石為軍

上海市政工程設(shè)計(jì)研究總院（集團(tuán)）有限公司，中國(guó)·上海 200092

軟土地基的壓縮性較強(qiáng)，而且承載能力弱，難以作為公路工程的持力層進(jìn)行使用。需要利用軟土地基進(jìn)行優(yōu)化處理，增加其承載力。預(yù)應(yīng)力混凝土管樁技術(shù)的應(yīng)用存在很大的優(yōu)勢(shì)，其中可以提升單樁承載力，并強(qiáng)化穿透力，且樁身的錘擊性較強(qiáng)，在公路軟土地基處理中得到有效應(yīng)用。論文主要結(jié)合?？谑虚L(zhǎng)天路南延長(zhǎng)線工程施工（3標(biāo)）等實(shí)際案例，對(duì)預(yù)應(yīng)力混凝土管樁技術(shù)在公路軟基處理中的應(yīng)用方法進(jìn)行探究，旨在進(jìn)一步強(qiáng)化軟基處理效果，保障公路工程施工質(zhì)量的提升。

公路軟基處理；預(yù)應(yīng)力混凝土；管樁技術(shù)；應(yīng)用

1 引言

在市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展背景下，社會(huì)各界對(duì)公路工程建設(shè)質(zhì)量提出了更高的要求。在公路軟土地基處理方法包含很多種，如強(qiáng)夯法、土石換填法、水泥置換樁法等，而預(yù)應(yīng)力混凝土管樁施工技術(shù)的應(yīng)用具有較大的優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)，可以進(jìn)一步提升公路軟土地基處理效果。

2 工程概況

長(zhǎng)天互通立交節(jié)點(diǎn)為長(zhǎng)天路南延長(zhǎng)線施工三標(biāo)，包含長(zhǎng)天路南延長(zhǎng)主線ZB3+200～ZBK3+637 段城市主干路及長(zhǎng)天互通建設(shè)內(nèi)容，節(jié)點(diǎn)位于?？谑行阌^(qū)獅山鎮(zhèn)，主要服務(wù)于長(zhǎng)天路沿線以及長(zhǎng)流組團(tuán)及中心城區(qū)西部的進(jìn)出城交通，該互通的建設(shè)將區(qū)域內(nèi)的主要交通路網(wǎng)中的濱海大道、椰海大道、南海大道以及海秀快速路等東西向城主主要干道通過(guò)長(zhǎng)天路與G98 高速銜接起來(lái)，實(shí)現(xiàn)G98 高速公路與周邊區(qū)域交通出行的快速轉(zhuǎn)換，并且充分發(fā)揮長(zhǎng)天路通道貫通性交通功能，完善進(jìn)出城交通體系，提升沿線出行品質(zhì)及通行能力。長(zhǎng)天互通立交采用為A 型單喇叭+三岔T 型互通立交，根據(jù)?？谑泄こ添?xiàng)目建設(shè)時(shí)序安排，一期工程建設(shè)范圍為與 G98 高速相連A 型單喇叭以及與長(zhǎng)天路北向相連的匝道。一期建設(shè)工程包含長(zhǎng)天路新建長(zhǎng)度442.775m，樁號(hào)范圍ZBK3+200～ZBK3+642.775；G98 改造長(zhǎng)度1 公里，樁號(hào)范圍G98K599+800～G98K600+800，匝道共計(jì)10 條，總長(zhǎng)度2959.784m。本工程ZBK3+560～ZBK3+620、NK0+915～NK0+114、HK1+273～HK1+329 段原為荒草密林，勘探過(guò)程中ZBK3+475～ZBK3+675 段地形較平整，植被茂密，并在該段布設(shè)了3個(gè)鉆探孔，3個(gè)鉆孔揭示的地質(zhì)情況均為正常地層，該路段處于兩個(gè)鉆孔中間區(qū)域。根據(jù)2022 年3 月28 日施工單位發(fā)出的聯(lián)系單，路基主線樁號(hào)ZBK3+560、ZBK3+620、NK0+91.5～NK0+114、HK1+273～HK1+329處進(jìn)行清表作業(yè)時(shí)，清表30cm 后發(fā)現(xiàn)該段分布垃圾堆。代建單位組織設(shè)計(jì)單位、監(jiān)理單位、勘察單位與施I 單位到現(xiàn)場(chǎng)核查，情況屬實(shí)。由勘察單位進(jìn)行補(bǔ)勘及說(shuō)明，根據(jù)補(bǔ)勘說(shuō)明，此垃圾坑原為玄武巖巖坑，周邊居民將樹(shù)枝及生活垃圾堆棄而成，厚度2.0～7.8m，占地面積3001m2，主要成分為枯樹(shù)枝、生活塑料袋，局部見(jiàn)橡膠輪胎、工業(yè)垃圾等。其不適宜作為路基持力層，故進(jìn)行設(shè)計(jì)變更。通過(guò)論證，在該工程中的軟基處理中，需要使用預(yù)應(yīng)力混凝土管樁施工技術(shù)進(jìn)行處理，才能為后續(xù)公路工程的實(shí)施奠定良好的基礎(chǔ)[1]。其中，該項(xiàng)目預(yù)應(yīng)力混凝土管樁軟基橫斷面如圖1 所示。

圖1 預(yù)應(yīng)力混凝土管樁軟基橫斷面

3 預(yù)應(yīng)力混凝土管樁施工技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)點(diǎn)

預(yù)應(yīng)力混凝土管樁的優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在：①單樁承載力較高，預(yù)應(yīng)力管樁樁身是由混凝土制作而成，整體強(qiáng)度較高。②適用范圍較廣，可以結(jié)合具體運(yùn)用需求，對(duì)預(yù)應(yīng)力管樁規(guī)格大小進(jìn)行針對(duì)性生產(chǎn)。③方便后期施工。預(yù)應(yīng)力管樁的長(zhǎng)度范圍是明確的，在吊裝過(guò)程中可以利用吊鉤勾住管樁兩端，方便起吊。④不受機(jī)械約束的成樁長(zhǎng)度。前一截樁身打入地下之后，才能夠進(jìn)行后一節(jié)的焊接操作。所以，它能夠有效掌控管樁的樁長(zhǎng)，消除機(jī)械的約束干擾。⑤穿透力較強(qiáng)。管樁樁身的強(qiáng)度較大，在強(qiáng)大的錘擊作用力下也不會(huì)損壞樁身，能夠透過(guò)緊密的砂層，耐打效果較強(qiáng)。

4 預(yù)應(yīng)力混凝土管樁技術(shù)在公路軟基處理中的應(yīng)用

4.1 管樁的選用

為了提升管樁施工效果，需要結(jié)合工程地質(zhì)條件、建設(shè)區(qū)域抗震設(shè)防烈度、上部結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、荷載大小及性質(zhì)、施工條件、沉樁設(shè)備等因素，對(duì)管樁規(guī)格進(jìn)行科學(xué)選擇，確保選擇過(guò)程嚴(yán)格遵循國(guó)家建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)圖集10G409《預(yù)應(yīng)力混凝土管樁》的相關(guān)要求[3]。在此過(guò)程中需要匯集各個(gè)參建方進(jìn)行共同探討分析，從而保障選擇的管樁符合實(shí)際工程施工需求。本項(xiàng)目垃圾土層較軟，下部為玄武巖層，故用于路基處理的管樁應(yīng)視為摩擦端承樁，長(zhǎng)徑比不宜大于80，樁徑不宜小于400mm。如果單根樁是由多節(jié)樁拼接而成，在配裝設(shè)計(jì)時(shí)，需要結(jié)合樁自身所能夠承受的豎向、水平力，確保最上面的一節(jié)樁的型號(hào)或壁厚高于下節(jié)樁；一般情況下，樁尖包含十字型、開(kāi)口型、錐型等，在選擇樁尖類型時(shí)，需要結(jié)合施工現(xiàn)場(chǎng)的地質(zhì)條件，并根據(jù)工程實(shí)際要求進(jìn)行專業(yè)設(shè)計(jì)和優(yōu)化選擇。

4.2 明確管樁的施工要求

在管樁施工技術(shù)應(yīng)用中，需要確保樁身的混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度及齡期，一般情況下，需要在常壓條件下持續(xù)養(yǎng)護(hù)28d，在壓蒸養(yǎng)護(hù)條件下養(yǎng)護(hù)1d，之后才能開(kāi)展沉樁處理；在沉樁前，需要對(duì)管樁的外觀質(zhì)量進(jìn)行嚴(yán)格檢查，并對(duì)其尺寸偏差嚴(yán)格控制在允許范圍內(nèi)，確保其符合GB13476—2009《先張法預(yù)應(yīng)力混凝土管樁》的有關(guān)規(guī)定；要做好相關(guān)資料的驗(yàn)收工作，尤其要對(duì)管樁的出廠檢驗(yàn)報(bào)告、管樁產(chǎn)品合格證等文件進(jìn)行嚴(yán)格核驗(yàn)，從而保障管樁質(zhì)量。

4.3 沉樁處理

在選擇沉樁機(jī)械設(shè)備時(shí)，需要結(jié)合相關(guān)設(shè)計(jì)文件的要求，同時(shí)對(duì)工程勘察報(bào)告進(jìn)行詳細(xì)閱讀，以便了解施工場(chǎng)地周邊環(huán)境情況，從而保障選擇的沉樁機(jī)械設(shè)備與現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)、土壤等條件相契合。通常情況下，管樁沉樁機(jī)械包含以下兩種：錘擊法機(jī)械主要是使用柴油錘、液壓錘，在液壓錘應(yīng)用過(guò)程中，把錘體活塞向上運(yùn)動(dòng)到預(yù)設(shè)高度，然后自由落體，在強(qiáng)大的沖擊力作用下，把管樁沉入土體中；靜壓法沉樁主要是使用液壓式機(jī)械進(jìn)行操作，結(jié)合操作方法的不同，可以分為頂壓式和抱壓式兩種。在本項(xiàng)目實(shí)施中，結(jié)合地勘資料，采用靜壓法沉樁。該方式主要是利用靜壓樁機(jī)的自重作用力，使管樁沉入到預(yù)設(shè)深度；沉樁作業(yè)過(guò)程中，需要保障樁錘、樁帽與樁身始終處在相同的軸線上；要對(duì)第一節(jié)管樁插入地面時(shí)的垂直度進(jìn)行合理控制，并將其偏差控制在0.3%以內(nèi)；沉樁過(guò)程中，要?jiǎng)討B(tài)觀測(cè)樁身的垂直度，將其偏差控制在0.5%以內(nèi)；當(dāng)樁尖進(jìn)入較硬土層后，不允許使用移動(dòng)樁架等進(jìn)行強(qiáng)行回扳糾偏；要保障接樁、送樁過(guò)程的持續(xù)性，避免中斷，盡量縮短中間停歇時(shí)間。靜壓法沉樁的具體操作中需要注意以下情況：①使用頂壓式樁機(jī)進(jìn)行操作時(shí)，需要在樁帽與樁之間設(shè)置彈性襯墊。②采用抱壓式樁機(jī)時(shí)，不要把夾具設(shè)置在樁身兩側(cè)的合縫位置，同時(shí)需要結(jié)合工程設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)樁身允許抱壓壓樁力進(jìn)行科學(xué)計(jì)算。

4.4 管樁拼接

①在施工過(guò)程中，需要盡量控制接樁次數(shù)，當(dāng)樁尖穿過(guò)硬土層后才能進(jìn)行接樁作業(yè)，應(yīng)避免樁尖接近或處于硬持力層時(shí)接樁。單樁的接頭數(shù)量控制在3 個(gè)以下。同時(shí)需要結(jié)合工程地質(zhì)情況，對(duì)管樁接頭采取有效的防腐措施。②上、下節(jié)樁拼接成整樁時(shí)，需要利用端板焊接連接或機(jī)械接頭進(jìn)行連接，接頭連接強(qiáng)度控制在管樁樁身強(qiáng)度以上。相鄰近樁的接頭不應(yīng)位于同一豎直平面上。③接樁時(shí)，其入土部分管樁的樁頭宜高出地面0.5～1.0m。④下節(jié)樁的樁頭處宜設(shè)導(dǎo)向箍，以便于上節(jié)樁就位[2]。在接樁作業(yè)過(guò)程中，需要確保上下節(jié)樁段應(yīng)始終處于順直狀態(tài)，并對(duì)其錯(cuò)位偏差進(jìn)行嚴(yán)格控制，一般不大于2mm。⑤在焊接作業(yè)過(guò)程中，要提前對(duì)管樁接頭質(zhì)量進(jìn)行嚴(yán)格檢驗(yàn)和核查，確保其質(zhì)量合格，并對(duì)上下端板表面進(jìn)行清潔處理，確保其整潔性，必要情況下需要使用刷子進(jìn)行涂刷，清除表面的油污和鐵銹，保障表面光澤性。⑥焊接作業(yè)時(shí)，需要對(duì)坡口圓周進(jìn)行點(diǎn)焊，并保障焊點(diǎn)對(duì)稱性，其焊點(diǎn)數(shù)量一般為5 點(diǎn)左右，待上下樁節(jié)固定后拆除導(dǎo)向箍再分層對(duì)稱施焊。⑦在焊接作業(yè)中，需要通過(guò)手工焊方式進(jìn)行焊接，同時(shí)也可以利用二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊，在此過(guò)程中要保障焊縫應(yīng)飽滿、連續(xù)，且根部必須焊透，保障焊接質(zhì)量符合相關(guān)驗(yàn)收規(guī)范的要求。對(duì)于外徑大于800mm 的管樁，宜采用內(nèi)外兩面焊的焊接形式。

4.5 試樁要求

①在預(yù)應(yīng)力管樁施工前，需要按照設(shè)計(jì)及規(guī)范要求，在現(xiàn)場(chǎng)展開(kāi)工藝性試樁作業(yè)，從而可以對(duì)各類機(jī)械設(shè)備的參數(shù)進(jìn)行收集，以便保障大面積施工的施工質(zhì)量。②按照相關(guān)規(guī)范要求，結(jié)合設(shè)計(jì)確定的基樁受力狀態(tài)，展開(kāi)試驗(yàn)樁檢測(cè)工作，并在此基礎(chǔ)上開(kāi)展靜壓力試驗(yàn)，以便明確單樁豎向承載力特征值，檢測(cè)數(shù)量要在3 根以上；當(dāng)預(yù)計(jì)工程樁總數(shù)小于50 根時(shí)，檢測(cè)數(shù)量不應(yīng)少于2 根。本工程試樁數(shù)量選取4 根[3]。③設(shè)計(jì)承載力要求：設(shè)計(jì)單樁豎向承載力特征值要高于500kN，復(fù)合地基承載力要求高于120kPa。④試樁布置間距為2m，預(yù)應(yīng)力管樁規(guī)格需要嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)范要求確定。⑤施工完成后，需要開(kāi)展單樁極限承載力試驗(yàn)和樁身完整性檢測(cè)。

4.6 注意事項(xiàng)

①非必要不要截樁，必要截樁的情況下，需要保障截樁后管樁的質(zhì)量。并使用專用的鋸樁器進(jìn)行操作。②嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)范要求進(jìn)行冬季施工，同時(shí)結(jié)合地基的主要凍土性能指標(biāo)，制定針對(duì)性的應(yīng)對(duì)方法。為了保障施工質(zhì)量，一般需要采用混凝土有效預(yù)壓應(yīng)力值較大且采用壓蒸養(yǎng)護(hù)工藝生產(chǎn)的PHC 樁。③樁頂墊層應(yīng)采用摻5%水泥的灰土。④在管樁樁帽施工完成后，先攤鋪200mm 厚灰土，然后在灰土上鋪設(shè)一層鋼塑格柵，再攤鋪200mm 厚灰土，并在其上鋪設(shè)一層鋼塑格柵，完成后再攤鋪200mm 厚灰土，灰土墊層總厚度600mm。⑤在樁頂?shù)乇黹_(kāi)槽現(xiàn)澆混凝土樁帽，采用C25 混凝土現(xiàn)澆，樁帽通過(guò)樁塞混凝土與管樁連接，樁身嵌入樁帽不小于5cm。

4.7 質(zhì)量檢驗(yàn)

①為了保障施工質(zhì)量，需要對(duì)樁身完整性進(jìn)行嚴(yán)格檢驗(yàn)，確保其質(zhì)量符合設(shè)計(jì)要求，通常情況下，檢測(cè)方式為低應(yīng)變動(dòng)力試驗(yàn)，保障檢查數(shù)量符合標(biāo)準(zhǔn)要求，但需要控制在10 根以上。②在質(zhì)量檢驗(yàn)工作中，還需要對(duì)單樁的載荷能力進(jìn)行綜合性檢測(cè)，一般情況下需要使用單樁載荷試驗(yàn)方式進(jìn)行檢測(cè)，其抽檢數(shù)量需要超過(guò)總樁數(shù)的1%。在抽檢過(guò)程中需要按照相應(yīng)比例進(jìn)行均勻抽取樣本檢測(cè)，確保單樁承載力與設(shè)計(jì)要求保持契合性。③在公路工程施工中，地基是整體工程的重要基礎(chǔ)，可以保障公路工程的穩(wěn)定性與安全性，因此需要利用復(fù)合地基載荷試驗(yàn)，對(duì)一定數(shù)量的樁體進(jìn)行檢測(cè)，并對(duì)樁體樣本進(jìn)行均勻抽取，確保復(fù)合地基承載力符合設(shè)計(jì)要求。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，公路工程建設(shè)數(shù)量和建設(shè)規(guī)模日益拓展，同時(shí)對(duì)公路施工質(zhì)量提出了更高的要求。在公路工程實(shí)施中往往會(huì)遇到軟土地基，對(duì)公路工程結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性造成一定的危害，因此需要采取科學(xué)方法對(duì)軟基進(jìn)行優(yōu)化處理。預(yù)應(yīng)力混凝土管樁的單樁承載力較強(qiáng)，適用范圍廣，穿透力較強(qiáng)，可以進(jìn)一步強(qiáng)化路基的承載力和耐久性，而且施工操作較為簡(jiǎn)單，工期較短，成本不高，在公路工程軟基處理中得到廣泛應(yīng)用。在具體操作中需要選擇合適的管樁類型，并對(duì)沉樁、拼接、試樁等環(huán)節(jié)進(jìn)行合理管控，保障整體預(yù)應(yīng)力混凝土管樁施工效果的提升。