剖析高铁路基施工中预应力管桩施工技术

2016-03-18李斌

甘肃科技 2016年11期

关键词：电弧焊北站管桩

李斌

（中铁二十一局集团第二工程有限公司，甘肃　兰州 730000）

剖析高铁路基施工中预应力管桩施工技术

李斌

（中铁二十一局集团第二工程有限公司，甘肃兰州 730000）

近几年我国高速铁路迅猛发展，与普速铁路相比，高速铁路对路基工后沉降控制提出了更高的要求，特别是深厚层软土地基上的高速铁路路基，这就需要采用更加科学、有效的处理措施？，？预应力管桩就是一种很好的地基处理的方法，管桩施工技术自日本引入，经过20多年的发展，产品已经相对成熟，现已大量的应用于高速铁路施工中，但由于地域、环境、气候、水土等条件的影响，存在很多区域性地质、水文等特性，给管桩施工带来了很大的困难。通过描述济青高铁潍坊北站管桩施工的方法及内容以及施工过程中的心得及采取的措施，为以后遇到此类工程问题积累经验。

预应力管桩；施工方法；二氧化碳保护焊

1　工程概况与地质

潍坊北站为高铁站，里程为DK189+531至DK192+337.56，正线长度2.807km。本站基底全部采用PHC管桩加固，桩径0.4m，桩间距2.4m，桩长17～30m。

线路主要以填方通过冲洪积平原区，地形平坦开阔。地质主要以粉土及粉质粘土为主。

地下水埋深10.8～14.4m，水位季节变化幅度3～5m。

2　工程特点

1）潍坊北站地基处理全部采用PHC管桩施工，主要地层为粉土及粉质黏土，由于区域性、气候、环境等因素的影响，地层的硬度与地质勘查结果偏差较大，造成了管桩施工困难。

2）由于地下水位季节变化幅度大，为防止整体沉降，沉桩时不能以贯入度控制，只能以设计桩底标高控制。

3）潍坊北站施工工期短、任务重，考虑到潍坊北站局部段落距离村庄较近，锤击法噪音大的特点需采用静压法施工，液压静力压桩机吨位大，不利于运输和倒运，因此为满足施工需求，保证质量，争取尽快的完成施工生产目标，采用静压法及锤击法两种相互配合进行施工。

3　施工方法及内容

3.1管桩的验收、堆放、吊运

3.1.1管桩的进场验收

管桩进场后，按照《先张法预应力混凝土管桩》（GB13476-2009）的国家标准及地方标准对管桩的外观、桩径、壁厚、桩身弯曲度、桩端头板的平整度、桩身强度以及桩身上的材料标识等按规范进行验收，填写验收记录，并审查产品合格证明文件，把好材料进场验收关。根据设计及施工规范要求等级将不符合要求的管桩清退出场。

3.1.2管桩的堆放

现场管桩堆放场地应平整，采用木垫按二点法做相应支垫，且支撑点大致在同一水平面上。当管桩在场地内堆放时，不超过4层；当在桩位附近准备施工时单层放置，且必须设支垫。管桩堆放按照不同型号、规格分类堆放，以免调运施工过程中发生差错。

3.1.3管桩吊运

单根管桩吊运时采用两头勾吊法，竖起时采用一个吊点吊桩，吊点设在距桩上端0.293倍桩长处。管桩起吊运输过程中平稳轻放，以免受振动、冲撞。

3.2引孔

3.2.1钻机就位

钻机就位时，要事先检查钻机的性能状态是否良好。保证钻机工作正常。保证桩位附近平整，把钻机开到桩位旁，钻头的中心正对桩位标注点。

3.2.2成孔

1）钻进多采用减压钻进，即孔底的钻压不超过钻杆、锤头、压块重力之和的80%（扣除浮力），以避免或减少斜孔、弯孔和扩孔现象。不同地层采用不同类型的钻头和钻压，根据本工程土层情况，采用普通旋挖钻头。

2）在不同的地层采用不同的钻速。

3）钻头和钻杆停留在孔内时不能终止钻孔，因为土的压力会阻止它们转动，从而可能使钻机被粘留在所钻的孔内（卡钻）；在钻孔时，不准将钻杆反转，因为驱动体和顶端体的螺纹连接可能被松开，这会使得钻具掉落在孔内。

4）按钻孔深度要求，钻杆可通过连接钻杆来加长钻孔深度，但钻杆总重，不准超越桩架底盘的最大负荷。

5）钻孔引孔达到深度后，经现场工程师鉴定后确认终孔深度，确认钻孔达到深度后终孔，进行一次清孔，清孔时将钻头提离孔底10～20cm空转。

6）钻机机身垂直度控制主要依靠机械自带平衡仪表及交叉两个经纬仪或吊线锤。

7）孔口钻孔排出的土方由挖机配合整平或外运，以不影响后续施工。

3.3沉桩

锤击采用重锤低击，坠锤落距不大于2m。打桩开始时应用较低落距，第一节垂直度偏差控制在0.5%以内，其他节管桩垂直度控制在1%以内，垂直度控制使用垂直方向的两个带刻度的长条水准尺或钢卷尺配合两个线坠控制，垂直度符合要求后压桩。确认桩锤、桩帽与桩身保持在同一轴线上，管桩插入桩位中心后，先用桩锤自重将桩插入地下30～50cm，桩身稳定后，调正桩身、桩锤、桩帽的中心线重合，使之与打入方向成一直线。当入土达到一定深度，确认方向无误后，再按规定的落距锤击。

在锤击施工时，为避免桩顶的损坏，在桩帽或送桩器与桩之间埋设弹性衬垫，经轻打压实后的厚度不小于120mm，严禁用桩送桩的施工方法进行。施工打桩过程中防止偏移。

3.4接桩

1）接桩均采用钢端板焊接法连接。接桩时，其入土部分桩段的桩头高出地面0.5～1.0m。上、下节桩段保持顺直，错位偏差不大于2mm，同时保证焊缝饱满连续。

2）下节桩的桩头处宜设导向箍以方便上节桩就位，上下节桩轴线偏斜控制不大于0.3%，并应使各节偏斜反向错开。

3）管桩对接前，上下端板表面应用钢丝刷清理干净，坡口处露出金属光泽，对接后，若上下桩接触面不密实，存有缝隙，可用厚度不超过5mm的钢片嵌填，达到饱满为止，并焊接牢固。采用普通电弧焊，焊接层数不得少于两层，内层焊碴必须清理干净后方能施焊外层，焊缝应饱满连续。

4）焊接时宜先在坡口圆周上对称点焊4点～6点，待上下桩节固定后拆除导向箍在分层施焊，施焊宜对称进行。

5）焊接完成后，需自然冷却不少于8min后才可继续施工，严禁用水冷却或焊好即打。

3.5送桩或截桩

为将管桩打到设计标高，需要采用送桩器，送桩器用钢板制作，长4m。设计送桩器的原则是打入阻力不能太大，容易拔出，能将冲击力有效地传到桩上，并能重复使用。

当管桩露出地面或未能送到设计顶标高时，需要截桩。截桩要求必须用专门的截桩器，严禁用大锤横向敲击、冲撞。

送桩完成后，移动调整机械进行下一根管桩的施工。

4　施工心得及措施

4.1管桩施工的优点

PHC桩采用C80混凝土，强度高；钢筋采用预应力螺旋筋，抗裂性好，因此成桩质量可靠，不易损坏。实际施工中，可做到现场清洁，文明施工，有利于现场标准化管理。

在施工过程控制中，能有效的控制管桩的长度。避免出现偷工减料的现象，大大地提高了工程的整体质量。

4.2管桩接桩

管桩的连接可采用焊接、法兰盘连接或机械快速连接（螺纹式、啮合式），在中国大部分管桩连接采用焊接的方式，潍坊北站管桩施工连接采用普通电弧焊，按设计要求焊缝层数为3层，电弧焊焊接容易夹渣，要求内层焊碴必须清理干净后方能施焊外层，大大的增加了焊接的时间，不利于施工的进度，改用二氧化碳保护焊，可有效的提高施工的效率。焊接过程中如遇下雨、大风要做好防雨、防风措施。

二氧化碳气体保护焊：在手工电弧焊的基础上，利用二氧化碳气体做为保护气体，其工作原理与手工电弧焊相同，只是手工电弧焊利用药皮做保护，并没有本质的区别。两者之间焊缝成形原理相同：二氧化碳气体成形好，焊接速度快，不用换焊条，节省时间，提高效率；二氧化碳气体便宜，成本低。

施工中焊接冷却时间必须要保证不少于8min，不能为加快施工进度，而缩短冷却时间，要自然冷却，这是管桩施工质量控制的重中之重。

4.3管桩垂直度控制

在管桩施工过程中，管桩的垂直度控制尤为重要，它与管桩沉桩质量密切相关，垂直度控制不好，就容易发生爆桩、断桩等一系列的问题，实际施工中，管桩垂直度控制标准是用经纬仪测角控制，但实际情况不允许，所以可以使用互成90度的铅垂线控制其垂直度，也可采用长条水准尺控制。

根据现场实际情况，采用带刻度的长条水准尺控制其垂直度为宜，其精度为0.1%，完全可以满足施工需求，在大面积管桩施工中投入机械多及恶劣天气情况下，完全适用，价格不高，操作简单，可提高施工效率。

4.4管桩施工辅助措施

潍坊北站地层较为特殊，土质遇水、遇风较为松散，地下土层较硬，地质勘查土层的硬度与实际相差较大；水位季节变化幅度3～5m，设计意图管桩要穿越地下水层，桩底作用在下层粉质粘土层上，避免水位季节变化幅度较大，造成站场整体沉降，导致管桩施工困难。根据现场实际情况经研究采用增加桩尖（不同形式的桩尖），配桩形式（减小单根的桩长），增加锤重等方法进行试桩，现场地质与设计相符，试桩结果显示，可穿透第一层粉土层，无法穿透第二层粉土层，第二层粉土层硬度较大，故选取引孔的方法进行试桩，引孔的依据采用《建筑桩基技术规范》（JGJ79-2002）要求，对预钻孔沉桩，预钻孔孔径可比桩径小50～100mm，深度可根据桩距和土的密实度、渗透性确定，宜为桩长的1/3～1/2；施工时应随钻随打。根据之前的试桩结果，具体引孔深度可根据先前试桩的情况，以穿透第二层粉土层及结合规范要求进行试桩确定。

4.5试打的顺序

按规范要求对于密集桩群，自中间向四周进行或向两个方向对称施打；当一侧毗邻建筑物时，由毗邻建筑物处向另一方向施打；根据设计标高，宜先深后浅；根据管桩的规格，宜先大后小、先长后短。潍坊北站管桩施工采用的是引孔辅助施工，宜选用隔桩跳打的方法进行施打，可增强土的挤密效应，提高桩身质量。