预应力管桩复合地基施工工法

预应力管桩复合地基施工工法
熊耀邦黄永建
核工业西南建设集团有限公司 610021
1 前言
预应力管桩具有桩身质量稳定可靠、强度高、耐施打、穿透土层能力强、施工快捷方便、工程造价相对较低等优点。

近些年来在建筑、桥梁基础及软基处理中得到越来越广泛的应用。

我公司在二广高速公路怀集至三水段路基软基处理施工中采用的就是预应力管桩。

本工法是在该工程的预应力管桩软基处理施工中经总结提炼而形成的。

2 工法特点
2.1 质量稳定可靠。

由于采用工厂预制的生产方式，能利用先进的工艺和设备，质量容易控制，产品质量容易保证，且成桩质量监测方便。

2.2 应用范围广。

桩身耐防腐性能好，规格长度容易调整，桩长选用范围大，容易布桩，对桩端持力层起伏变化大的地质条件适应性强。

2.3 施工速度快，工期短。

预应力混凝土管桩在工厂商品化生产，能按施工要求及时供桩，施工前期准备时间短，一般能缩短工期1～2月。

2.4 利于现场文明施工。

施工现场无砂石、水泥，无泥浆污染，对施工现场狭窄的工程特别有利。

3 适应范围
本工法适用于公路路基持力层深度为7～15m的软土地基的处理。

4 工艺原理
采用预应力混凝土管桩作为增强体与桩间土及桩顶的褥垫层共同构成了刚性桩复合地基。

复合地基通过置换作用由预应力混凝土管桩将承受的荷载向较深的土层传递并相应减少桩间土承担的荷载,使复合地基的承载力提高、变形减小；在群桩复合地基中,通过桩对土的约束作用阻止土体的侧向变形,从而减少垂直变形,使复合地基抵抗垂直变形的能力加强；通过挤土作用使桩间土孔隙比减少、密实度增加, 加速场地土的固结，从而提高桩间土的强度。

5 施工工艺流程及操作要点
5.1 工艺流程（图1）
图1 预应力管桩复合地基施工工艺流程框图
5.2 操作要点
5.2.1 施工准备
路基两侧排水沟位置挖设临时土水沟，排除地表积水。

清除路基范围内杂草，上铺45cm岩碴垫层作桩基施工场地。

根据具体施工区段进行配桩，提交进桩计划。

5.2.2 管桩基础承载力检测及打试桩
1 管桩基础承载力检测
桩位放样完成后，经核算桩的地基承载力应≥6.37MPa,采用静力触探仪检测桩基承载力,以确定桩的长度。

每个桩基的承载力检测时，请监理工程师进行复检并做好定位纪录和桩基承载力检测纪录。

2 打试桩
首先估算桩入土深度，根据估算的桩长确定合理的配桩，再根据桩的直径和长度确定最终贯入度。

试桩位置的选择满足以下几点：
1）尽量靠近结构桩基附近；
2）地质情况具有代表性；
3）方便做静载试验，有场地堆放加载重物，吊车作业方便。

试桩试打前应做好以下准备工作：
1）场地坚实平整、不积水；
2）补充静力触探孔，孔位选择在与各桩中心等距处，1000m2补充一个触探孔。

3）熟悉地质资料、桩基设计资料、设备的技术资料、试桩资料。

单桩承载力试验及收锤标准：
1）选择三根桩作PDF静载试验，作对比试验，建立关系式后均采用PDA试验检测。

2）试打一根桩，并根据单桩承载力的要求，通过PDA检测手段确定相应的贯入度作为收锤标准。

5.2.3 桩位放样
沉桩前由导线点施测出桩位轴线，定出桩位中心，以钢筋或小竹片桩标志。

在每一纵、横排桩位中心延线上设置控制桩，以方木桩标志，木桩加固保护。

测量放样经自复后，请监理工程师进行复核检查，并作好定位记录和技术复核记录。

5.2.4 桩机就位
桩机使用前应对桩架的机械性能做全面的检验，各项性能均良好后方可使用。

桩架就位后应检查一下桩架的平稳性及垂直度，若不稳定，需抄垫平稳，并使桩架垂直。

就位前应由控制桩复核桩位中心。

5.2.5 吊桩喂桩
管桩沉桩时，一个吊点吊桩，吊点应设在距桩上端0.3倍桩长处（图2）；两个吊点吊桩时，吊点应设在距上端0.25倍及0.5倍桩长处（图3），吊运时应
层；堆放桩的支撑垫木位置：当两点支撑时，应设在距两端0.21倍桩长处；当三点支撑时，应设在距两端0.15倍桩长及中点处。

5.2.6 桩身检查
用目测法观察桩身有无裂缝，用角尺检查桩端与桩身是否垂直及直径、壁厚、法兰盘是否满足要求，用弦线拉直观看桩身是否顺直，用回弹仪检查桩身混凝土强度是否合格，并要填好交接记录。

5.2.7 静力压桩
将管桩吊起，喂入桩机内，然后对准桩位，将桩插入土中约1.0m至1.5m，校正桩身垂直度后，开始沉桩。

如果桩在刚入土过程中碰到地下障碍物，发生桩位偏差超出允许偏差范围时，必须及时将桩拔出进行重新插桩施工，如桩入土较深而碰到地下障碍物，造成桩位偏移或垂直度偏差，桩已无法拔出的情况下，及时通知有关单位，协商处理发生情况，以便施工顺利进行。

沉桩时，用两台经纬仪交叉检查桩身垂直度，边校正桩身垂直度边往下沉桩，以保证桩身的垂直，避免由于桩身倾斜产生管桩损坏。

待第一节桩入土一定深度且桩身稳定后再按正常沉桩速度进行，第一节桩端距地面1.0m左右时停止沉桩。

5.2.8 接桩
1 准备工作：按打桩计划与桩长组合进桩，打桩之前，逐根检查管桩外观质量情况。

对于管桩两端面及施工焊面上的泥灰、油污等要清理干净，确保不影响接桩密贴和焊接质量，在排定接桩次序后，要从桩脚起逐节向上，沿桩身作好标志，以便在打桩中观测进土深度。

2 立桩就位：吊上第二节桩，接桩前先将上下段桩顶用钢丝刷清理干净，加上定位板，然后把第二节桩吊放在下端桩端板上，依靠定位板及两台经纬仪将上、下桩段接直，上、下桩段的中心线偏差不大于5mm，节点弯曲矢高不得大于桩段的0.1%。

接头处如有空隙，采用楔形铁片全部填实焊牢，拼接处坡口槽电焊分两次对称焊接，焊缝连续饱满（满足二级焊缝），电焊条采用J506型，焊后清除焊渣，检查焊缝饱满程度，自检合格后，再请监理工程师复检，经监理工程师同意方可继续沉桩，待桩沉入到距地面1.0m左右时，停止沉桩，吊上第三节桩，采用同样工艺将上下段桩焊接完毕后，继续沉桩。

采用水准仪测量控制桩顶标高，打入桩采用最后贯入度及最后1m锤击数估算桩的承载力。

5.2.9 沉桩施工记录
沉桩时详细、准确地填写沉桩记录。

打入桩施工：记录每米的锤击数，距设计标高2～3m时则以50cm为单位记录锤击数、最后连续锤击3阵每阵10击的贯入度及桩顶标高,本施工段最后的收锤标准暂定为30～50mm/10击，最后1m的锤击数不宜超过250击。

5.2.10 桩帽混凝土浇筑
管桩检验符合设计要求后，绑扎钢筋、安装模板，经自检和监理工程师检查符合要求后，浇筑C25桩帽混凝土。

5.2.11 桩间碎石（砂）、土工格栅及砂垫层施工
1 桩间砂（碎石）填筑：桩帽混凝土达到设计规定强度后，填桩间砂（碎石），并高出桩帽5～10cm，利于土工格栅铺筑。

其填筑的施工工艺按照路基填筑工艺进行，要求砂（碎石）的规格、级配合格，分层铺筑、分层碾压密实，压实度达到设计要求。

2 铺设土工格栅：在桩间砂（碎石）施工完成且验收合格后，按设计要求铺筑土工格栅。

铺设要平整，无皱折，尽量张紧。

用插钉及土石压重固定，铺设的
格栅主要受力方向最好是通长无接头，幅与幅之间的连接可以人工绑扎搭接，土工格栅受力方向搭接长度不小于30cm，非受力方向不小于10cm。

大面积铺设后，要整体调整其平直度，路基外边留30～50cm待填上层后折回。

3 砂（碎石）垫层施工：土工格栅铺好，经自检及监理检验认可，铺筑砂(碎石)垫层。

砂(碎石)垫层必须及时铺筑，使土工格栅的裸露时间不超时48h。

铺筑时，先在两端摊铺填料，将格栅固定，再向中部推进。

碾压的顺序是先两侧后中间。

碾压时，压轮不能直接与筋材接触，未压实的加筋体一般不允许车辆在上面行驶，以免筋材错位。

分层压实度为20～30cm，压实度必须达到设计要求。

最后进行路基外边填土封边压实。

5.3 劳动力组织
劳动力组织见表1。

劳动力组织表表1
6 材料与设备
6.1 主要材料（表2）
主要材料表表2
6.2 主要机具设备（表3）
主要机具设备表3
7 质量控制
7.1 建立现场质量管理和检测网络，强化质量管理，检查和监督工作。

7.1.1 项目部和作业队设专职质检、测量试验人员，负责本工程的质量管理、检查，验收及取样、测试、计量、测量等工作。

7.1.2 写好施工日记，详细记载当天有关施工质量、机具、材料及安全等情
况，及时、认真、准确的做好施工原始记录。

7.1.3 加强管桩的质量与验收，外型尺寸的允许偏差和检验方法见表4。

预应力管桩尺寸允许偏差表4
7.2 打入桩质量控制
7.2.1 在桩帽侧壁用笔标示尺寸，以厘米为单位，以便记录打桩贯入度。

7.2.2 当采用送桩时，测试的贯入度应参考同一条件的桩不送桩时的贯入度予以修正。

7.2.3 根据设计及试桩确定的停锤控制标准如桩端持力层、最后三阵贯入度和最后1m沉桩锤击数为主要指标来确定可否成桩，满足要求后，做好记录，会同有关部门做好中间验收工作。

7.2.4 实际控制成桩标准中的标高和最后三阵贯入度与设计及试桩标准出入较大时，应会同有关部门采取相应措施，研究解决后移至下一桩位。

7.2.5 打桩过程中，遇下列问题之一应暂停打桩，及时会同有关部门解决：
1 贯入度突变；
2 桩头混凝土剥落、破碎、桩身出现裂缝；
3 桩身突然倾斜，跑位；
4 地面明显隆起，邻桩上浮或位移过大；
5 桩身回弹曲线不规则。

7.3 静压桩质量控制
7.3.1 桩机进场时压力表应作检定，压桩过程中注意压力表变化并记录。

7.3.2 压桩前，应调好桩身垂直度，使其垂直度轴线与顶平面垂直度的轴线一致。

同时静压桩机应水平、稳定，桩尖与桩身保持在同一轴线上。

7.3.3 终压标准：根据试桩确定的终压吨位，在桩位达到设计标高后应进行复压，复压次数不宜小于3次，持荷时间视试桩结果而定。

7.4 沉桩的质量检测标准:
7.4.1 桩位平面控制允许偏差100mm；
7.4.2 桩位倾斜度允许偏差1%；
7.4.3 单桩承载力大于800KN；
7.4.4 单桩的完整性和承载力核验采用小应变测试。

7.5 垫层质量控制
7.5.1 碎石粒径不大于3cm，含泥量不大于5%。

7.5.2 砂应采用天然级配的中、粗砂，其含泥量不得大于5%。

7.5.3 褥垫层中的碎石和砂垫层中不得含有尖石、树根等杂物。

7.5.4 双向土工格栅的规格和抗拉强度应符合设计要求。

7.5.5 压实系数应不小于设计及规范规定。

8 安全措施
8.1 牢固树立安全第一，预防为主的观念，严格执行各项安全制度。

加强安全教育，在开工前必须对员工进行安全用电、安全操作知识的教育。

提高全体施工人员的安全防范意识和自我保护意识，形成人人重视安全，事事注意安全的良好习惯。

8.2 定期检查施工现场的安全生产情况，了解施工现场的遵章操作和安全生产规章制度的执行情况及安全生产设施的工况。

对安全生产检查中发现的问题及时整改，消除不安全隐患。

8.3 沉桩现场要严格实行统一指挥，在吊装过程中，除现场指挥人员外，任何人都不得指挥操作。

8.4 参加沉桩人员均应有相应的资质，分工明确，并建立岗位责任制。

不得在操作前临时调换工种，保持吊装队伍稳定。

8.5 起重指挥应由技术培训合格专职人员担任。

作业前，应对起重机械设备、现场环境、行驶道路、架空电线及其他建筑物和吊管桩情况进行了解，确定吊装
方法。

8.6 起重机的变幅指示器、力矩限制以及各种行程限位开关等安全保护装置，应齐全完整，灵敏可靠，不得用限位装置代替操纵机构进行停机。

8.7 不得使用起重机进行斜拉、斜吊。

起吊管桩时，不得在管桩上堆放或悬挂零星物件。

8.8 起重吊装管桩时，不得忽快忽慢和突然制动。

非重力下降式起重机，不得带荷自由下落。

8.9 沉桩作业区严禁非工作人员进入，所有人员均不得在起吊和运下的管桩下站立。

8.10 在打桩设备移动范围上空不得有高压电线，如有，必须与桩架最高点保持规范规定的安全距离。

8.11 对各种吊装设备定期检查和维修。

9 环保措施
9.1 设立环保机构，切实贯彻环保法规，严格执行国家及地方政府颁布的有关环境保护、水土保持的法规、方针、政策和法令。

9.2 安排洒水车专门负责施工现场洒水，保持场地湿润，防止扬尘。

9.3 严格执行《建筑施工场界噪声限值》（TB12523），控制和降低施工机械和运输车辆造成的噪声污染。

合理安排作业时间，尽可能将打桩作业安排在白天施工。

9.4 采用振动较小的静压力桩机进行打桩施工，可以有效的减少施工中的振动，避免振动对周围建筑物的影响和破坏。

9.5 在打桩过程中，应严格按照操作规程，密切控制管桩的打进速度，避免管桩对软土地基的挤压效应，引起地表隆起，使旁边建筑物受到影响。

9.6 做好地表排水，在工作垫层四周做好排水沟，防止雨水冲刷。

9.7 打桩施工前先调查清地下电缆和构筑物，并改移至路基外侧。

9.8 施工中产生的废水，必须经过处理，不能随意排放。

10 效益分析
经济效益：与其他类型桩如预制混凝土方桩和钻孔灌注桩相比，其单位承载力的造价更低，，并更节省钢材。

环境效益：预应力管桩采用静力压桩进行打桩施工，具有无振动、无噪声等特点，不会对周围环境产生破坏及影响，是一种十分环保的施工方法。

工期效益：由于预应力管桩采用工厂预制，可以极大地缩短工期，本工程中，完成处理面积8000m2,预应力管桩软基处理工期仅2个半月。

11 应用实例
我公司承建的怀集至三水段第25标段，位于广宁县古水镇。

开工日期是2007年5月，竣工日期是2009年12月。

由于该标段软基处理存在工作面狭小，弃土场有限等具体困难，故采用预应力管桩复合地基进行该段内的软基处理。

经两个半月的施工，完成预应力管桩1897根，共计延米数21170米，处理面积7500平方米。

处理后经过对该区域地基进行原位测试，符合路基填筑及涵洞地基承载力要求。

在高速公路施工中，预应力管桩复合地基处理软土路基，其效果明显，能最快最有效的完成对软土路基的加固处理。