PHC管桩在温福铁路软土地基加固中的应用

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　　引言：温福铁路在福建连江车站位置进行了高强预应力砼管桩在铁路软土地基加固中应用的试验，该试验段工程通过对桩基承载力、应力传递规律、桩、土应力的分布及变化情况、地基变形等实测数据的分析研究，对预应力管桩的设计（单桩承载力、桩型及桩间距、桩帽及网垫层等）具有重要的指导意义。笔者做为该试验段施工技术人员，全过程参与了该试验工程，本文亦是对该工艺的施工总结。

　　1、工程简介

　　温福铁路是从浙江温州到福建福州的高速铁路，设计时速200KM，本试验段在靠近福州市的连江县进行，自DK275＋000～DK275＋400，共400m长，预应力管桩加固区段为310m，在DK275＋270的位置有一座灌溉涵，该涵洞的基底加固也采用管桩加固。其中φ400mm的桩有46根，φ500mm的桩有1307根，设计单桩允许承载力是900KN.桩的布设呈正方形布置，最小桩间距为2m，最大桩间距为3m.在正式施工前用了静力压桩机和柴油锤击机各进行了8根工艺性试桩。

　　2、工程地质及水文概况

　　工点范围均为第四系地层覆盖，上部为全新统滨海滩涂—溺谷相沉积形成，底部粘土属坡残积成因，下伏基岩为燕山期凝灰岩、侵入岩，地下空隙潜水发育，埋深0～1m.地基土各层的岩性及主要物理力学指标分述如下：

　　（1）粉质黏土，褐黄~灰绿色，硬塑，局部夹少量砾石，表层0.4~0.6m为种植土，含植物根茎，该层厚0.4~2.1m，工点范围部分分布。

　　（2）淤泥，浅灰色，流塑。手感细腻，分布均匀，含少量腐殖物，有机质含量2.8~7.9%，局部夹粉细砂透镜体。由于地处临海的山前平原，其横、纵向分布随基岩面起伏变化较大。具高压缩性、低强度的特点，灵敏度标准值7.1，属灵敏性粘性土。层厚10.5~19.7m.

　　（3）粉质黏土，褐黄色、灰绿色、浅灰等色，软硬分布不均，海陆交互相成因夹粗砂、砾石、碎石土、淤泥质黏土等透镜体，厚3.6～28m；

　　（3）-1～（3）-7淤泥质黏土，浅灰色，流塑，夹少量腐植物及贝壳，后0～6.0m；局部夹圆砾土，粗砂、粉砂、砾砂、碎石土透镜体，灰色夹灰黄色，中密，饱和。

　　（4）花岗岩，全风化呈砂土状，标贯击数N＝25～50，厚>2m；

　　（5）凝灰岩，灰绿色或灰白色，全风化呈砂土状，标贯击数N＝16～35，厚>10m.

　　3、施工准备

　　3.1、施工便道

　　施工前的机械进场和施工过程中的管桩进场，都是通过施工便道进出，在其上行驶的都是重车，所以施工便道的承载能力要求较高。本工程施工便道底层用片石挤除原地面表层的淤泥，这样便道日后就不会出现“弹簧土”，中层用隧道施工弃碴填筑，便道上层用2－4cm的碎石加石屑铺筑。

　　材料使用上基本为材下粗上细，这样既能保证便道的稳定，又能使便道表面平整，易于修整。施工便道要尽量取直，减少不必要的弯道。在施工区域内，便道应该在打桩范围外，这样桩机施工时就不会影响到便道的畅通，而且已施工好的管桩也不会被行驶车辆挤压。

　　3.2、工作垫层

　　本试验段的施工位置上原先为当地百姓的稻田，表层土为常年种植土，承载力差，而单台静力压桩机加配重将会有三百多吨，所以必须在施工区域内铺设工作垫层，提高地基地承载力，保证桩机施工时不会沉陷。一般要求工作垫层铺设后，其承载力不少于100KPa.工作垫层的材料可以用隧道爆破时的弃碴，但是大块片石不能使用，否则施工时易引起桩位的偏差。由于静压桩机的机体庞大，工作垫层的铺设宽度要足够，本次施工时以最外测桩加宽5米来控制工作垫层的铺设宽度。

　　3.3、测量放样

　　根据设计交付的导线资料，先进行导线点复测，经复核后根据施工图纸和现场的施工情况，在距离Ⅰ道左侧30m远的位置，沿线路方向每隔25m设置一个控制点，该控制点作为桩位放样时经纬仪的架镜点和后视点。该控制点距离最边缘管桩有18.8m，仍然存在挤土效应，所以每周都要用全站仪复核、校正一次控制点。

　　根据实际打桩线路图，按施工区域划分测量定位控制网，一般一个区域内根据每天施工进度放样10～20个桩位，在桩位中心点地面上插入一支约30～40cm长的小竹片桩，并用红油漆作好记号。并以工程桩位为中心用白灰按直径大小画一圆圈，以方便插桩和对中。对放出的轴线和桩位，经自检后，请监理工程师进行复核检查，在沉桩过程中，要经常对控制点进行复核，并作好定位记录和技术复核记录。

　　3.4、施工机具和管桩材料的选择

　　本次施工采用静压和锤击两种工艺施工。静压桩机具有无噪音、无振动和无污染的优点。锤击机具有嵌岩能力强的特点。

　　本次施工静压机采用YZY-750T，全液压侧夹式桩机。锤击机采用滚管式行走的柴油锤桩机，锤型号为HD50型。所有施工机械均有检测的合格证书。桩锤的选择主要考虑柴油锤锤击能量大，施工速度快，工效高，还有“重锤轻击”的原则。

　　管桩采用建华管桩公司生产的PHC管桩，砼强度C80，严格按照《先张法预应力砼管桩》（GB13476-1999）制作，采用高压高温养护，单桩竖向承载力2820KN.

　　4、施工过程

　　4.1、静力压桩机

　　4.1.1、打桩过程

　　桩机进场安装后，移至需要施打的位置，启动平台支腿油缸，调整水平。起吊预制桩，先拴好吊装用的钢丝绳及索具，启动机器起吊预制桩，使桩尖垂直对准桩位中心，缓慢放下插入土中，当桩尖插入桩位，夹具抱紧管桩后，微微启动压桩油缸，当桩入土至50cm时，再次校正桩的垂直度和平台的水平度，保证桩的纵横双向垂直偏差不得超标，然后启动压桩油缸，把桩徐徐压下，控制施压速度，一般不超过2m/min.下压过程中做好记录，详细记录每入土两米时压力表的压力值。桩头距地面一米左右时停止压桩，吊机吊起另一节桩，开始接桩。接桩时新接桩节与原桩节的轴线一致，两施焊面上的泥土、油污、铁锈等要预先清刷干净。上下桩节间的缝隙应用铁垫片垫密焊牢，焊接时应采取措施对称施焊，以减少焊缝变形引起节点弯曲。焊缝应连续、饱满。接桩处的焊缝应自然冷却不少于1min.接桩时在下节桩头上安装导向箍，以便新接桩节的引导就位。上节桩找正方向后，对称点焊4—6点加以固定，然后拆除导向箍。管桩焊接施工应由有经验的焊工按照技术规程的要求认真进行。接桩时，新接桩未固定前，也要用经纬仪在成90度夹角两方向观测垂直度，调整桩机水平。

　　4.1.2、停压标准

　　本次试验段φ40cm的管桩的终压力取不少于2000KN，φ50cm管桩终压力不少于2500KN，以硬塑粘土层或全风化基岩作为桩端持力层，达到要求后，还要稳压三次，每次不少于2min.

　　4.2、锤击机

　　4.2.1、打桩过程

　　由测量人员根据边桩控制桩，用J2级经纬仪定位放样后，在桩身上划出以米为单位的长度标记，以便观察桩的入土深度及记录每米沉桩的锤击数；第一节管桩起吊就位插入地面时的垂直度偏差不得大于0.5%，在两个成90度的方向上同时观测、校正；保证施工过程中，桩锤、桩帽和桩身的中心线应重合，否则管桩受到偏心锤打，容易发生受弯而折断。焊接接桩时桩头应高于地面0.5～1.0m，上下节桩段保持顺直，错位偏差不宜大于2mm.焊好的桩头应自然冷却后方可继续锤击，时间不少于8min，严禁用水冷却或焊好即打；打桩时锤垫选用15cm厚直纹木垫，桩垫用麻袋、木夹板，压缩后厚度12cm左右，锤击过程中经常检查及时更换；管桩的总锤击数不宜大于2000，最后1m锤击数不宜超过280；送桩前应检查桩的垂直度；软土层中施工，每根桩宜连续施打，停置时间不宜太长。

　　4.2.2、收锤标准

　　本次锤击桩只施工了φ50cm的管桩，要求桩端进入硬塑粘土层或全风化基岩，最后3阵的贯入度要求在20～40mm，且在最后10击的贯入度小于20mm的情况下收锤。

　　5、检测结果

　　本试验段PHC管桩施工后委托中科院武汉岩土力学研究所分别采用了静载和小应变检测，检测按照《JGJ106－2003》标准进行。小应变检测了133根，其中Ⅰ类桩占92％，Ⅱ类桩占8％，未发现Ⅲ、Ⅳ类桩。静载采用慢速维持荷载法检测了13根桩，最大荷载是1800KN（为设计单桩承载力的两倍值），初级荷载360KN，然后按每级加载180KN进行；从Q-S曲线看，曲线平缓，无明显陡降段，S-lgt曲线呈平缓规则排列，最大沉降量是27.61mm，单桩竖向极限承载力满足要求。

　　6、施工体会

　　6.1、工作垫层材料的选用

　　工作垫层用来改善原有地表的承载力，使桩机施工时行走平稳，但又不能影响到后续施工。如果工作垫层的材料有较多的大块片石，将会影响到管桩施工时的桩位和垂直度；但是粒径过细的材料对于改善地表土为淤泥质土或常年种植土的承载力的效果不明显，所以工作垫层材料的选用要恰当，材料粒径可偏大，但不能出现大块的片石。

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