寒区预应力高强混凝土管桩在特殊路基中的应用

许文宇，孙 茜

(理工大学紫金学院，江苏 南京 210023)

预应力高强混凝土管桩多应用于房屋建筑中，随着公路事业的发展，车流量的大量增加，对公路质量的要求更高，如何提高公路质量成为公路施工研究的重要课题，通过项目的实际应用，预应力高强混凝土管桩在公路特殊路基的应用取得较大的成果，缩短寒区施工工期，优化工程施工方案，实现降本增效的目的。

1 寒区预应力高强混凝土管桩在特殊路基中应用的优点

(1)寒区每年的施工期大约6～7个月，特殊路基施工工期严重影响整个工程的施工进度，预应力高强混凝土管桩在特殊路基中应用能够大幅度缩短工期，从而提高整体工程的施工进度。

(2)相比较传统的施工方法，预应力高强混凝土管桩能够减少路基的沉降，有效的提高路基的质量。

(3)预应力高强混凝土管桩施工有许多方法，其中采用静压施工，能够减少噪音对周围居民的干扰，减少废弃土对周围环境的污染，减少开挖量，充分体现绿色环保施工的理念。

(4)预应力高强混凝土管桩采用工厂化生产，质量能够得到保障，按照施工图纸设计长短、直径，提前预制完成，不影响施工工期，预应力高强混凝土管桩检测更加简单便捷。

(5)预应力高强混凝土管桩单桩承载力高，单位造价便宜。

(6)预应力高强混凝土管桩预应力主筋采用低松弛、高强度的螺纹钢筋，通过后张法，提高预应力高强混凝土管桩的预应力。预应力高强混凝土管桩抗裂性能、抗弯性能良好，能够穿透密实的土层和砂层，能够适应复杂的环境与地理条件。

(7)预应力高强混凝土管桩可以根据图纸长度预制，长度调整比较灵活，布桩有多种形势，对地质条件差，持力层起伏大的条件都能适应，被广泛应用在施工中。

2 寒区预应力高强混凝土管桩适用范围

预应力高强混凝土管桩施工一般用于建筑的低承台桩基，特殊路基施工，主要适用于寒区鱼池段、淤泥段、潮湿段、黏性土、沙土段、河滩、水田等路段。粉土、粉砂、细砂、中砂等土层地基，持力层一般选为粗砂、砾砂、圆砾、风化岩，但不适用于石灰岩、含孤石和障碍物多、有坚硬夹层地基。

3 寒区预应力高强混凝土管桩在特殊路基中的应用原理

3.1 施工准备

将原地面上的垃圾、树根等清除，对特殊路段采用围堰抽水，按照施工要求对特殊路段分层填筑，采用轻型压路机碾压密实。

3.2 测量放线

根据控制点设定道路的红线，按照施工图纸布设预应力管桩桩位，测量完毕，经过检验复核并办理预检手续，归档备用。利用GPS定位，利用水准仪和经纬仪确定桩位，并在桩位中心用钢钎或者竹签做好标记。

预应力管桩布设有多种形式：正三角形布设、正方形布设、矩形网格布设及正多边形布设等。

半刚性及刚性复合承载力计算

管桩布置多样性，以国道同哈公路万发至沿江段改扩建工程项目为例，呈现正方形布置，间距根据刚性桩复合承载力计算(根据设计图纸放样)，确定桩位。

项目位置佳木斯市郊区，道路全长9.925 km，起止桩号K0+000～K9+937.62，在K4+000～K4+275位置穿越鱼池，根据现场调查及钻探，该路段淤泥层厚4.5 m，自上而下土层分布为：(1)层为0.8 m杂填土，(2)层为2.0 m厚粉质黏土，(3)层为1.1 m厚粉砂，(4)层为2.1 m厚圆砾。

设计采用预应力高强混凝土管桩方案，设计选用的预应力高强混凝土管桩长约4.5 m，桩呈现正方形布置，间距1.7 m，桩直径400 mm，壁厚60 mm，正方形布置，间距2 m，桩顶附加预制桩帽1 000×1 000×300，使间隙土距离1 m，降低桩土之间的刺入效应和路基土的侧涌，进一步减小沉降，布置如图1所示。

图1 预应力高强混凝土管桩布置图

路基范围内直填30 cm天然砂砾后，布设预应力高强混凝土管桩后，再填筑60 cm天然砂砾，填筑路基。设计采用预应力高强混凝土管桩的单桩承载面积及承载力进行力学计算，具体如表1。

表1 400 mm预应力高强混凝土管桩单桩承载力特征值

正方形布置单根预应力高强混凝土管桩承担的荷载面积1.7×1.7=2.89 m2；

复合地基承载力计算公式：

400 mm劲性体：d=0.4 m，de=1.13s，s=2.0 m，λ=1.0，β=0.9；

m=0.4×0.4/(1.13×1.13×2.0×2.0)=0.0313=3.13%

fsqk=λ×m×Ra/Ap+β×(1-m)×fsk=1.0×3.13%×574/0.125 6+0.9×(1-3.13%)×100=143.1+87.1=231 KPa；处理完成后水泥桩复合地基：fsqk=231 KPa

由于本项目路基范围内占用鱼池面积不是整个鱼池的面积，为保护新建路基的稳定及行车安全，将路基范围外的鱼池面积也进行回填，回填路基范围外侧鱼池的土方采用路基处理及断面产生的弃方。预应力高强混凝土管桩混凝土强度为C60，弹性模量不低于3.6×10 N/mm。桩顶桩帽采用C30钢筋混凝土。预应力高强混凝土管桩施工前应在有地质钻孔位置处进行试桩，以确定合理的施工工艺，桩端应进入硬底持力层不小于0.8 m，最后贯入度不超过60 mm/10击为控制标准，复合地基承载力根据不同道路选择，不得低于220 KPa。

3.3 预应力高强混凝土管桩检测

预应力高强混凝土管桩采用外购，汽车运至施工现场，由质检人员对预应力管桩进行检测，出厂证件是否齐全，外观无明显缺陷，有无裂纹，桩身混凝土有无剥落等现象，质量是否符合施工要求。经检查合格后方能使用。

3.4 打桩机就位

预应力高强混凝土管桩施工前检测大气温度及地表温度，温度持续10 d在-5℃以下，就会对施工造成影响，需要采取相应的措施。打桩设备进场后，进行安装调试，然后按照施工布桩位置，打桩机对准桩位。为防止打桩机自重产生位移，保证打桩机垂直、不倾斜，利用经纬仪二次复核，正确后下放首节预应力高强混凝土管桩。

3.5 打桩

预应力高强混凝土管桩施工前应在有地质钻孔位置处进行试桩以确定合理的施工工艺。

预应力高强混凝土管桩用导滑夹或箍筋固定在桩架上，将桩尖进入土层(砂层)一定深度，用经纬仪调整首节桩的垂直度。校正垂直度后，在预应力高强混凝土管桩上设置标尺，做好记录，开始击打预应力高强混凝土管桩。开始应轻击数锤，待进入一定的深度，再按照落距进行击打。

3.6 接桩

预应力高强混凝土管桩一般情况下是按照施工图纸预制，有极个别的特殊路段需要接桩。需要接桩施工时，在预应力高强混凝土管桩露出地面1 m处接桩。按照设计要求采取连接方式，通常采用焊接的方法，先将焊接面清理洗干净，在上节预应力高强混凝土管桩上安装导向箍，引导就位。上下预应力高强混凝土管桩保证在一个轴线上，上节预应力高强混凝土管桩需要保证垂直。

3.7 送桩

根据施工图纸施工，如果预应力高强混凝土管桩需要深入到土中，就需要采用送桩的方法施工。将制作的送桩置于预应力高强混凝土管桩上，保持在同一轴线上，锤击送桩。在送桩过程中要保证垂直、不倾斜，直至接近设计要求，对高程进行观测，达到设计要求高程为止。然后移动桩机到其他桩位上。

3.8 验桩

利用经纬仪和水准仪检测预应力高强混凝土管桩顶面高程。按照设计要求全面检查，未经验收合格的不能切去桩顶。

3.9 预应力高强混凝土管桩填充混凝土

预应力高强混凝土管桩验桩合格后，对内壁进行清理，后浇筑高强度微膨胀混凝土。

3.10 浇注钢筋混凝土桩帽

待一段预应力高强混凝土管桩施工完毕， 挖除

桩周土层，按设计要求绑扎钢筋，立模浇注桩帽混凝土。

桩帽施工注意事项：

填土厚度小于1.4倍桩距离，或者为高等级路基时，按原土选用桩帽。

混凝土等级采用C40级，钢筋均采用HRB400。

桩帽长宽不宜小于1 000 mm，厚度不宜小于300 mm，项目中根据具体情况选用。

桩帽下以及桩帽之间必须用级配沙石填平夯实，压实系数不小于0.93。

当桩帽顶填土高度小于50 cm时，严禁用大型压路机碾压。

4 质量控制注意事项

打入桩的数量、布置形式及间距应符合设计要求。

桩长、桩顶标高及最终贯入度应符合设计要求。

打桩前、后的桩身质量应符合设计要求。

加强自检频率，确保管桩质量满足设计要求。静载试验数量取总桩数的0.5%，但不小于3根。低应变检测数量取总桩数的5%，大应变检测数量取总桩数的5%。