管桩复合地基加固在京石高铁路基上的应用

张建军

(北京中铁隧建筑有限公司，北京 100000)

1 工程概况

1.1 概述

京石高铁是京广高铁的重要组成部分，工期紧张，为改变CFG桩加固地基施工缓慢的情况，某标段路基采用预应力管桩复合地基加固。管桩桩径0.5 m，桩间距2.4 m，桩长19 m～20 m，按正方形布置，桩长至中砂面持力层2 m以上，桩顶铺设0.15 m厚的碎石垫层后浇筑0.5 m厚C30钢筋混凝土板，与管桩紧密结合形成整体受力体系。

1.2 工程地质与水文条件

该标段路基土层从上至下依次为杂填土、新黄土、粉土、粉砂、细砂、中砂、粗砂、砾砂等，如表1所示。地下水为第四系孔隙潜水，含水层为砂、卵石层，主要由大气降水补给，地下水水位埋深48.70 m ～50.30 m。

2 预应力钢筋混凝土管桩施工工艺

根据现场条件和工程地质，管桩采用三点支撑履带自行式柴油打桩机，桶式柴油锤，锤击法施工。施工工艺流程描述:测量放样→管桩装卸与堆放→喂桩→沉桩→接桩→沉桩。

2.1 测量放样

按区域桩位布置图，在施工现场进行桩位放样，放样时，采取分区段的放样方式，逐段进行施工放样。各桩位在测放完成后，在桩位上用钢钎打眼并灌以白灰，插入竹钎，以方便施工过程中找桩，对将要施工的桩位用石灰粉按桩径大小划一个圆圈。随后用水准仪测量各桩位地面标高，并加以记录。

表1 工程地质特性

2.2 管桩的装卸与堆放

1)堆桩场地应平整、坚实，防止产生不均匀沉降，桩堆存时，必须要有可靠的防滚、防滑措施。2)采用吊车装卸，汽车运输，由于每节管桩长不大于15m采用两端钩吊吊运(如图1所示);桩堆放底层应在距两端0.207L吊点位置放好垫枕(如图2所示)。

图1 两端钩吊吊运示意图

图2 垫枕放置示意图

2.3 喂桩

管桩由吊车运输至打桩地点，用桩机伸下吊钩将桩上端吊起，吊车解扣在桩顶套及桩帽后，桩机对准桩位点，此后用经纬仪呈90°角双向交汇控制桩的垂直度，当桩与桩架平行并垂直地面时即可沉桩。

2.4 沉桩

沉桩采用锤击法。沉桩时，用导板夹具将桩嵌固在桩架两导柱中，桩位置及垂直度经校正后，可将锤连同桩帽压在桩顶，开始沉桩。桩锤、桩帽与桩身中心线要一致，桩顶不平，应用厚纸板垫平或用环氧树脂砂浆补抹平整。

2.5 接桩

混凝土预制管桩桩长19.0m～20.0 m，单根长为9m和10 m管桩焊接对接成桩。管桩接桩前，用钢丝刷清理干净桩端的泥土杂物。上下两节桩应对齐，上下两节桩偏差必须小于2 mm，并应保证上下两节桩的垂直度。

2.6 拔桩

当已打入的桩由于某种原因需拔出时，用人字桅杆借卷扬机拔起或钢丝绳捆紧桩头部，借横梁用液压千斤顶抬起。

3 管桩复合地基的创新处理

改变管桩上设置土工格栅或略大于管径的托板的传统做法，替代其采取的是在15 cm碎石褥垫层上整体浇筑50 cm厚钢筋混凝土板，使其与管桩整体受力。

3.1 管桩封堵及碎石褥垫层施工

人工土方开挖至管桩顶标高，在管桩顶标高下1.2 m其内部填充C30钢筋混凝土，采用单根长1.2 m，6φ8钢筋，环形布置，钢筋底部用3 mm厚圆形钢板封底。浇筑完混凝土后，在管桩顶部施作15 cm厚碎石垫层，详见图3。

图3 管桩封堵及褥垫层施作示意图

3.2 钢筋混凝土板施工

钢筋混凝土板施工工艺:钢筋绑扎→支立模板→板间处理→混凝土浇筑及养护。钢筋混凝土板断面图见图4。

图4 混凝土板断面钢筋图

3.3 板间处理

钢筋混凝土板相邻两块板之间采用传力杆的胀缝形式连接，传力杆为φ38光圆钢筋，钢筋间距30 cm，钢筋锚入钢筋混凝土板24 cm，滑动侧钢筋表层采用沥青漆或环氧防腐涂层处理。钢筋混凝土板间设伸缩缝，缝宽2 cm，缝内填塞沥青木板。

4 桩板结构复合地基的效果

1)桩板结构复合地基施工快捷，节约工期。结合本工程实践，打桩机施工进度指标为20根/d，钢筋混凝土板施工进度指标为18 m/7 d，相较于施工桩帽或褥垫层工期大大提前。同时，桩板结构复合地基既缩短了3个月的超载预压时间，又节约了超载预压成本。

2)结合桩网结构复合地基，对本工程桩板结构复合地基受力进行分析，示意图如图5，图6所示。图5中，桩顶荷载F1=F2+Fp，F2为桩间土承担荷载，Fp为管桩承担荷载，褥垫层起到荷载转移作用，转移荷载F2约占20%。图6中，桩顶荷载f1远远大于f2+fp，钢筋混凝土板不仅起到转移荷载作用，同时有承担荷载的作用，减少管桩承担的压力，减少桩间土压缩量和挤压变形。

图5 桩网结构受力示意图

图6 桩板结构受力示意图

桩板结构复合地基处理措施:协调桩与桩及桩与桩间土之间的沉降变形，限制管桩发生侧移。根据现场沉降观测成果表明，桩板复合地基可以有效减少沉降量，目前京石高铁已顺利通车，各项指标符合要求。

5 结语

1)桩板结构可以减轻管桩和桩间土承受的压力，成功避免了因桩间土挤压造成的路基倾斜或沉降。2)桩板结构复合地基在本工程成功应用，说明将管桩+钢筋混凝土板结构形式应用在铁路路基加固中切实可靠，施工快捷，路基稳定，沉降量小。

［1］杜永昌.高速与客运专线铁路施工工艺手册［M］.北京:科学技术文献出版社，2006.

［2］龚晓南.复合地基理论与工程应用［M］.北京:中国建筑工业出版社，2002.

［3］预应力混凝土管桩加固软土路基的现场试验研究［J］.武汉理工大学学报，2009(10):23-25.

［4］余 雷.预应力管桩在温福铁路软土路基中的设计与应用［J］.铁道工程学报，2007(11):9-11.