预应力管桩在公路工程软土地基中的应用

张 晓 瑞

(山西省公路监理技术咨询公司，山西 太原　030006)



预应力管桩在公路工程软土地基中的应用

张 晓 瑞

(山西省公路监理技术咨询公司，山西 太原030006)

介绍了预应力管桩的基本理论，结合预应力管桩设计的主要内容，阐述了预应力管桩复合地基在公路工程应用中的注意事项，指出预应力管桩具有桩身质量好、强度高、成本低等优点。

预应力管桩，复合地基，施工质量，承载力

0　引言

我国自1944年开始生产钢筋离心管桩之后经过施工单位的不断努力和研究，最终在1990年，广东南方和鸿管桩厂引进了日本的设备和技术，生产出了预应力管桩，应用于软土地基处理。近年来，随着我国管桩技术的快速发展，生产体系、材料和设备也日益完善。其中，预应力管桩更是得到了广泛的应用。对软土地基施工而言，预应力管桩可以有效的提高路基的承载力，降低施工后的沉降量，值得工程人员深入探究。

1　预应力管桩概述

预应力管桩是采用先张法预应力工艺和离心成形法制成的一种空心筒体细长混凝土预制构件，主要由圆筒形桩身、端头板和钢套箍等组成。预应力管桩具有承载力高、质量强度好、施工工期短、造价成本低、污染小等优点。因此，在桥梁建筑和公路建筑等方面得到了广泛的应用。但是，预应力管桩也存在抗剪性差、运输困难、耐久性低等缺点。所以，在公路工程软土地基中使用预应力管桩时，要尽量做到扬长避短，尽量按照高质量、高效率的标准组织施工。

2　预应力管桩复合地基设计

2.1预应力混凝土管桩的特点

1)质量好、承载力高。预应力混凝土管桩是严格按照GB 13476—2009先张法预应力混凝土管桩及日本JISA 5337标准生产，其混凝土强度等级不低于C80。管桩的制作工艺先进，技术成熟，能够保证桩身耐锤击和抗裂性好，穿透力强。同一个建筑物中，可以使用不同直径的预应力管桩，容易解决布桩的问题，充分发挥每个管桩的承载力。

2)施工方便、工期短。预应力管桩的施工工艺简单，质量容易控制，施工进度快。单桩的管桩可以截成任意长度，不受机械能力和机械条件的影响，且成桩后不需要养护，可以大大缩短工期。

3)造价成本低。管桩的造价是应用单位承载力来计算的。一般情况下，预应力管桩的单位承载力造价在诸多桩型中是较便宜的一种。与钢桩相比，其单位承载力造价仅为钢桩的1/3。

2.2预应力管桩的经济性

采用预应力管桩处理软土地基的方法包括柔性桩法、散体粒料桩法、低强度混凝土桩法以及高强度预应力管桩法。每一种方法都有不同的使用范围，并且各有利弊。在保证工程施工质量的前提下，影响工程造价的因素主要包括：桩材、桩长和桩的密度。

由于软土地基是柔性的，质地较软，而预应力管桩是刚性的，质地较硬。所以在施工过程中，为了扩散管桩的承载力，通常在预应力管桩的顶部设置桩帽，在桩帽的上端再设置褥垫层。在工程设计中要计算好桩间距和桩帽的大小。如果间距过大，桩帽太大，就会影响管桩的承载力，使软土地的沉降量增大；反之，则增加了成本，超出了工程造价的预算。因此，在施工设计时，要根据实际情况选择桩帽材料。

2.3预应力管桩设计的主要内容

1)桩间距的确定。

预应力管桩能够有效的降低地基的沉降程度。选择预应力管桩作为公路工程软土地基的处理方法，通常是地基工程土质较差的地区。因此，为了提高预应力管桩的使用效率，让它在路堤荷载上发挥出最大的作用，首先需要确定桩间距。如果管桩的间距过大，则会减少桩体的承载量。但是如果管桩间距过小，会使桩间的承载力不能充分地发挥作用。所以说，根据工程的实际情况，设计出科学合理的管桩间距是提高公路承载力的重要内容。

2)桩帽置换率的确定。

管桩的荷载主要是由桩帽传递到桩体上的。随着桩帽尺寸的增加，复合地基的置换率增高，桩间所承担的荷载量降低，进而使地基的沉降量下降。同时，桩帽的大小还决定了桩顶应力的集中程度。桩帽尺寸越大，桩顶承载量越大，地基沉降量越小。相反，如果桩帽过小，则管桩的承载力减小，导致地基沉降量增大。然而，如果桩帽太大，则需要增加造价成本，不够实际。因此，在预应力管桩设计时，尽量在满足公路规范的前提下，参照工程各项的参数，预算出既经济又安全的桩帽尺寸。

3)褥垫层的确定。

褥垫层是混凝土基础和地基土的中间层，当它达到一定厚度时，可以协调管桩和地基层之间整体变形，保证各层之间的平整性。同时，还能使桩身应力分布更加均匀，保证桩体发挥承载力。当褥垫层的厚度设置过小时，就会出现桩体应力集中的现象，使桩间土的承载能力得不到很好的发挥；反之，若褥垫层厚度设置过大，桩体的承载能力就会因过厚的垫层扩散作用而得不到充分的利用。所以说，设计合理的褥垫层厚度对提高预应力管桩的承载力具有重要的作用。

4)桩长的确定。

通常当桩体能够穿过软土层到达较硬的土层，就能够较好的控制地基不变形。桩长一般以能穿透软土层为标准，具体的长度根据软土的沉降稳定性来计算。经研究表明，对于砂性土而言，管桩的桩长一般不低于桩径的1.5倍；对于粘性土而言，其桩长一般不低于桩径的2倍。

3　预应力管桩复合地基应注意的问题

3.1重视试桩工作

试桩是为了检验软土地基设计的参数是否合理。如，通过试桩，可以检验出桩间距、桩帽置换率、桩长等设计的参数能否满足公路工程的相关规范和设计要求。对于不合理的设计，可以及时的更正修改。避免在施工的过程中，因设计不合理而影响了工程的质量和进度。

3.2重视施工顺序

由于在管桩沉桩的过程中，容易产生超孔隙水压，影响地基的质量。因此，在施工的过程中，应采用由内而外的施工顺序，最大限度促进孔隙水压的消散。另外，可以在管桩施工区域打设一定数量的塑料排水板也有利于加快超孔隙水压力的消散。同时还能进一步提高软土的强度。

3.3重视桥涵构筑物处的施工

要注意重视桥涵构筑物处的施工顺序。一般来说，在桥头段落，应该先进行预应力管桩复合地基的施工，再开展桥头钻孔的施工。如果先进行桥头钻孔再进行管桩施工，那么很容易在管桩施工的过程中，使已经做好的桥头钻孔灌注桩发生位移，影响其施工和耐久性。

3.4重视预应力管桩施工质量问题的善后处理

在施工过程中，如果预应力管桩发生了位移、断桩等质量问题时，必须要采取相应的措施，进行低应变动测。首先要统计管桩的偏位，倾斜程度和断桩情况，再根据地质条件、工程质量进行调整。一般来说，遇到管桩的质量问题时，首先要停止施工，检查各个管桩的质量情况；对发生偏移的管桩要补桩加固，保证桩基两侧平衡；对于断桩，要更换新桩。

4　结语

对于软土地公路来说，选择预应力管桩作为软土地基处理的材料，不仅具有施工操作简单，工期短，承载量大，质量高等优势，还能提高工程的经济效益，推动交通运输的可持续发展。但是，预应力管桩还存在抗剪性差，易发生断桩的缺点。因此，在公路工程施工中，要学会扬长避短，合理设计桩间距、桩长和桩帽参数，将预应力管桩的优势发挥到最大水平。

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On application of prestressed pipe pile in soft soil foundation of road projects

Zhang Xiaorui

(ShanxiRoadInspectionTechniqueConsultancyCo.,Ltd,Taiyuan030006,China)

The paper introduces the basic theory of the prestressed pipe pile, illustrates the precautions of the prestressed pipepile composite foundation in road projects by combining with the main content for the prestressed pipe pile design, and points out the prestressed pipe pile if featured with better pile, higher strength and lower cost.

prestressed pipe pile, composite foundation, construction quality, loading capacity

1009-6825(2016)21-0150-02

2016-05-14

张晓瑞(1986- )，女，助理工程师

U416.1

A