公路深层软基处理中PTC桩施工及检测实例分析

张广彬

(河南省交通规划勘察设计院有限责任公司)

1 概 况

湖南省岳阳至常德高速公路途经洞庭湖沉积区，沿线软土分布区域地势平坦，沉积层较厚，地层分布自上而下一般为种植土、粉质黏土、淤泥质黏土、粉砂、细砂、花岗岩全风化层等，其分布埋藏浅、厚度大，具有孔隙比大、含水量高、渗透性差，有一定流变、触变性，易导致路基沉降和失稳，不利于桥台稳定。因此，需要对这些软基段进行加固处理。

2 公路软土地基的处理方法的选择

公路软土地基的处理方法主要是袋装砂井法、挤密砂桩法、振冲碎石桩法、塑料排水板、加筋土工布、钢渣桩法、CFG桩、深层搅拌法和预制混凝土管桩。其中袋装砂井法、挤密砂桩法、振冲碎石桩法、塑料排水板、加筋土工布属于排水固结法，不仅加固时间长，而且需要控制路基加载速率，导致施工工期延长;而钢渣桩法、CFG 桩、深层搅拌法虽然处理效果较好，但是常规机械对于深度大于20 m 的深厚层软土地基处理效果较差，由于岳阳至常德高速公路路基软基处理深度最深的达24 m，所以对于深度大于15 m 的深厚层软土地基采用预应力混凝土薄壁管桩(PTC)进行地基处理。

3 PTC 桩设计参数、施工工艺和检测方法

3.1 PTC 桩设计参数

本工程预应力混凝土薄壁管桩(PTC)设计主要采用正方形平面布置，桥头段桩距为2.2 m，过渡段桩距为2.4 m，桩径均为φ400 mm，壁厚为70 mm。每根长度16 ～24 m。桩身混凝土强度等级为C60～C80。

3.2 PTC 桩施工工艺

本工程主要采用锤击沉桩法和静压沉桩法施工，选用锤重一般为2.5 ～5 t。通过试桩校验锤击桩设备的技术性能、工艺参数及其技术措施的适宜性。PTC 桩每根不超过2 节组合。在桩身上画出以米为单位的长度标记，用于静压或锤击桩时观察桩的入土深度。临近桥头15 m 范围应先施工基底PTC 桩，再施工路基PTC 桩。基底清表完成后，填土碾压至地面标高时，进行基底PTC 桩施工;施工顺序由路基内侧向外侧进行，离结构物距离由近向远进行;施工顺序根据桩长和桩顶设计标高，宜先深后浅，先长后短;沉桩至设计深度后再浇注桩帽，铺筑碎石垫层和加筋网，形成复合地基。

当PTC 桩需要接长时，采用焊接接桩。PTC 桩对接前，上下端板表面应用钢丝刷清理干净，坡口处露出金属光泽。对接后，若上下桩接触面不密实，可用不超过5 mm 的钢片嵌填，达到饱满为止，并点焊牢固。三个电焊工在成120°角的方向同时施焊。先在坡口圆周上对称点焊4 ～6 点，待上下桩固定后再拆除导向箍再分层施焊。每层焊接厚度应均匀，焊接层数不得少于三层，焊缝连续饱满。采用普通交流焊机的手工焊接时，必须用电焊条打底，确保根部焊透，第二层方可用粗电焊条4 ～5 mm 施焊;采用自动及半自动保护焊机的，应按相应规程分层连续完成。当设计对桩接头有防腐要求时，对焊接好冷却后的接头进行防腐处理。

3.3 PTC 桩施工质量检测方法

PTC 桩施工完成后，质量检测依据国家行业标准规范进行PTC 桩质量检测。对桩身完整性采用低应变反射波法检测。对复合地基承载力采用堆载法检测。

4 低应变反射波法检测桩身完整性

4.1 检测原理

采用低应变反射波法检测PTC 桩桩身完整性，其原理如下。

桩长远大于桩径，桩可视为一维弹性杆。当在桩顶部进行竖向激振后，弹性波会沿着桩身向下传播，其传播规律服从一维波动方程。当桩身存在波阻抗变化的界面(如桩底、断桩和缩颈等部位，将产生反射波和透射波。安装在桩顶的加速度传感器接收到反射波信号，经放大、滤波和数据处理，可识别不同部位的反射信息。缩颈和桩底处会产生拉伸反射波，而扩颈和土阻力的作用处会产生压缩反射波。根据速度和桩底反射波到达时间计算桩的实际长度，判断桩身缺陷位置。

4.2 实测数据及波形曲线

(1)桩身波速平均值的确定

进行PTC 工程桩检测前，在工地现场放置的未施工PTC桩中，随机选择了五根12 m 长的PTC 桩进行了测试，以求取桩身波速平均值。实测波形曲线如下。

图1 随机选择的PTC 桩实测波形曲线

经过计算，PTC 桩桩身波速平均值为4 326 m/s。

(2)典型实测波形曲线

本工程用低应变反射波法共检测了356 根PTC 桩，在检测数据中，选出了以下四种典型实测波形来进行分析。

①完整波形曲线

图2 完整波形曲线(Exp=50)

②浅部缺陷波形曲线

图3 浅部缺陷波形曲线(Exp=10)

③有轻微缺陷波形曲线

图4 有轻微缺陷波形曲线(Exp=10)

④有严重缺陷波形曲线

图5 有严重缺陷波形曲线(Exp=10)

4.5 检测结果及原因分析

(1)桩身完整的PTC 桩结果分析

桩身完整的PTC 桩实测曲线结果如图2 所示，由施工工艺、桩长和龄期对检测结果的影响分析如下。

①施工工艺的影响

经过对比分析发现，采用锤击沉桩法施工的桩身完整性比率远低于采用静压沉桩法施工的桩基，而且采用锤击沉桩法成桩的PTC 桩桩底反射比较明显，采用静压沉桩法成桩的PTC 桩有部分桩底反射不明显。说明静压沉桩法的施工质量优于锤击沉桩法施工质量。

②桩长的影响

桩长在18 m 以下的PTC 桩桩底反射比较明显，20 m 的PTC 桩桩底反射大多数不明显。说明在地质情况变化不大的情况下，低应变反射波法适合于检测桩长在18 m 以下的PTC 桩。

③龄期的影响

绝大部分所检测基桩为当天施工，当天检测。有一些基桩为施工后第二天检测，实测曲线结果大多无桩底反射。说明低应变反射波法适合于施工龄期24 h 以内的PTC 桩检测。

(2)桩身浅部缺陷的结果分析

桩身浅部缺陷的PTC 桩实测曲线结果如图3 所示。经现场开挖发现破坏类型为桩顶碎裂，分析原因为施工时桩帽与桩的接触面处不平整。

(3)桩身有轻微缺陷的结果分析

桩身轻微缺陷的PTC 桩实测曲线结果如图4 所示。分析原因可能为接桩处表面不干净，连接铁件不平整，焊区质量较差或接桩上下桩中心线不在同一轴线上所导致。

(4)桩身有严重缺陷的结果分析

桩身严重缺陷的PTC 桩实测曲线结果如图5 所示。经现场开挖发现破坏类型为桩身断裂，分析原因可能为植桩后场地过重车，桩身承受弯曲过大或局部强度低，不能承受弯曲的作用力导致断裂。桩的堆放、运输、起吊过程中产生的断裂，植桩前未发现，受力后导致断裂。

5 结论及建议

(1)PTC 桩施工工艺优选静压沉桩法;

(2)低应变反射波法适合于检测施工龄期24 h 以内、桩长在18 m 以下的PTC 桩桩身完整性;

(3)PTC 桩桩的强度必须达到100%后，方可植桩和沉打桩，按规范施工防止桩身倾斜;

(4)PTC 桩施工后场地禁止过重车，避免桩身受弯导致断裂;

［1］公路桥涵施工技术规范(JTJ041 －2000)［S］. 人民交通出版社，2000.

［2］建筑基桩检测技术规范(JGJ106 －2003)［S］. 中国建筑工业出版社，2002.