PHC管桩复合地基在津秦客专的应用

谢红山

(中铁二十二局集团公司，北京 100043)

PHC(Prestress High Concrete)预应力高强度混凝土管桩复合地基用于路基工程属刚性桩加固体，具有较高的抗拉、抗弯、抗压和抗剪能力，可以有效提高地基的承载力，控制路基的沉降。因此，在客运专线得以广泛采用。

1 工程概况

津秦铁路客运专线滨海站位于天津市滨海新区，站场起讫里程为DK41+932～DK44+822，共计2.89 km。工程中心区域正处在地面沉降最为严重的地区，广泛沉积有不同厚度的软土，以淤泥质粉质黏土为主。地基处理工程设计为复合地基，采用预应力管桩对既有地面进行挤密加固。正线下及咽喉区域采用预应力管桩，直径为500 mm，中心距离为2 000 mm，桩长为15 m～20 m，桩顶铺设碎石垫层和混凝土板，设计单桩承载力为600 kN，复合地基承载力为250 kPa，设计原则为采用刚性桩复合地基理论进行承载力控制设计，主要是发挥PHC管桩的竖向承载性能。

2 PHC管桩施工

2.1 施工方案

预应力管桩采用打入式或压入式施工。采取压入式施工时，随时检查管桩在压入施工时的垂直度和稳定性;采取打入式施工时，随时检查桩头部重锤击实部位混凝土或钢板的完好性，保证施工质量。工艺流程见图1。

2.2 施工方法比较

2.2.1 打入式施工

1)测量放线。沉桩前先放出定位轴线和控制点。群桩点位误差应小于20 mm，在沉桩过程中，要经常对控制点进行复核。2)打桩顺序。当桩较密集时，从中间向四周对称施打，或由中间向两边对称施打。当桩较稀疏时采用由一侧向另一侧单一方向施打，即逐排施打。根据桩的规格、入土深度、长度的不同，先大后小、先深后浅、先长后短。3)吊桩。先将管桩从堆放点用吊车水平吊运到桩架附近，再利用桩机上专门设置的起桩重钩及卷扬机吊桩就位。吊车平吊运移管桩采用两头勾头法，机架上附设起重钩吊桩就位时，采用一点绑扎法，其绑扎起吊点位置离桩端0.3L(L为桩管长度)。4)插桩(植桩)。桩起吊提升到垂直状态后，将桩上头套入锤头下部固有送桩器，然后将桩尖准确的放在桩位上，缓缓施工将桩插入土中1.5 m左右位置，停止施压。在机架前，侧呈90°的两个方向，各距机架25 m左右处，架设经纬仪，检查调直桩身垂直度。控制植桩桩身垂直度偏差在1%以内;桩位(纵横向)允许偏差为d/4。5)沉桩。沉桩前选用15 cm厚的直纹木垫作为锤垫，桩垫用麻袋、木夹板，压缩后厚度不小于12 cm，锤击过程中经常检查及时更换。沉桩时，继续用两台经纬仪交叉检查桩身垂直度，边校正桩身垂直度边往下沉桩，避免由于桩身倾斜产生管桩损坏。桩身倾斜率超过1%时，应找出原因并进行纠正。初打时关闭供油泵油门，使锤冷打。当贯入度小于100 mm/击时，再开启油门正常打桩，正常打桩采用重锤轻击。锤落距控制在1.5 m以内。打桩应连续施打不宜停歇时间过长，防止桩周土固结，增大沉桩阻力。6)接桩。在下段桩顶距离地面0.5 m～1.0 m处(但应避免桩尖接近硬持力层或桩尖处于硬持力层中)，可进行接桩，采用焊接法。因本工程场地上部地基土较为松软，第一节桩压沉时，原起吊桩时绑扎在桩身上的钢丝绳不宜拆解，以防止桩在自重作用下下滑。当桩沉入到接桩位置(顶端高出地面1.0 m左右)仍有下滑趋势时，则采用钢夹板将桩夹持住后再进行下道接桩工序。下桩段的中心线偏差不大于5 mm，节点弯曲矢高不得大于桩段的0.1%。7)收锤标准。打入桩采用桩长和贯入度双控制，以设计桩长为主，贯入度为辅。最后贯入度的确定根据试验桩的结果，用水准仪测量桩顶标高，确定最后1 m每10击的下沉量和总锤击数。8)沉桩施工记录。沉桩时详细、准确地填写沉桩记录，记录每米的锤击数，距设计标高2 m～3 m时则以30 cm为单位记录锤击数、最后连续锤击3阵每阵10击的贯入度及桩顶标高。

2.2.2 压入式施工

压入式施工与打入式施工工况基本相同，只是在压桩与沉桩方法上不同。

1)压桩。压桩顺序，遵循减少挤土效应，避免管桩偏位的原则。先深后浅，先大后小;尽量避免桩机反复行走，扰动地面土层。施工中经常检查，有无因挤压情况造成测放桩位偏移。压好第1节桩至关重要。首先要调平机台，管桩压入前要准确定位、对中。在压桩过程中，用经纬仪和吊线锤在互相垂直的两个方向，监控桩的垂直度，其垂直度偏差不大于0.5%。在压桩过程中，随时检查压桩压力、压入深度，当压力表读数突然上升或下降时，应停机对照地质资料进行分析，查明是否碰到障碍物或产生断桩等情况。如设计中对压桩压力有要求时，其偏差应在±5%以内。遇到下列情况之一时，应暂停压桩，并及时研究、处理:

a.压力值突然下降，沉降量突然增大;

b.桩身混凝土剥落、破碎;

c.桩身突然倾斜、跑位，桩周涌水;

d.地面明显隆起，邻桩上浮或位移过大;

e.按设计图要求的桩长压桩，压桩力未达到设计值;

f.单桩承载力已满足设计值，压桩长度未达到设计要求。

桩压好后桩头高出地面的部分应及时截除。截除采用锯桩器截割，严禁用大锤横向敲击或扳拉截断。

对需要送桩的管桩，送至设计标高后，其在地面遗留的送桩孔洞，应立即回填覆盖，以免桩机行走时引起地面沉陷。

预应力管桩的垂直度偏差应不大于1%。

2)终压。终压的技术参数一般采用双控，根据设计要求，采用以标高控制为主、送桩压力控制为辅或者相反，应视设计要求和工程的具体情况确定。终压后的桩顶标高，采用水准仪控制，其偏差为±50 mm。

2.3 锤桩与压桩优缺点

锤击沉桩是采用锤击打桩机将预制桩打入土层，其缺点:噪声很大，一般市区不允许使用;优点:施工速度较快。

静力压桩若遇到一般风化岩层，不宜压入。优点:噪声很小、施工速度快;缺点:成桩根据地质条件，强风化岩层不宜成桩压入。

根据施工情况可以看出，锤击法对地质条件的适应性较好，若自上而下均为中密以上砂层，则采用静压法施工难度较大，但采用重型柴油锤则较易施打;静压法因冲击力不大，桩的破损率相对较小，如在“上软下硬，软硬突变”的地层中，锤击法可造成桩破损率高达20%以上。实践证明，管桩施工方法可根据地质情况及设计要求灵活选择，以提高成桩质量及施工效率。

3 质量控制

施工过程中桩身质量检查可采用直观法检查，并采用低应变反射波法对桩身质量进行抽查，检测桩数不少于总桩数的20%。对于两节以上的管桩，单桩承载力和桩身完整性检测包括高应变法检测，检测桩数不少于总桩数的2%。

采用静载试验进行单桩竖向抗压承载力验收检测，单桩的极限承载力值不小于设计值，抽检数不小于总桩数的2%。采用堆载法进行复合地基承载力检验，不小于设计值，抽检1%。沉桩质量符合表1规定，桩的承载力满足设计要求。

表1 管桩质量检查项目及允许值

管桩施打完毕后，按设计要求及施工规范进行垂直荷载试验。

4 常见质量问题及控制措施

4.1 桩身断裂

1)主要现象。在沉桩过程中，桩身突然倾斜错位，贯入度突然增大。

2)预防措施。a.施工前对桩位下障碍物进行清理，必要时采用钎探检查;b.加强桩体外观检查，使之符合规范要求;c.在插桩过程中如发现桩不垂直应及时纠正;接桩时要保证上下两节桩在同一轴线上，端面间隙要加垫铁片塞牢。

4.2 桩顶损坏

预防措施:1)加强管桩进场检验，确保满足要求;2)沉桩前检查桩顶有无凹凸现象，其端面是否垂直于轴线，桩尖是否偏斜，若不符合规范要求必须修补处理后方可使用;3)检查桩机与桩的接触面是否平整，如不平整应进行处理。

4.3 桩位偏移

预防措施:1)施工前对桩位下障碍物进行清理，必要时采用钎探检查;2)在插桩过程中如发现桩不垂直应及时纠正;接桩时要保证上下两节桩在同一轴线上，焊接应严格执行规范;3)管桩施工期间不得开挖基坑，待桩全部施打完毕，停置两周后才能开挖;4)对场地加强降水或排水措施。

5 结语

通过对施工完成的PHC管桩检测数据统计分析，满足设计及规范要求，说明PHC管桩应用于滨海地区软土路基能有效提高地基承载力，满足路基沉降控制标准。

[1] 曹会芹.客运专线路基沉降控制与变形观测技术研究[J].铁道建筑技术，2009(12):20-22.

[2] 颜治平.管桩复合地基在高速公路软基处理中的应用[J].西部探矿工程，2005(11):28-30.

[3] 李树润.深厚软土中PHC桩可行性试验研究[J].山西建筑，2010，36(20):90-91.