浆,桩顶处无孔隙,桩的长度、端部倾斜度、外径、壁厚、弯曲度、端板外侧平面度等尺寸均符合要求。6)管桩的堆放。管桩的堆放场地应坚实、平整,管桩支点设垫木,层与层之间用垫木隔开,每层垫木应在同一水平上,各垫木位置应在同一垂直线上。堆垛时,必须在两侧打好防止滚垛的木楔。管桩堆放的层数,应根据其强度、地面承载力等确定。7)静压桩机行走路线的选定。随着入土管桩数的增多,各层地质构造土体密度也随之增高,土体与桩身表面的摩擦阻力也相应增大,沉桩所需的压力也在增大。为使各桩的压桩阻力基本接近,桩机施工线路应选择单向行进,一次行走完成施工,尽量避免线路重叠。不能从两侧往中间进行(即所谓的打关门桩),这样地基土在压桩挤密过程中,土体可自由向外扩张,既可避免地表土上隆,又不至于因土的挤压而造成邻桩桩身倾斜开裂,保证了群桩的工作状态基本一致并符合设计值。8)压桩速率的控制。对于布桩过多且工期紧、进场静压桩机多的桩机工程,在计划好每台桩机合理的行走路线后,还应合理安排每天压桩的数量,避免一天内成桩太多,桩间土和临近区域土体产生过大的孔隙水压力,加剧挤土现象,影响施工质量和场地附近建筑物、地下管线的安全使用。

3.2 压桩过程中的质量控制

1)管桩的吊立和底端对位。管桩吊点位置应按要求设置(见图1)。如果改变吊点位置,应进行验算。管桩吊立应轻吊慢拖,严防碰撞(见图2)。

2)桩身垂直度控制。当桩底端准确对位,扣好桩帽后,缓慢将桩压入土中0.5 m,此时应先校正桩机平台水平度,再调整桩的垂直度,保证桩的纵横双向垂直偏差不超过 L/200(L为桩长)。因静压桩机平台上堆放了很多的配重妨碍了双向垂直视线,加上桩机行走,实际操作可采用简易的方法来校准桩垂直度。可在桩机平台上悬挂两根土建使用的吊垂线,分别由开机手和另一工人从两个互相成直角的方向,以这两根吊垂线来控制桩的垂直度。当桩在两个方向都已经垂直的情况下,方允许压桩,而且在压桩过程中要经常观察桩身垂直度的变化情况。这种吊锤控制垂直度的方法,使用简单,易操作,同时还可以用来调整桩机平台的水平度。

3)接桩及焊缝控制。管桩接桩时,应使用接桩导向箍,保证上下桩中心的错位偏差不大于2 mm。管桩接桩主要采用焊接法,在焊接前应该把两节桩的端头板用钢刷清刷干净,甚至坡口露出金属光泽,而且应该保证上节桩的垂直度偏差符合规范要求后方可焊接。上下桩端板间如有缝隙,应用弧形楔状铁片全部垫密焊牢,采取对称施焊,以减少焊缝变形引起节点弯曲,焊缝应自然冷却8 min～10 min,外露铁件刷防腐漆后,才可以压入土中。

4)终压标准及终压的控制。终压标准应由设计、施工、勘察、监理等有关方面,根据本地区静压管桩用桩经验和具体工程的试桩情况共同确定,一般情况下实行“双控”,除保证桩长及桩底入持力层的深度必须满足设计要求外,还要控制终压值Q的大小,终压值 Q可以通过压桩机上油压表读数来控制,施工单位应搞清楚油压表读数值与压桩力之间的计算关系,并如实告之设计、监理各方。油压表宜采用精密压力表,且应定期送技术监督部门检验。在同一地区类似土质中,终压值 Q与单位桩竖向承载力Qu之间存在较稳定的比例关系。

4 结语

S104芜屯路预应力管桩工程已经结束,而且通过了小应变的检测,检测结果均为一类桩,复合地基承载力达到设计要求。结果表明:预应力管桩较其他软基处理方法,无论是在造价还是在质量、进度、环保方面都有着明显的优势,但是预应力管桩在施工过程中也不可避免的经常出现各类质量问题和工程事故。目前,各地推广使用预应力管桩的已经越来越多,随着管桩技术的广泛应用,相信只要严格按照施工质量控制标准来操作,其在软基处理方面的独特优势将得到更大的彰显。

[1] JC 888-2001,先张法预应力砼薄壁管桩[S].

[2] 戴松柏,陈小兵,许带兵.改进PTC管桩处理软弱地基施工工艺的研究[J].山西建筑,2008,34(2):112-113.