公路工程中的预应力管桩施工技术及检测要点

2022-10-16时美超

交通世界 2022年25期

时美超

（廊坊市廊沧高速公路廊坊事务中心，河北廊坊 065000）

1 工程概况

某公路工程中的第一合同段，路线全长11.562km，桩号K3+240—K3+325.5段为软土地基，以粉土和粉质黏土为主，结合软土的性质，经过技术经济性比选后，最终决定采用预应力管桩对该软土地段加以处理，提高承载力，满足路基施工需要。下面重点对该公路中的预应力管桩施工技术及检测要点展开分析。

2 公路工程中预应力管桩施工技术及检测要点

2.1 预应力管桩施工

2.1.1 前期准备

（1）为加快施工速度，在指定的工厂对预应力管桩预制加工，依据运输条件、打设深度，对每一段的桩长合理确定。制作好的预应力管桩在出厂时，必须三证齐全，并附有质检报告等资料。

（2）在施工现场修建临时便道，为材料运输提供便利条件；选取坚实、平整的场地，堆放预应力管桩，到场的管桩要按照规定要求整齐堆码；配备静力压桩机1台，使用前要检查桩机的性能，看是否完好，各项技术指标是否满足施工需要，发现问题及时处理，避免带病作业。

（3）由工程技术人员以书面的形式，向参与施工的人员进行技术交底，包括岗位分工、施工顺序、技术标准、质量要求等内容。

2.1.2 确定技术参数

软土深度超过8.0m的路段较为适合预应力管桩，平面上，可以采用四边形布置，桩间距控制在2.5m左右，过渡段的桩间距可适当增加，最大不宜超过3.0m。对于管桩长度超过20m的过渡段，可以采用变桩长的方法处理，每排递减1.0m[1]。打入桩可以选用直径为0.4m的薄壁预应力混凝土管桩，壁厚为6.0cm，桩身采用强度等级为C60的混凝土，技术指标应当与招标文件及设计图纸的规定要求相符。桩帽采用强度等级为C30的混凝土，以现场浇筑的方法一次成型，尺寸与技术指标应当与设计要求相符。

2.1.3 施工要点

（1）当预应力管桩的混凝土高度全部达到100%后，且质量检查合格，便可出厂。由专用的车辆将管桩运至施工现场后，采用吊装的方法装车，为确保吊装过程中管桩平稳，可以选择两支点法，或是两端钩吊法。本工程中选用的是两支点法，两个吊点与桩端的距离控制在0.21L（L代表管桩的长度）为宜，绳索与管桩桩身的水平交角应达到45°以上[2]。

（2）在起吊、装卸及运输管桩的过程中，要确保平稳，避免碰撞；运输堆放时，支点位置与桩的两端应保持0.21L。采用汽车运输管桩时，应按照规定要求堆放，总层数不得超过3层，使用钢缆和钩绳将管桩支点附近封闭，避免运输途中车辆颠簸导致管桩滚动。堆放管桩的场地要坚实、平整、无积水，不得存在不均匀沉陷的现象，管桩地层二面外侧用楔形挡板支挡，避免滚落。

（3）管桩混凝土的强度达到100%，并经过蒸汽养护后，在常温条件下静置7d便可施工。本工程中，采用静压沉桩的方法施工预应力管桩，要确保桩架平稳、牢固，桩身垂直，插入时垂直度的最大允许偏差为0.5%，可在距离桩机20m左右的位置处布设一台经纬仪，据此对导杆和桩身的垂直度加以测定[3]。静压沉桩的桩架要按照稳定并有重量配置压重，确保压桩机在打桩时的机械性能良好。按设计要求沉桩，先打路中，然后隔行跳打，防止出现挤土现象。单桩一次性沉至控制标高，中途不宜停歇过长时间，以免影响沉桩效果。

（4）采用焊接的方法接桩时，应当确保焊接钢板表面洁净，桩端与地面之间的距离控制在1.0m左右。接桩的过程中，可以用定位板将上下桩接直，施焊前，使用楔形铁片将上下桩的间隙填塞密实，随后牢固焊接。要保证上下桩的中心线偏差在允许范围内，即不大于5.0mm，焊接过程中，要采取有效的措施，避免焊接变形，焊缝应饱满且连续，焊接完毕后，要将焊渣全部消除，并对焊缝加以检查，看饱满度是否达标，发现问题及时处理，以免影响接桩质量。需要注意的是，当沉桩遇到难以穿透的土层时，接桩应在桩尖穿过该层后施焊。

（5）当管桩沉至控制标高后，若是不需要截桩，则可与桩帽相连接，具体做法如下：用桩帽的连接筋与钢板牢固焊接，随后将桩顶插入桩帽即可。需要截桩的管桩，可在截断后，将垫块下入管内，再下放钢筋笼，最后使用与桩帽标号相同的混凝土灌注。

2.1.4 技术措施

（1）为确保用于施工的管桩质量合格，应在管桩进场前，采取随机的方式抽检，确认合格后，方可进场并在施工中使用，所有进场管桩均应填写进场使用台账。以设计文件中给出的桩基深度作为主要依据，确定管桩的节段，即24m的桩基，以3节段为宜；12m的桩基，可采用1节段管桩[4]。施工时，根据长桩在下、短桩在上的原则，确保桩身的稳定性。

（2）压桩作业开始前，先用钢丝绳将桩身绑好，缓慢移入桩机，随后将桩机调平，利用经纬仪检测垂直度，确认达标后，便可压桩。第一节管桩压入土中50cm左右后，要对桩身的垂直度加以检查，发现偏差及时校正，随后开启压桩设备，对压桩时间准确记录，要保证压桩连续不间断，速度控制在1.0～2.0m/min[5]。

（3）管桩接桩的过程中，要使桩头略高于地面，并在下节桩的桩端加装定位板，再将上节桩吊放至下节桩端板上，借助定位板使上下节桩连接顺直，最大允许偏差为5.0mm。当上下桩存在间隙时，要在填塞后牢固焊接。在对管桩施焊前，应将待焊接的部位清理干净，露出金属光泽，采用分层的方法施焊，利用点焊对坡口四周对称焊接，以4点为宜，可由两名焊工同时操作，确保焊接层数不少于2层，焊接时，要将层间的焊皮清理干净，以免影响焊接质量。焊好的桩接头在自然冷却后，涂刷防锈漆。

（4）使用高精度水准仪对地面标高加以确定，并在送桩杆上做好标记，施工时全程跟踪，随时对送桩深度加以检查。在送桩器的下端位置处加设桩垫，要确保厚度适宜，并与桩顶全断面接触。根据设计压桩力的1.5倍送桩，达到高程后，持荷10min，当沉降量低于2.0mm/min时，便可结束送桩[6]。

2.2 检测要点

2.2.1 检测项目

预应力管桩检测是一项较为系统的工作，为确保检测工作的有序开展，要明确具体的检测项目，包括混凝土的抗压强度、预应力管桩的外观质量、尺寸偏差以及坑裂性能等。不同的检测项目适用不同的标准，其中抗压强度检测的执行的标准为《混凝土强度检验评定标准》（GB/T50107—2010）；管桩外观质量检测，以连续生产3 000m为一个批次，采取随机抽检的方法，抽检数量为10根，执行的标准是《先张法预应力管桩》（GB13476—2009）；管桩的抗裂性能和抗弯性能检测，全部执行GB13476—2009标准，其中抗裂性能检验应在外观质量检验合格的管桩中，以随机的方法抽取2根作为检测对象。

2.2.2 检测方法

管桩检测常用的方法有两种，一种是静载试验法，另一种是动测试验法。在公路工程软基处理中，为确保预应力管桩的整体质量，必须保证单桩竖向抗压承载力达标，所以，本工程中选取静载试验法检测管桩。

2.2.3 检测设备

预应力管桩检测中，单桩竖向抗压静载试验是重要项目，在该试验检测的主要设备为千斤顶，其加载反力装置如下：

（1）锚桩横梁反力装置。该装置由以下几个部分组成：锚桩、梁（主梁和次梁）、千斤顶、测量仪表等。要求锚桩与反力梁提供的反力不小于最大试验荷载的1.5倍。

（2）压重平台反力装置。该装置由以下几个部分组成：支墩、横梁、千斤顶、钢锭、测量仪表等。要求压重量不少于试桩破坏荷载的1.2倍，并在试验检测开始前，一次性施加压重，使其均匀、稳固置于平台上。

2.2.4 确定单桩承载力

预应力管桩竖向承载力是按照桩身的额定强度予以确定，可以通过经验公式估算，并以现场静荷载试验的方法确定。由于管桩的外径、壁厚有所差别，加之混凝土的强度等级不同，从而使得管桩的承载力也不相同。对于管桩桩身的额定强度，采用《建筑地基基础设计规范》（GB50007—2011）中国际通用的计算公式验算，具体如式（1）：

式中：σ为桩身的垂直压力；R为试块的极限抗压强度；σpc为桩身截面上混凝土的有效预应力[7]。

2.2.5 检测结果

（1）采用随机的方法，抽取不少于管桩总数20%的桩作为试验检测对象，通过低应变动力检测发射波法检测管桩，主要目的如下：借助动力检测对桩基的质量加以检查，具体包括桩身完整性、混凝土品质、单桩承载力等。本次检测所得的结果为纵波的波形曲线呈现出良好的规律性，桩间为出现明显的反射波，所有检测的管桩均可观测到桩底反射波信号，由此说明检测的管桩桩身完整，节段之间连接完好，无质量缺陷，经推算单桩混凝土的抗压强度及承载力均达到设计要求。

（2）采用工程桩开展静荷载试验检测，并在综合考虑各方面的影响因素后，如动测结果、施工状况以及管桩在现场的分布情况等，选取3根桩做测试，它们的静载均为施加荷载至2.0倍承载力特征值时停止载入，以静力加压的方式，获取试桩的荷载与沉降关系曲线，据此评定管桩的承载力。3根试桩在各荷载作用下，桩身周围的摩阻及桩端承载力均发挥正常，表明桩身的质量优良，桩顶沉降小，P-S曲线平稳，实际承载力超过设计要求的承载力特征值。

2.3 质量缺陷的处理

在预应力管桩施工中，受到一些因素的影响，常常会出现各种质量缺陷，如断桩、沉桩不到位、桩顶位移、桩身倾斜等。

2.3.1 断桩的处理

预应力管桩沉桩过程中，桩身突然发生错位的现象，桩端土质无变化，贯入度增大时，桩身回弹，由此可能造成断桩，究其根本原因如下：在施工阶段，桩身发生弯曲且幅度较大，受到集中荷载的影响，使得桩身无法承受抗弯度，当压应力超过混凝土的极限抗压强度时，混凝土便会破碎，进而引起桩身断裂；用于管桩预制的水泥标号过低，砂石骨料中含泥量超标、石子中含大量的碎屑，会导致桩身的强度不足，施工中便会断裂。针对断桩问题，可以采取如下措施加以防治：预应力管桩施工前，将现场一定深度范围内的障碍物清除干净，沉桩时，发现桩身垂直度偏差过大，要及时纠偏，当桩身打入一定深度后出现倾斜现象时，不要移动桩架纠偏[8]。上下桩接桩时，要确保在同一轴线上，严格按照规定要求操作。普通的预应力管桩应在达到设计强度后，经过一段时间的养护，提高桩身的强度，以有效防止断桩的情况发生。施工阶段发生断桩事故后，应与设计人员共同研究处治方案，结合现场实际情况，采取补桩的方法处理。

2.3.2 沉桩不到位的处理

公路软基处理中，预应力管桩在设计时，是以最终的贯入度及标高作为施工控制依据。但在有些情况下，会出现沉桩达不到设计要求的现象，具体原因如下：现场布设的勘探点位数量不够，或是勘探资料不详细，导致管桩设计时，在持力层选择方面出现问题；桩机的配重不合理，致使管桩无法沉到或是超过控制标高；打桩时将造成断桩，无法继续打入。此类情况可以采取如下措施预防：施工正式开始前，对现场做详细勘探，如有必要，则应补勘，依据设计要求，正确选择持力层，避免桩身断裂，打桩过程中，对桩身的变化情况予以密切关注。

2.3.3 桩顶位移的处理

预应力管桩沉桩过程中，邻桩发生横向位移或是上升的情况，导致该问题的具体原因如下：管桩的数量过多，桩间距过小；沉桩时，土被挤密而向上隆起，邻桩随之被涌起；软基处理中，因沉桩引起一定的空隙压力，这部分压力将邻桩推向一侧；桩位测量放线的精确度不够，偏差过大，桩位标志在施工中丢失或是偏位，导致管桩错位。对此可以采取如下措施加以预防：沉桩与基坑开挖错开施工，在不影响工期的前提下，应待沉桩完成后10d左右开挖基坑，在基坑开挖时，要做好排水措施，并留设边坡，挖出的土方不得堆放在基坑边缘。合理设置桩位，做好复查，发现问题及时处理。

2.3.4 桩身倾斜的处理

桩身倾斜是预应力管桩施工中较为常见的问题，具体是指桩身的垂直度偏差过大，导致该问题的主要原因如下：施工现场地面的平整度不够，存在较大的坡度，桩机就位存在倾斜现象；送桩器与桩帽和桩身不在一条直线上。对此，可采取如下措施加以预防：平整场地，桩机就位后调平。