吕　伟,石　磊

(江苏省徐州工程勘察院,江苏徐州221006)

[摘　要]　阐述了PHC桩在软基处理中的作用机理,并对其施工工艺、质量控制等进行技术探讨,类似工程可以借鉴。

[关键词]　PHC桩;软土地基;施工

[中图分类号]　T U74　[文献标识码]　B　[文章编号]　167229943(2005)0320053202

1　PHC桩加固处理软基机理

按照广义的复合地基的概念,PHC桩加固处理过的软基属于刚性复合地基的范畴。在荷载作用下,由PHC桩和桩间土共同直接承担荷载,由于桩的刚度远大于土的刚度,所以应设法让桩来承受大部分的荷载从而达到减小沉降的目的,因此在桩顶设置了托板,从而可以使桩身承受更多的荷载,减小沉降。预应力管桩采取开口桩尖,桩端土不断地被挤入桩腔内,土挤力与腔壁摩擦力达到平衡后形成土塞效应,可以提高其承载力。

2　某高速公路软基试验段PHC桩的施工

2.1　工程概况

某高速公路试验段位于沿海地区,长325m。软土层厚度约4～12m,软土层性质为典型的软弱淤泥质土。试验段采取了几种不同的地基处理方案,有塑料排水板处理,有搅拌桩处理,有PHC 桩处理。本文阐述PHC桩处理的施工技术。

212　工程地质条件

根据钻探查明本工程地质情况(自上而下):第一层为耕植土,层厚约110～112m,软塑,灰黄色,夹少许贝壳,天然十字板强度约20kPa;第二层为淤泥,层厚约4～12m,灰黑色,流塑状,天然含水量大于70%,天然孔隙比为11238,天然十字板强度8～10kPa,该层是主要加固土层;第三层为淤泥质亚粘土层,层厚3m左右,黄色,软塑状;第四层为残积土层,钻探未打穿。

213　PHC桩的设计参数

设计采用C80的PHC桩,桩径为300mm,壁厚70mm,单桩设计承载力400kN,设计桩长16m,桩间距2m,正方形布置,桩顶托板用C25混凝土浇筑,尺寸为双面配筋。214　施工工艺

(1)施工设备的选择。

由于试验段远离市区,对施工噪音要求不严,所以选用了三点支撑步履式柴油打桩机,桩锤选用筒式柴油锤,根据桩径的大小选用了36号桩锤(锤体总重812t),柴油锤爆发力强,锤击能量大,工效高,锤击作用时间相对长,落距能随桩端阻力大小而自动调节。

合理选择桩帽、桩垫是一个不可忽视的重要环节。套桩头的桩帽筒,内径不宜过大或过小,以大于桩径2～4cm为宜,并设有导向脚与桩架导轨相连,保证与柴油锤的中心线重合。筒深度不宜太深或太浅,以30～40cm为宜,锤与桩帽间的垫层,宜采用竖向硬木或钢丝绳填满,厚度15～20cm,桩帽与桩顶间垫层宜采用麻袋、硬纸板纸垫和胶合板等衬垫材料,锤击压缩后的厚度宜为120～150mm,同时应经常检查,及时更换,这对防止击碎桩头,增强贯入能力都有益处。

(2)施工流程图,如图1所示

。

图1　施工流程图

(3)材料的准备。

PHC桩的质量必须符合国家标准和施工质量验收规范的规定,进场时应附有出厂合格证。本试验段所采用的PHC桩为优等品,进场时由专门的质检员检查桩身的外观质量和尺寸偏差,如发现有不合格的桩,用红油漆在其桩身做醒目的标

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2005年第3期　　　　　　　　　　能源技术与管理记,禁止使用此根桩。接桩使用的焊条采用国产E43焊条,其质量应符合《碳钢焊条》(G B/T5117-1995)的规定。

(4)桩的合理施打。

由于PHC桩属于挤土桩,在打桩的过程中会对桩周围的土产生挤压作用,从而导致出现地面隆起和软土层中孔隙水压力升高,造成桩在软土层中产生水平位移及挤桩问题。如不加以控制,常导致先入土的桩倾斜、偏位,后入土的桩沉桩困难,甚至沉桩不到位。将桩在土中的刺入看成是圆柱形孔的扩张,利用弹性力管桩打入土中使桩身附近土孔隙减少,由于是瞬时作用,被排挤的土体不可能完全填充土的孔隙,因此首先造成土体上涌,而桩周围土体上涌则带动桩向上运动。随着桩的继续施工,原来土体对桩的部分水平挤压力逐渐转化为向上的负摩擦力。桩尖越接近持力层时周围桩的向上运动越明显。土体产生的负摩擦力易使桩尖与持力层“脱离”,造成桩底空虚,致使桩周围阻力减少。荷载作用在桩顶后要先将桩压“实”才能发挥桩端持力层的作用。设计采用群桩布置时,其挤土与桩底“悬桩”现象就严重。因此在软土地基进行群桩施工时,应采用合理的打桩施工顺序来解决这个问题。本试验段采用了“S”型的打桩顺序。

打桩过程中必须保证桩身垂直度,从而可减少打桩时因偏心受压而使桩身破坏的机会,成桩后桩垂直度也能得到保证。为此,需对场地认真平整压实,避免在施打过程因震动而使桩架产生不均匀沉降,导致桩机导杆不垂直;在打桩过程中桩身始终要保持垂直,送桩杆应和桩身在同一中心线上,桩插入时的垂直度偏差不得超过015%,沉桩时距桩机20m处,呈90°的两个方向各设经纬仪一台,以控制成桩垂直度偏差不超过1%。

本试验段根据试桩时用“P1D1A”高应变分析仪综合分析,确定收锤标准为60cm/10击。

(5)接桩工艺。

由于预制的PHC桩的桩长在本试验段不能满足打桩的深度要求,所以需要通过焊接来把桩连接起来,保证桩接头焊接质量也尤为重要。

在桩对接前,上下端板表面用钢丝刷清理干净,坡口处露出金属光泽,焊接时由三个电焊工在成角的方向同时施焊,焊缝应满足《钢结构工程施工质量验收规范》(G B50205-2001)中二级焊缝的要求。焊接完成后,需自然冷却不少于1min后才可继续锤击,严禁用水冷却或焊好即打。

(6)托板的施工。

托板的作用是增大桩土荷载分担比,充分发挥PHC桩的承载作用,既可提高复合地基承载力又可减小沉降。在桩打完并整平后开始施工托板,托板现场浇筑,浇筑前用3mm厚钢板将桩管孔封住,并保证浇筑的板顶面大致平整,各板顶高差控制在15cm以内。托板示意如图2所示

。

图2　托板示意图

215　检测效果

在本试验段的桩打设完毕后,进行了10根桩的小应变测试和2根高应变测试,结果均满足设计及有关规范要求。实践证明,只有严格加强控制打设PHC桩的施工工艺,才能发挥出其质量可靠、承载力高、经济快捷等优点,保证其在软土地基中的广泛推广运用。同时充分挖掘预应力管桩的承载潜力。

厚软土场地预应力高强管桩施工应十分重视挤土效应可能造成的损害,事先预设和消除的措施。简易的防患措施是日沉桩数并合理安排施工顺序。必要时采用的消除孔压措施包括引孔排土或插塑板排水固结。条件具备时,均应埋设并观测孔压的变化作为指导施工的依据。

3　结　语

预应力管桩作为一种较新颖的基桩,具有规格多,承载力范围大,设计选用较灵活,速度快、工期短,综合造价便宜,成桩质量有保证等优点。经过十多年的实际应用,现在预应力管桩已成为设计人员首选的桩基。

[作者简介]

吕伟,男,1998年毕业于华北水利水电学院水文地质与工程地质专业,现在江苏省煤炭地质勘探研究所,从事岩土工程勘察工作。[收稿日期:2005-12-24]

45吕　伟等　PHC桩加固高速公路软基的施工技术　　　　　2005年第3期下载本文