改扩建路基拼宽工程中PTC管桩施工工艺

2020-08-28唐刚祥苟笑声

交通企业管理 2020年5期

□ 唐刚祥苟笑声

随着经济的快速发展和社会的不断进步，提高公路通行能力和服务水平势在必行，高速公路改扩建的必要性也愈加突出。在高速公路改扩建工程中，由于新旧路基间存在沉降差异，因此导致新旧路基在拼接处产生裂缝，进而影响行车的安全性和舒适性，并增加了高速公路养护成本。可见，合理选择拼接地基的处治措施，具有极为重要的意义。而PTC管桩具有单桩承载力高、沉桩抗裂性好、穿透力强、施工进度快、无污染、现场施工便捷及造价合理等优点，已在高速公路改扩建路基拼宽控制差异沉降方面得到了广泛应用。

一、工程地质特点

中交路桥华北工程有限公司承接的某高速公路改扩建工程处于鲁北黄泛平原较稳定地质区，主要岩性特征为冲积层，其岩性为粉质黏土、粉土、粉砂、细砂、黏土。拟建公路沿线特殊性岩土主要有软土和盐渍土。沟塘表层软弱土工程地质特征多为灰黑色、灰褐色、淤泥，干强度低，韧性差。其中，粉土摇振反应迅速，不稳定，承载力低。中下部软弱土为灰黑色、灰褐色、灰黄色的粘土、粉质粘土、淤泥质粘土和粉土；粘性土呈软塑状态，干强度较低，韧性差，局部淤泥质含量较高；粉土摇振反应迅速，不稳定，承载力均较低，多为河湖相沉积软弱土。路线所经区域零星盐渍土，主要分布于小河沟两侧与地势低洼地段，局部地表呈白色，小河沟两侧与地势低洼地段见盐霜分布。

二、PTC管桩特点及施工要点

预应力砼PTC薄壁管桩是采用先张法预应力工艺和离心成型工艺组合而制成的一种空心筒体细长混凝土预制构件，主要由混凝土圆筒形桩身、钢制端头板等组成。综合分析工程所处地质环境后，决定使用PTC管桩直径为40厘米，壁厚6厘米，桩身采用C60混凝土预制，两端设置端板，端板材质采用Q235B钢板，厚度18毫米，接长采用焊接法接桩。桩位布置均匀向外呈正方形布设，桩中心间距2.9米。工程设计桩长7～18米，单桩承载力≥200千牛。桩顶设桩帽，桩顶嵌入桩帽中部，桩帽呈正方形，边长140厘米，C30钢筋混凝土现场浇筑施工。如图1所示。

图1 PTC管桩设计图

为保证放样准确，便于施工检测，需提前对管桩进行编号。编号采用里程+编号的形式，保证桩体不重复。同时，编号时备注所属“单位+分部+分项”划分段落。例如，K298+967.417～K308+870路基工程（LJU1）+左幅 K300+040～ K302+790路基土石方工程（LJ-U1-ZP2）+K300+040～ K302+790软土地基处理（LJ-U1-ZP2-ZS2）。如图2所示。

图2 PTC管桩编号

三、关键施工工艺

以锤击法将管桩沉入土层，通过桩体传递上部荷载，较好地发挥桩周摩擦力及桩端承载力作用。桩体压入土层后会对桩身周围土体产生挤密作用，使桩端承载力及桩周摩擦力得到进一步加强，共同承受上部路基荷载。加之因桩帽的设置，增大了桩顶受力面积，且在混凝土桩帽顶加铺级配碎石垫层及高强土工格栅，通过级配碎石垫层及高强土工格栅对上部荷载的扩散作用，进一步减轻桩间土体荷载，降低土体压缩，从而达到控制路基沉降的目的。施工工艺流程如图3所示。

图3 施工工艺流程

1.管桩生产厂家考察及质量要求

材料进场前，联同专业技术管理人员对管桩生厂厂家生产情况进行考察，择优选择供应商。到场材料检验时，对管桩的尺寸偏差和外观质量进行抽查，抽查数量不得少于管桩管节数量的2%，在同一批检验中若发现一节管桩不符合质量要求时，应加强检查。如果再发现有不合格的管桩时，该检验批次的管桩不得使用，必须撤离现场。

2.测量放样

测量人员放出拼宽路基边线后，用挖掘机、推土机和自卸车配合将路基范围内所有植被和杂物清除30厘米以上（包含建筑垃圾、生活垃圾等），并将地表种植土和腐植土清除集中运至指定弃渣场。整平后用压路机将原地面进行碾压，需满足91%的压实度，原地表标高即为管桩顶面标高。

按照管桩桩位编号使用全站仪进行桩位放样，打入木桩后并用白灰作明显标记，记录原地面标高。在桥台等特殊位置，若不能按照设计布设桩位时，间距可进行适当调整，桩位放样允许偏差≤30毫米。

3.管桩运输及存放

管桩吊装时，PTC400（60）管桩每延米按0.15吨考虑，配套吊车起吊能力必须满足起吊安全要求。起吊时严格控制汽车吊臂长和吊装幅度。吊装运输装车及存放时，桩身必须保持水平，吊索与桩身水平夹角≥45°；起吊过程中要轻起轻放，可在底部拴系长绳，控制晃动，避免桩体碰撞、滚落。运输过程中需用缆绳固定管桩，以防滚落滑脱。到场后，存放场地必须坚实平整，堆放时考虑到现场施工作业面受限，叠层堆放时，最下层设两个垫木支点（垫木采用不小于20×20厘米枕木），支点位置距桩两端均为0.21L（L为管桩长度），垫木支点要设在同一高度，底层最外缘管桩的垫木处用木楔楔紧。堆放时，为便于锤击沉桩施工，根据纵横向间距及数量，在在距坡脚桩外缘5米处沿纵向每隔10米设置一处堆放点，每处堆放12根，每处堆放层数不超过3层。堆放过程中采用钩绳、钢缆等措施对管桩二支点处附近进行封固，防止滚动。为在沉桩过程中能够时刻控制贯入深度，使用红油漆在桩身上标记延米刻度线。

4.桩机就位

打桩机运至施工现场后，由专业人员负责现场组装，调整好桩机的水平度，同时采用水平尺检验满足要求后，试运行打桩机，确保打桩机工作正常。正式使用前，进行机械维修保养，保证使用性能满足要求，避免中途出现故障，造成施工中断。桩机就位后，必须检验桩身垂直度，检验时采用全站仪配合线锤进行，必须保证桩的垂直度偏差不得大于桩长的0.5%。根据设计桩长对PTC管桩进行合理的组合与匹配，实际施工中以“长桩在下、短桩在上”为组合原则。

5.锤击沉桩

预制管桩运输至指定地点后，采用钢丝绳绑住桩身单点起吊，避免激烈碰撞。正式施工前，必须进行不少于5根的试锤桩，以验证所选用沉桩机械的合理性。同时确认地质情况是否与设计相符，避免管桩无法达到设计标高。

每根桩开始锤击时，先不打火，打冷锤2～3次（靠锤体自重），确认机械运转是否正常。正式锤击采用“重锤低击”，管桩入土30～50厘米后，开始检查垂直度，满足要求时再继续贯入。垂直度采用长条水准尺配合水准仪检测（过程中作业人员配合使用线锤），当通过微调调整无法满足要求时，拔出重打，始终保持桩轴心受压。偏压时及时纠正，保证施工质量。每根桩一次连续锤击到位，送桩期间不得停歇。在锤桩过程中每2米复核桩位和辅线，保证垂直度。

管桩施工完成后，必须保证管桩顶标高高于碾压后原地面15厘米，为后续桩帽安装提供空间，终锤时若因地质问题导致无法达到设计标高，进行承载力检测，当确认桩端承载力达到设计要求后，移机前露出地面的桩体采用专用截桩机截除，严禁利用锤桩机或挖机强行扳断。

6.管桩焊接连接

为了保证接桩方便，下节桩桩头应高出原地面0.5米，接桩时上下节桩段保持顺直，错位偏差不大于2毫米。接桩桩位微调时，不得采用大锤横向敲击。桩体对接前，上下端头板表面的泥土及杂物采用钢刷清刷清理干净，端头板露出金属光泽后再进行下一步焊接工作。焊接接桩时，焊缝连续饱满，满足三级焊缝的要求，因施工误差等因素造成的上下桩端头间隙采用厚薄适当的钢板填实焊牢。接桩时上、下节桩的中心线偏差不得大于5毫米，节点弯曲矢高不得大于桩段的0.1%。在焊接桩周钢板位置涂刷防锈漆，需特别注意，焊接完成沉桩时，严禁采用水冷却或焊好即施压，要等焊缝冷却后，继续沉入。多节管桩，重复以上工序。

7.送桩器制作

对于局部特殊路段，需对原地面进行填筑，导致原地面远高于桩顶标高，此时需加设送桩器。送桩器做成圆筒形，外部管径与预制管桩相匹配，具有足够的强度和刚度，长度一般为送桩深度的1.2倍。送桩前用水准仪测量原地面标高，在专用送桩器上做记号，送桩过程中进行跟踪，动态检查送桩深度。送桩器下端设置胶皮桩垫，桩垫厚度均匀，并与桩顶断面全部接触，下端面设置排气孔，使桩身内腔与外界相通，避免形成气压，影响沉桩质量和效率。