浅谈PHC预应力混凝土管桩在高速公路桥梁中的应用

赵生星

(湖南省交通科学研究院有限公司，湖南 410000)

1 工程概况及管桩变更背景

(1)本工程为湖南省伍市至益阳高速公路，项目位于洞庭湖区，属湖滨平原地貌，地势平坦，伍益17标全线长7.243 km，主要以桥梁为主，桥梁长度5.642 km，占线路总长的78%。其中西林特大桥全长5.205 km(206跨)，桥梁桩基主要持力层为第四系中更新统白沙井组(Q2b)细沙、中粗砂、黏土、砾砂、圆砾。

(2)项目前期进场后发现本合同段，地处基本农田保护区，如果采用传统钻孔灌注桩，肯定会出现以下问题：钻孔施工中采取泥浆护壁，将严重影响周边的生态环境，废浆钻渣处理成本高；桩基施工时间相对较长，成桩时间慢，费用偏高；桩身混凝土保护层厚度控制难度大，影响结构耐久性；砂土、圆砾地层条件下长桩施工过程中易塌孔。基于以上因素，也为倡导国家推行的“绿色公路”建设理念，于2019年7月经设计方计算、出图，正式将本合同段桥梁138个墩的钻孔灌注桩变更为PHC600AB130预应力管桩。

(3)PHC管桩采用4根管桩(桩顶设承台及系梁，现浇)代替一根灌注桩，管桩与承台按刚接处理，采用配筋的填芯混凝土连接。

2 工艺流程

2.1 管桩进场验收

管桩进场后逐根对桩长、桩径、壁厚、强度回弹及外观缺陷进行验收，尤其对于壁厚不够、桩身裂纹和端板处混凝土松散的成品桩，要进行标记予以返场处理，经施工经验证明此类缺陷，极易造成爆头而出现废桩。

2.2 施工前准备

(1)测量放样，使用全站仪精确放样，测量原地面标高，计算出送桩深度。

(2)在互为垂直方向，距桩位约10 m处设置垂直度监测设备。

(3)在距桩位约10 m处安放全程录像记录设备，以备后续回看分析及相关存档。

(4)焊接桩尖，本项目桩尖型式为开口型钢桩尖。

(5)在桩身上用白板笔划出以m为长度单位的标记，依次从下往上的顺序标明桩身节段长度备用。

2.3 管桩沉桩

(1)为减少打桩对周边环境的噪声和油烟污染，本工程优先采用液压打桩机，遵循“重锤低落距”的原则实施锤击沉桩。

(2)锤击沉桩，项目部施工员现场实时填写锤击沉桩施工记录表，记录表经施工员和现场监理员共同签字确认。记录表内容包括：原地面标高、加密水准点标高、锤重、落距、管桩批号、长度、生产日期、每米锤击数、总锤击数、最后1 m锤击数、三阵锤贯入度，总用时。

(3)接桩，本项目管桩设计长度都在16 m以上，按2节进行配桩，管桩连接采用焊接，管桩施工避免桩尖在接近砂砾、圆砾等硬土层时进行接桩，保证上节桩所配桩长在沉桩完成后接头位置在承台底面以下应大于7 m，接桩时上一节管桩段的桩头应露出原地面70 cm左右，上下节桩段应确保直顺。焊接质量验收合格经自然冷却后焊接头及钢套箍表面涂抹防锈防腐涂层才能继续沉桩施工；

(4)送桩，当最后一节管桩外露长度离原地面只有50～60 cm时，套上送桩器，送桩器上已做好明显尺寸标记，根据准备阶段计算出的送桩深度，在送桩器上划出设计桩顶标高控制线和最后1 m起点线，记录最后1 m锤击数继续施打至送桩深度设计标高并达到收锤标准后即刻收锤，终止施打。

(5)收锤标准及质量通病、截桩和桩顶接桩处理：最后1 m锤击数≥80锤即可，本项目沉桩收锤以设计桩长控制为主，最后1 m锤击数为辅，同时把最后贯入度作为校核指标。最后1 m锤击数不大于300锤，总锤击数不大于2 500锤。当桩长达到设计桩底标高但最后1 m锤击数达不到收锤标准时，按如下方法处理：①若1个承台下其他3根管桩均满足要求，另1根管桩达到收锤击数90%以上时，按设计标高收锤；②若单根最后1 m锤击数与标准相差较大，应继续锤击沉桩1 m至达到收锤标准，如仍不能满足，必须进行地质补勘和补桩处理。当桩长达不到设计要求但最后1 m锤击数达到收锤标准且每米锤击数依次增大时，为保证桩身完整性和防止桩头疲劳损坏，按如下方法处理：最后1 m锤击数到达收锤标准的2.5倍(200锤)以上，桩底距设计标高1～3 m时，可以按三阵锤的贯入度来判定(5～6 cm/10锤)，每阵锤贯入度逐步减少，报设计同意，可提前收锤：当达到收锤标准而桩长与设计值相差较大且无法继续沉入时，需对地质情况重新补勘，必要时进行单桩竖向承载力静载试验。桩身或桩顶质量问题的处理：①首节桩出现质量问题时，应将桩身拔出后换管桩，若不能拔出，采取补桩处理；②第二节桩桩顶质量问题的处理：a当裂缝较轻微不影响沉桩时，可进行封闭处理，采用低击(20～30 cm落距)沉桩至设计标高；b当裂缝较严重，可采用低击沉桩(20～30 cm落距)至设计标高以上1 m左右的位置，由设计确认承载力是否满足要求，若满足可截掉桩头开裂部分，若不满足采取补桩方案；③经低应变检测后发现桩头有质量问题，可采取加长填芯混凝土(含钢筋)或补桩处理；④补桩位置一般在问题桩的横桥向外侧，间距为1.5倍桩径；问题桩截去开裂桩头后按原设计与承台连接。提前收锤和锤数过多导致桩头疲劳损坏的管桩做截桩处理，若截桩时发现明显的肉眼能看到的向下发展的裂缝应继续下移截桩，将裂缝段去除；因最后1 m锤击数不够多送桩1 m和截桩后桩顶标高低于承台设计底标高(≤2D)按接桩处理。

2.4 质量检测

(1)所有桩身均进行桩身完整性检测，采用低应变方法进行检测，本工程桩身完整性合格率达到99%。

(2)每公里抽取2～3根桩身进行静荷载试验检测单桩竖向承载力，本项目经试验合格率100%。

3 成桩稳定性分析

成桩沉降观测，对已完管桩选取最不利地段18个桩位共72根管桩，采用精密水准仪在成桩完成后、承台完成后、下构完成后和梁板架设后分别进行了沉降观测，时间跨度118 d，对数据进行统计分析，基本无沉降，桩身稳固。

4 存在的问题和解决建议

施工过程中存在的问题：(1)施工中存在的最大问题是锤击振动导致老民房开裂；

(2)同一个承台下不同基桩沉桩过程体现了地质差异；

(3)施工出现管桩爆头和断桩问题；本项目地处湖区，承台设计不能露出原地面，管桩送桩深度达到1.45 m，管桩检测增加难度需开挖基坑后才能进行，对检测出存在爆桩或断桩，需二次开挖接桩和重新回填至原地面补桩处理，存在工效降低，耽误工期现象。

解决建议：(1)桩位点距民房距离必须在100 m以外，并在红线边开挖缓冲滞沟和对民房进行震动监测；

(2)增加地质补勘，一个承台下4根管桩至少要有一个地勘点且钻孔深度要超过管桩设计桩长；

(3)虽承台不能外露，管桩设计桩长增加1.45 m的送桩长度，顶节管沉桩至与原地面齐平即可，这样做的好处是有利于低应变检测，对存在问题桩及时进行补桩处理不需要重新回填、再开挖基坑工作，开挖完基坑后截桩多余桩就可进行管内填芯混凝土(含钢筋)和承台施工。(承台设计高度1.6 m，管桩深入承台0.15 cm)

5 结 论

根据本项目实际施工经验，一台桩机每天可沉桩7根桩左右(相当于1.5根灌注桩)，PHC管桩施工进度相对比钻孔灌注桩要快，稳定性可靠，能大大节省造价，又能减少排放利于环境保护，在湖区具备独特的优势，可全面推广应用。