薄壁管桩及土工织物在道路加宽改造中的应用

□文 /赵铁成

1 工程概况

京津塘高速公路为我国第一条高速公路，老路基路面较窄，为双向4车道，随着经济的发展，交通流量巨大，已经不能满足通行能力要求。路面加宽为双向6车道且紧急措施车道加宽为一条车道宽，加宽后的路面极大的提升了通行质量。京津塘高速公路通行多年，路基沉降已经完成，在老路基基础上加宽，最容易产生不均匀沉降，衔接处较易产生纵向裂缝，大大影响高速公路质量，因此，不均匀沉降成为施工过程中控制的主要因素。为降低不均匀沉降，在施工过程中加宽路基底部采取薄壁管桩处理，加强地基承载力；旧路部分采取开蹬处理，路基开蹬接茬处采取钢塑土工格栅；路面接茬处采取玻璃纤维土工格栅处理。

2 道路稳定性分析

旧路加宽改造时，由于使用时间和施工方法的问题，新老路基的密实度可能存在不同，因此容易出现不均匀沉降而产生纵向裂缝。因此，在施工中要对地基稳定性和沉降进行分析，加大对沉降的控制，采取有效措施控制路基由于剪切变形而产生的侧向位移，从而减小路基的工后沉降，同时增大新修路基的强度，提高抗剪切变形的能力。

3 采取工艺及措施

3.1 边坡开挖

由于老路边坡一般不受车辆载荷作用，其密实度不如行车道正下方的路基且边坡在雨雪的浸润和绿化草木根系的作用下，使得路基填土松软，为保障加宽路基质量，决定采取由老路缘石处向内侧2 m处开挖台阶。台阶宽度1 m，高0.5 m，见图1。

图1 边坡开挖

3.2 土工织物

3.2.1 钢塑土工格栅

在原路基面层结构下开蹬处按要求自下而上，逐蹬铺设土工格栅，铺设前保证路基填土表面应无硬凸出物，以免穿破土工格栅，从而降低土工格栅的强度，铺设时应拉直平顺，紧贴下承层，不得出现扭曲、褶皱、重叠，其强度最大方向应与线路方向垂直并注意做好搭接，搭接宽度≮20 cm，搭接处应尽量避开锚固反弯端。土工格栅采用U型圆钢固定。每次铺设不宜过长，应及时覆盖，以免长时间暴露或暴晒使其性能老化。当发现土工格栅有破损时，应立即修补好或予以更换。

3.2.2 玻璃纤维格栅

在基层水温完成后，需要在旧路面层开蹬处铺设玻璃纤维格栅，铺设时底面应平整、密实，应平铺、拉直，不得重叠、卷曲、扭结，相邻的两幅土工格栅需搭接0.2 m，沿路基横向对土工格栅搭接部分每隔1 m用铁丝进行穿插连接并在铺设的格栅上，每隔1.5～2 m用U型钉固定于地面。

3.2.3 土工织物作用

土工织物使粒状填料与网格互相锁合形成稳定平面，防止填料下陷，有效地分散传递载荷防止路面裂纹，具有高抗拉强度、低延伸率，具备在长期载荷的情况下抵抗变形的能力即抗蠕变性。玻纤格栅沥青具有很高的相容性，从而确保了玻纤土工格栅在沥青层中不会与沥青混合料产生隔离，而是牢固的结合在一起。玻纤土工格栅能够抵抗各类物理磨损和化学侵蚀，还能抵御生物侵蚀和气候变化，保证其性能不受影响。沥青混凝土中的集料可以贯穿其中，这样就形成了机械嵌锁。这种限制阻碍了集料的运动，使沥青混合料在受载荷的情况下能够达到更好地压实状态，更高的承重能力，更好的载荷传递性能及较小的变形。

4 薄壁管桩

4.1 起吊与储运

1）管桩的现场堆放应符合下列规定。管桩堆放场地应坚实平整并有排水措施；管桩应按不同规格、长度及施工流程分类堆放，严禁混堆；场地许可时宜单层堆放，需叠层堆放时，最下层宜按两支点位置放在垫木上，垫木支承点应在同一水平面上，底层最外缘管桩的垫木处用木楔塞紧。若堆放地基经特殊处理也可采用着地平放；管桩需叠层堆放时，外径为400mm的管桩不宜超过3层。

2）管桩吊运应符合下列规定。管桩出厂前应作出厂检查，其规格、批号、制作日期应符合所供工的验收批号内容；管桩在吊运过程中应轻起轻放，严禁抛掷、碰撞、滚落；管桩吊装宜采用两支点法或两头钩吊法，两支点法的两吊点位置距离桩端宜为0.21L（L为桩长），吊索与桩段水平夹角≮45°。

3）取桩应符合下列规定。管桩叠层堆放不超过2层时，可利用桩机拖拉取桩；当2层时，对桩的拖地端应加以保护；管桩叠层堆放超过2层时，应用吊机按两点法的要求取桩，严禁拖拉取桩；三点支撑履带自行式打桩机不得采用拖拉取桩；走管式打桩机拖拉取桩时，钢丝绳应通过桩架底盘的导向滑轮。

4.2 压桩

用钢丝绳绑住桩身单点起吊，小心移入桩机，然后调平桩机，开动纵横两向油缸移动桩机调整对中、同时利用相互垂直的两个方向经纬仪检查垂直度。第1根桩入土30～50 cm后检验和校正垂直度，垂直度控制在0.5%以内，开动压桩位置，记录压桩时间和各压力表读数，保持连续压桩控制压桩速度1～2 m/min。

4.3 接桩及焊接要求

上下节桩拼接成整桩时，采用端板焊接连接，接头连接强度不小于桩身强度。接桩时其桩头应出地面1 m左右，接桩前下节桩的桩加上定位板，然后将上节桩吊放在下节桩端板上，依靠定位板将上下桩接直，其错位误差≯2mm；上下桩如有空隙，用楔形铁片全部垫实焊接牢固；管桩焊接之前上下端表面用铁刷清理干净，直至其坡口处刷出金属光泽；焊接时应分层焊，接口四周先对称点焊6点，焊接时由2个焊工对称进行；焊接层数不得少于2层，层间要清理干净，焊缝应饱满连续并达到三级焊缝要求；焊接好的桩接头要自然冷却，时间不少于8 min，严禁用水冷却。

4.4 送桩

送桩前用水准仪确定地面标高，在送桩杆上做记号，送桩过程中进行跟踪，动态检查送桩尝试。送桩器下端宜设置桩垫，桩垫厚度均匀并与桩顶全断面接触，正常情况下按设计压桩力1.3～1.5倍送桩，送桩达到设计高程后要持续10 min且沉降量不超过2mm/min后方可结束送桩。

4.5 桩帽

桩基施工完后方可进行桩帽施工，采用强度等级C20混凝土现浇，桩顶现浇混凝土桩帽，通过桩塞混凝土与管桩连接，桩帽为正方形，边长为100 cm，内附钢筋网片。在桩打入完毕经过检验后，开挖桩帽土体，形成土模，对于土质较差的地方，采用钢模板立模。填芯混凝土等级同桩帽，可以与桩帽一起浇筑，浇筑填芯混凝土前，应先将管内浮浆清除干净，然后在内壁涂刷水泥浆，以提高填芯混凝土与管桩桩身混凝土的整体性。

4.6 保证措施

1）焊接。管桩接头端板的宽度不应小于管桩的壁厚，接头的端面必须与桩身的轴线垂直，接头的焊缝坡口尺寸应按设计确定，焊条宜采用E4303或E4316焊条。焊接中焊缝直观无气孔、无焊瘤、焊缝饱满。

2）桩长控制及检查。保证每根桩都达到设计深度。在PTC桩压入前，应检查其长度规格和长度组合是否满足设计文件要求，可以桩的端部用红色油漆作出长度和桩位标记。压桩结束后，通过锤球法来检查桩的打入深度并记录每个桩位的实测深度。

3）桩身垂直度控制及检查。压桩过程中，桩身必须始终保持垂直。施工时应在距桩机约20 m处，成90°方向设置经纬仪各1台，检查桩身垂直度并记录。沉桩时应连续一次将桩沉到设计标高，尽量缩短中间停顿时间，应避免在接近持力层时接桩。

4）施工过程控制及检查。起吊时，质检人员应在现场检查堆放场地、起吊方法，防止桩断裂或环裂。施工过程中，施工人员均应检查和记录静压机压力表读数、压桩速度，若出现异常应及时停止分析原因进行处理。送桩时应检查送桩深度，并复核桩头标高是否达到设计要求。

施工结束后，若有高出地面的桩头，应先截桩后移机，严禁用压桩机将桩强行扳断。

5 总结

经过后期的观测，新建路基沉降稳定，路面没有发现反射裂缝，说明土工织物及管桩处理的应用很好地解决了上述问题。