管桩在扩建道路工程地基加固中的应用

王永春

（上海市凯达公路工程有限公司，上海 201600）

0 引言

随着我国经济社会的迅速发展，许多现有道路已无法适应日益增长的交通需求。因此，必须对现有道路进行拓宽改造，而加宽部分的地基往往需要处理。目前采用的加固方式主要有换填处理法、抛石挤淤法、灰砂桩法、水泥搅拌桩法、预应力管桩法等。

1 工程概况

叶新公路是贯穿松江区政府下辖的叶榭、泖港和新浜三镇之间的城镇交通动脉，道路改建完成后，将为乡村振兴提供更强的交通保障，为市民出行带来更大的便利。

叶新公路路面的现宽为12m，改造完成后路面宽度为38m，扩建形式主要为单边拓展和双边拓展。新路面设计为在现有路面上进行填高，设计中采用的地基处理方法主要有清淤换填处理、两灰填筑路基、水泥搅拌桩加固、高强混凝土预应力管桩（PHC）等。叶新公路地处松江区黄浦江以南，沿线土层情况主要有浜填土、粉性土和黏性土质。设计要求在路面采用双侧拓展，在填土高度大于2.5m 的段落采用PHC 管桩加固地基,另在桥台两侧各30m 的范围内采用PHC管桩进行地基加固。

2 PHC 管桩施工

2.1 PHC 管桩的加工、运输

PHC 管桩必须在工场集中预制，且管桩所用的建筑材料、成品检测指标、外表品质等要达到《先张法预应力混凝土管桩》(GB 13476—2009)的要求。该工程项目所使用的PHC 管桩长度L=24m，AB 型；混凝土强度等级采用C80，外径400mm，壁厚95mm，开口型。为了使相邻桩的接头错开1m 以上，采用11m 和13m两种规格进行连接。

采用半挂车运输，每车约运输8～10 节管桩，现场使用25t 吊机吊放，将管桩放置于桩机侧面，上、下桩配套供应。但因为各节预应力管桩吨数都较大，所以应尽量避免在现场两次倒运。运至现场的预应力管桩要严格按照国家技术规范标准进行检验,不符合的不能通过。预应力管桩存放前，应先将现场整平、压实，然后按规定设二支点存放，堆积层数不宜超过三层，在吊放过程中还要切实做好抗滚保护等措施。

2.2 施工工艺

管桩施工主要采用锤击法，利用桩锤吊起下落的势能，直接作用在管桩桩顶，将管桩沉入土层中，达到规定深度，通过桩身与周围土体的摩阻力及桩底的支承力，满足地基的受力要求。工艺流程：场地整平、压实—测放桩位—设备安装就位—吊桩—打下节桩—接桩（接头验收）—打上节桩—送桩—检查、验收—桩机移位。

2.3 前期准备

组织现场施工者熟悉工程设计图纸、施工场地及相应的地质资料，并确定沉桩范围、沉桩数量。按照管桩的施打次序对桩位进行编号，并了解工艺执行过程的相关要求，以制定工程建设质量的保障措施和工程进度规划。

首先完成清表，平均清表厚度应≥50cm，其次整平、压实，平均密实度应不小于0.9。当地面潮湿，密实度难以达到要求时，再向下翻松一层，并掺入6%的石灰拌和并碾压，确保密实度不小于0.9。沉桩前，要调查好施工作业区域的高空、地上及地下的障碍物，对于不在搬迁范围内的管线、设施等，要做好保护措施，打桩机行走路线要平坦、坚实。

2.4 打桩机的安装、验收

打桩机械在由具有安装资格的单位安装完毕后，要进行全面验收，检验内容主要包括：机械的日常维修与养护工作，达到紧固、润滑、防腐蚀、清洁性好，安全保护装置完整合理，机械传动部位连续、安全、运动良好，测量指示仪表警告灯、照明系统安全、完整，机械高度限位装置完整、合理、安全，现场悬挂操作规程等，验收合格后再投入使用。

2.5 打桩顺序

打桩顺序应根据地质情况、桩机操作空间、桩机行走线路等综合因素来确定，一个施工段内的沉桩深度基本相近。打桩通常从中间向两边进行,应避免从两边向中间施打,防止土体过于挤密,造成中间桩贯入困难。如果邻近建筑物或地下管线时,则应朝向远离建筑物或管线的方向施工,防止土体挤压对建筑物或管线造成损伤。桥台后管桩加固区域,要先进行管桩施工,再进行桥台基础及下部结构施工。

2.6 打桩施工

2.6.1 测放桩位

先使用全站仪打出桩点位，用竹签或钢筋头做好标记，桩机行走基本到位后，再次校核竹签或钢筋头，该工程管桩平面为3m 间距的梅花形布置。

2.6.2 桩机就位

打桩时，机械操作人员应按照在现场放好的定位筋行走打桩机，先复核桩中心点，在桩心处引出十字线，钉四根定位桩。为了探明桩中心点下方是否有老基础等较坚硬的障碍物，应先用送桩器试打，确认无误后吊出送桩器，准备吊桩。

2.6.3 吊桩落位

用钢丝绳把第一个下节桩吊起，用吊锤在其正面和侧面进行检测，再用桩机自身调节垂直度，桩身垂直度及点位偏差要符合规范要求。

2.6.4 打桩

在桩体垂直度和桩位偏差符合要求后，可进行打桩。施打前，应在桩头上放置衬垫，施打后要做好沉桩记录，安排两名工作人员在正、侧两面用吊线锤查看桩身是否倾斜，如发现倾斜超标应立即调整。

2.6.5 管桩施工应符合规定

下节桩起吊就位，利用打桩机自身调节垂直度，垂直度误差要满足规范要求，不满足要求时要拔出重插。预应力管桩开始施打后,要安排专人做好打桩记录。当桩顶露出地面约1m 时停锤，然后吊放上节桩,调节桩体的垂直度，使桩体保持垂直。接头采取焊接法接桩,但错位误差不能超过规范要求，接头焊接验收合格后继续施打至工程设计深度。要求11m 和13m 两种长度的桩交错布置，以保证相邻桩接头位置错开1m 以上。

预应力管桩开始施打后，务必要一次性连续打到底，中途尽量不要停歇，并按照施工计划尽量的减少接桩时间。该工程的桩顶高度低于经清表、整平、压实后的地面25cm，桩顶入土前要采用送桩器，送到设计要求的深度后即可收锤。

2.6.6 预应力管桩施打过程中,应安排专人填写预应力管桩的施工记录表,经工程总包施工单位的质检员和监理单位的旁站监理签字确认后，方可成为有效的施工记录。

2.7 焊接接桩的要求

桩下沉到比地面高出约1.0m 时，接上节桩。接桩时应上、下对正，调整桩体垂直度，保证桩身垂直，并在下一节桩的桩头部设置导向箍，两节桩的对位误差不得超过规范要求。

管桩连接前，应用铁刷将上、下端板表面的污垢、污物等清洗一遍，以保持接头部件干净，对接口不平之处,用楔入铁片进行填平。焊时将，两个焊接件应对称进行，先在斜坡处外圈对称点焊六个点，待二节桩牢固后，再将下一节桩的导向箍拆开，分级施焊。先施焊内部,完成后把焊渣处理完毕，再施焊外层，最少焊两层，焊缝应连续、饱满。经检查，焊缝要达到《建筑钢结构焊接规程》(JG J81—91)的规定。

焊完桩接头后，要让自然风吹冷，严禁人为泼水降温，自然放置时间应不少于8min,自然降温后再继续施工。

2.8 桩帽及衬垫的设置规定

桩帽一般做成圆筒式，内径略大于预应力管桩外径，套在桩头上的筒体深度通常约为400mm。在加工制造桩帽时，桩帽应具备一定的抗压强度、刚性和耐打性。在桩帽和桩头的中间要设置弹力衬垫，衬垫所使用的材质可为硬纸面、涂胶板、麻袋、编织袋等，衬垫材料必须平整铺设，且夯实后的厚度不能小于120mm。打桩阶段应经常进行检查，不满足要求的要及时处理。

2.9 送桩器的设置规定

送桩器通常为圆筒式，在加工制造时，要求具有一定的抗压强度、刚性和耐打性能，尺寸也要适应送桩深度的要求，送桩深度不宜大于2m。

送桩器的两端面均应保持水平,并与送桩器的中心主轴互相垂直。套在桩头上的筒体深度通常约为400mm，内径略大于预应力管桩的外径。

2.10 PHC 预应力管桩检测

预应力管桩检测的主要内容和指标均应满足设计和标准要求，设计文件检测标准规定：桩身完整性检测，抽检数量应为总桩数的10%；竖向抗压力测试，抽检数量应为总桩数的1%，且不少于5 根；复合地基承载能力测试，抽检数量应为总桩数的0.3%，且每作业面不少于3 根，检测时应随意选择，做到测试桩均匀分布。

2.11 桩帽施工

该工程的桩顶高度，按工程设计要求应低于清表压实后的地基高度25cm，以桩位为中心按1.4m×1.4m 的正方形挖深30cm，现浇C30 钢筋混凝土，厚度为30cm，将桩体嵌入桩帽中5cm，桩帽和管桩间采用桩塞钢筋混凝土连接，桩塞填充混凝土的深度为从桩顶向下35cm，底部用木塞塞紧。

2.12 铺设褥垫层

一段施工作业面内的桩帽混凝土满足养护龄期后，即可全断面的填筑褥垫层，材料采用级配碎石，厚度为60cm，同时在60cm 厚的级配碎石内需铺设两层钢塑土工格栅。

3 常见问题及防控措施

3.1 桩体倾斜

桩体倾斜产生的原因主要有：第一，场地没有充分平整、压实，桩机底盘支垫不稳固；第二，施打前，桩身的垂直度没有控制好，垂直度偏差超标；第三，桩位下有坚硬的障碍物。

预防的措施主要有：其一，先清表，而后整平、压实，并要求密实度不小于0.9，且桩机的摆放要求支垫水平、牢固；其二，由正、侧两面用两个吊锤，利用打桩机调节桩体的垂直度，要求倾斜率满足规范要求，在入土后再重新校核垂直度，满足条件后可继续施打；其三，吊桩前，先用送桩器将桩压入地基中2m 深，检查浅层处有无坚固障碍物，较浅的坚固物可先破除再填密实，如果障碍物较深而无法打破，应及时通知业主、设计部门商讨解决方案。

3.2 桩顶掉角、开裂

桩顶掉角、开裂的原因主要有：第一，桩顶平面不垂直于管桩的中心线，且桩顶面不够水平，受锤击力不均匀；第二，桩顶与桩帽之间的接触表面不均，或桩顶衬垫结构受到破坏，锤击时桩顶受力不均匀，局部整体应力聚集导致桩顶掉角、开裂；第三，桩锤跳动过高；第四，预制管桩时，施工管理人员没有严格控制各道工序，致使混凝土结构不密实或养护不到位，桩顶的水泥保护层过厚。

预防的措施主要有：其一，管桩进场后，应先仔细检查构件，察看端面是否水平，有无凹凸，以及桩顶平面是否与桩的中心线垂直，发现问题要及时与厂家商议解决办法，验收有问题的桩不得使用；其二，在桩顶与桩帽的接触面间要设置弹力垫，并经常进行查看；其三，施工中应尽量“重锤低击”，严禁高起高落，根据管桩类别及现场土质情况，合理选用桩锤；其四，预制管桩时，应确保桩身混凝土密实，养生要及时到位，安装钢筋时，应严格控制钢筋摆放的位置及保护层厚度。

3.3 接桩处开裂

接桩处开裂的主要原因是接头焊接不满足规范要求。

治理办法主要有：其一，接桩施工前，用铁刷清洗上、下结合表面的污垢、污物等，对接口部也要刷至露出金属光泽，对接口部不平之处，应楔入铁片进行填实；其二，将上节桩和下节桩对正后，先将两个焊接件对称点焊六个点，再分别进行内层和外部的焊接，焊接层数最少两层，且焊缝要连续、饱满，满足相关规范要求。

3.4 桩身断裂

引起桩体断裂的主要原因有：第一，在工场制作管桩时，工序管理不规范，以致桩体混凝土强度不能满足设计要求、桩体不顺直，在施打过程中造成桩体断裂；第二，稳桩时，桩体的垂直度不能满足规范要求，施打中桩体受弯，又或在两节桩接桩时，两节桩的轴线不在同一条线上，致使桩身受力不均发生断裂。

防治的措施主要有：其一，制作管桩时，要严格控制各道工序，确保管桩质量满足设计及规范要求；其二，在稳桩及接桩时，要确保桩身垂直度满足要求。

3.5 地面隆起、邻桩出现位移

发生该问题的原因主要有：在打桩过程中，桩体挤压附近的地基土，使地基土受到过大的挤压而向上隆起，甚至导致相邻的桩发生位移。尤其在一些地基土较密实，预应力管桩平面布置间距较小的施工段，最易发生该问题。

防治措施主要有：其一，根据设计文件编写合理、可行的施工计划，操作时要按照从中间向两边或周围的顺序打桩；其二，设计时要根据勘查资料，合理布置桩与桩之间的间距；其三，遇到固定的结构物时，施打顺序要向背离结构物的方向进行。

4 结语

预应力管桩制作工厂化集中预制，便于操作，成桩质量可靠，且施工速度快、工期短、工效高、污染小，同时采用预应力管桩进行地基加固处理，可以大幅提高复合地基的承载力。但桩在制作过程中，如果工艺控制不到位，依然会出现桩体弯曲、桩身强度不足、桩端面不够水平等质量问题；运至现场施打的过程中，如果不严格遵守各道工序的规定，也会出现桩体倾斜、桩顶破碎、接头焊缝不满足规范要求等现象。相较于挖孔桩、钻孔桩等其他桩基础，预应力管桩更为便捷，质量也更有保障。预应力管桩在今后的地基加固处理工程中，也将会得到更广泛的推广和应用。