PHC管桩在软基地质梁场建设应用技术

刘青桦

摘要：本文针对潮汕环线3标梁场实际施工所面临的问题，首先提出了采用PHC管桩处理软弱地层建设梁场并提出相应施工方案，根据梁场相应的地质图进行方案设计;然后对台座进行受力分析及检算，检算结果均设计规范值之内，证明了PHC桩处理方案在理论上的可行性;最后根据该方案将PHC管桩按方案要求进行施工，实践结果表明该PHC管桩处理梁场软弱地质方案符合实际施工要求，施工具有较大推广价值。

Abstract： In view of the problems faced by the actual construction of the 3rd beam field of Chaoshan Ring Line， this paper firstly proposes to use PHC pipe piles to deal with the weak stratum to construct the beam field and propose the corresponding construction plan. According to the corresponding geological map of the beam field， the design is carried out; The force analysis and check calculation are carried out， and the test results are all within the design specification value， which proves the theoretical feasibility of the PHC pile treatment plan. Finally， according to the plan， the PHC pipe piles are constructed according to the requirements of the plan. The practical results show that the PHC The soft geological scheme of the pipe pile treatment beam field is in line with the actual construction requirements， and the construction has great promotion value.

關键词：软基处理;PHC管桩;施工

Key words： soft foundation treatment;PHC pipe pile;construction

中图分类号：U416.1                                      文献标识码：A                                  文章编号：1006-4311（2019）14-0111-04

1  工程概况

潮汕环线高速公路第3标项目部起止里程为K9+729.821～K17+280.822，全长7.5km，标段结构物均为桥梁，预制梁板2169片，段项目设置2个预制场，1#预制场负责预制K9+729.821～K15+218.56段（韩江西特大桥、上阁特大桥、梅汕高铁跨线桥）全部预制梁板1086片，2#预制场负责预制K15+218.56～K17+280.822（银湖特大桥、浮洋互通主线桥及匝道桥）全部预制梁板1083片。1#预制梁场选址，位于K11+680段阁一村右侧，总占地面积约为29.8亩，2#预制梁场选址，位于K16+737.191浮洋互通内部，总占地面积约为29.1亩。

2  软基处理施工的优点及特点

1#、2#梁场地质情况较差，承载力较低，台座、龙门吊基础下采用PHC管桩处理。PHC管桩桩身混凝土强度高，由于挤压作用，桩端承载力可比原状土质提高70%-80%，桩侧摩阻力提高20%-40%。PHC管桩施工速度快，工效高工期短，机械化程度高，现场整洁，不会发生钻孔灌注桩泥浆满地流脏污情况，我标为桥梁标，梁场快速建成将产生巨大的社会效益和经济价值。

3  软基台座受力分析及检算

根据潮汕环线设计《工程地质勘查报告》软基FYA-SLZK03号钻孔资料，最不利地质资料自上到下：第1层，填筑土，层厚为4.4m左右，清表时清除0.5m，后换填施工的土层;第2层，淤泥质粉质粘土，层厚为27.1m左右;第3层，细沙，层厚为3.5m左右。

经触探仪测量，现场地基承载力为50-120kPa，本次计算地基承载力取最小值50kPa。

3.1 制梁台座验算

有20m、25m、30m三种不同跨径的小箱梁。只对30m小箱梁进行台座荷载计算。

30m箱梁梁预制时的静载作用主要包括台座自重G1、基础自重G2、钢模重量G3=280kN、箱梁重量G4=1080kN四部分的重力。台座长度a=31m、宽度b=1m（按最大计算）、高度h=0.5m;台座基础中部长26.5m，基础宽1.5m，厚度0.15m，端部长2.5m范围内埋置深度为0.6m，且宽2m。

台座自重G1=l×31×0.5×25=387.5kN

基础面积S=2×2.5×2+26.5×1.5=49.75m2

基础自重G2=（2×2.5×0.6×2+26.5×0.15×1.5）×25=299.0625kN

①台座砼受压应力为：σ=（1080+280）/（31×1）=43.9kPa=0.0439MPa

②30m箱梁台座整体受力时地基承载力计算：

N=G1+G2+G3+G4=2046.5625kN，取为2047kN，取安全系数为1.2。

则基底压力：P=1.2N/S=1.2×2047/49.75=49.4kPa<50kPa，满足要求。

③30m箱梁张拉两端受力时地基承载力计算：

S=2×2.5×2=10m2

N=G1+G2+G4=1766.5625kN，按照1767kN取值，取安全系数为1.2

P=1.2N/S=1767×1.2/10=212.04kPa>50kPa

根据以上计算，30m箱梁台座张拉两端受力时地基承载力不满足受力要求，采用PHC-A-400-95型管桩处理，每个台座下打入4根，位于台座两端扩大基础以下，对此方案进行检算。

④PHC管桩长度验算：

每个基础浇筑厚度为0.6m，基础长度2.5m，宽度2m，其面积为5m2，单个基础底受力：N1=1767/2=883.5kN，每个基础下2根PHC桩，计算单桩承载力F，2根桩共同受力，取1.2的安全系数：

F=（883.5×1.2-50×5）/2=405.1kN

PHC桩打入深度计算

[P]=∑L[a][u][fa0]+αAσr

式中[P]为桩容许承载力，PHC管桩采用振动沉桩，[a]为振动桩对周围土层摩阻力影响系数，查表取[a]=1;[u]为桩周长;[fa0]为桩周土的极限摩阻力，[fa0]分别取45kPa、25kPa;α为桩底抵抗力影响系数;A为桩端面积;σr为极限承载力分别取50kPa。

405.1≦1×3.14×0.4×45×3.9+1×3.14×0.4×25×L1+1×3.14×0.22×50

L1=5.7m，按照6m取值。桩长L=3.9+6+0.5（换填土）=10.4m，实际施工过程中按最长12m控制桩长。

3.2 存梁区台座地基承载力验算

考虑最终30m箱梁梁预制时的静载作用主要包括台座自重G1、箱梁重量G2=1080kN两部分的重力。台座长度a=1.5m、宽度b=3.25m（按最大计算）、高度h=0.5m。

台座自重G1=3.25×1.5×0.5×25×2=121.875kN

①30m箱梁台座砼受压应力为：σ=1080×2/（2×3.25×1.5）=221.52kPa=0.221MPa

②30m箱梁地基承载力计算：

a=1.5m、b=3.25m

S=2×1.5×3.25=9.75m2

N=G1+2×G2=2281.875kN，按照2282kN取值，取安全系数为1.2

每个基础浇筑厚度为0.5m，基础长度1.5m，宽度3.25m，其面积为4.875m2，根据计算单个基础底受力：N=2282/2=1141kN，每个基础下2根PHC桩，计算单桩承载力F，2根桩共同受力，取1.2的安全系数：

F=（1141×1.2-50×4.875）/2=562.725kN

PHC桩打入深度计算

[P]=∑L[a][u][fa0]+αAσr

式中[P]为桩容许承载力，PHC桩采用振动沉桩，[a]为振动桩对周围土层摩阻力影响系数，查表取[a]=1;[u]为桩周长;[fa0]为桩周土的极限摩阻力，[fa0]分别取45kPa、25kPa;α为桩底抵抗力影响系数;A为桩端面积;σr为极限承载力分别取50kPa，地质资料见图1。

562.725≦1×3.14×0.4×45×3.9+1×3.14×0.4×25×L1+1×3.14×0.22×50

L1=10.7m，桩长L=3.9+10.7+0.5=15.1m。根据现场实际情况，PHC管桩实际施工桩长以试桩长度为准。

3.3 龙门吊基础验算

3.3.1 龍门吊设置

预制场内设置起重设备，采用6台80T龙门吊、2台60T龙门吊和8台10T龙门吊，便于预制梁（板）模板的安装拆卸、存梁堆码以及浇注混凝土的调运、电热设备、起重设备应进行专业安检。

轨道梁受压应力计算：

由图2可知，提运箱梁时，路轨梁负荷为2台龙门吊重量、30m小箱梁重量（取大规格箱梁重量）及路轨重量（可忽略）。龙门吊自重28t，30m小箱梁自重108t。因此，提运箱梁时，路轨梁负荷应为（28×2+108）t=164t，单侧路轨梁负荷82t。由图可得，负荷时，单侧路轨梁承载最大压力为820kN×1.2（安全系数）/（28.4m×0.12m）（路轨宽）=0.289MPa。

因0.289MPa<fca=13.8MPa（fca为C30砼抗压值），满足要求。

3.3.2 轨道梁地基承载力计算

由图2可知，轨道梁基础负荷为2台龙门吊重量、30m小箱梁重量（取大规格箱梁重量）重108t，轨道梁宽0.4m，高0.4m，轨道梁基础宽1.2m，高0.5m。

轨道梁自重：28.4×0.4×0.4×25=113.6kN

轨道梁基础自重：28.4×1.2×0.5×25=426kN

轨道基础受力面积：28.4×1.2=34.1m2。

由此可知，单侧轨道梁基础承载力：

P=F/S={（280×2+1080）÷2+114+426}×1.2/34.1=47.9kPa

承载力靠近实测地基承载力，保险起见基底也进行处理，我部采用PHC-A-400-95型管桩进行处理，龙门吊轨道宽度限制，管桩安装单排进行布置，间距7m。

PHC桩打入深度计算

[P]=∑L[a][u][fa0]+αAσr

式中[P]为桩容许承载力，PHC桩采用振动沉桩，[a]为振动桩对周围土层摩阻力影响系数，查表取[a]=1;[u]为桩周长;[fa0]为桩周土的极限摩阻力，[fa0]分别取45kPa、25kPa;α为桩底抵抗力影响系数;A为桩端面积;σr为极限承载力分别取50kPa，地质资料见图1。

47.9*1.2*7.5≦1×3.14×0.4×45×3.9+1×3.14×0.4×25×L1 +1×3.14×0.22×50

L1=5.6m，桩长L=3.9+5.6+0.5=10m，实际施工过程中按最长11m控制桩长。

4  梁场建设方案制定

4.1 地基处理

经现场地基触探试验，地基承载力不满足制梁区台座受力要求，需做地基处理，根据我标实际情况，采用PHC管桩处理，25m/30m台座两端扩大基础分别打入2根PHC管桩，龙门吊基础每7m打入1根PHC管桩。管桩施工流程如下：

4.1.1 测量放线定桩位

根据复核过的控制网计算出每条桩中心坐标，并用全站仪放出桩位。测量放出桩位后，用30cm长ψ10钢筋在桩位位置打入土中，并用石灰画出桩径，施工时根据石灰线及钢筋头精确找到桩位，防止错漏施工。便于在施工中准确掌握PHC管桩沉桩数量，事先应绘制管桩平面布置图，进行桩位编号。施工一个标注一个。

4.1.2 PHC管桩的运输及吊装

管桩采用平板拖车运至现场吊放在指定位置，管桩摆放是要防止滚动措施，吊装前应目测桩身质量及端头平整度，将管桩划出每米划出刻度线，以便在打桩过程中准确记录每米锤击数。

4.1.3 桩机就位

将压桩机就位至桩位上，将桩吊入压桩机内，然后将桩端定位于桩位中心，起门架，校正水平和桩中心。

4.1.4 校正桩的垂直度

调整桩机支腿油缸塞杆的伸出长度，使桩机平台保证水平，桩入土1-2m后，用吊线测桩的垂直度，及时调整垂直度达到规范及质量检验标准。

4.1.5 压桩

开始启动压桩油缸，压桩在进入土层适当加快压桩速度，以保证桩尖有一定的穿透力，达到持力层或油压突然加大时，应放缓压入速度，防止断桩。

4.2 制梁台座结构

台座两端分别施工2根PHC管桩，管桩上施工尺寸为：长2m*宽2.5m*厚0.6m的钢筋砼扩大基础，台座中部设尺寸为：宽1.5m*厚0.2m的钢筋砼垫层，垫层上部为宽0.92m*高0.5m钢筋砼台座，台座顶面铺设宽0.92m、厚1mm不锈钢板+5mm钢板的面板，不锈钢板与台座两侧的槽钢（50mm*37mm*4.5mm）间断性焊接牢固。台座砼一次浇筑成型，提前预留好预埋件，控制好预拱度。

台座两侧采用[50mm槽钢，梁模侧包底时塞入50mm黑色止浆条，可以防止底部漏浆。

在台座两头1.6m处预留吊装孔，宽30cm矩形槽，台座护边槽钢在此处纵向断开，横向闭合。同时底模上覆钢板在此处断开，绑扎底板钢筋前设置同厚度钢板，此处钢板设置为活动面，相邻台座之间的间距按区域不同分别设置4.7m、4.5m、4.8m，台座表面以下10cm处按间距60cm均匀布置6cmPVC管为对拉杆孔。

4.3 反拱设置

反拱设置按抛物线设置，以台座中心线为原点向两侧分配，不同梁长按表1、表2设置反预拱值。

箱梁底模按二次抛物线预设反拱。由方程y=ax2+c，以30m箱梁为例，根据箱梁通用图中跨中反拱建议值，当x=0mm时，取y=30.0mm;当x=14800mm时，取y=0mm;则得a=-1.36961×10-7、c=30，再以得出的a、c值在台座上每米设1个反拱值控制点，其它跨度类型反拱设置以此类推。

4.4 养生管道布设

1#梁场内预制梁养生水自拌合站蓄水池采用，预埋20cmPVC管过路至梁场制梁区，2#梁场在制梁区内设置蓄水池，采用20cmPVC管分别经过龙门吊轨道内侧水沟接至每个制梁台座的两端，然后，再采用50mmPVC管自台座两端的水管接头处接入，布设于每排台座2侧，距离台座各1m，纵向每隔5m分别设置1个喷水口，再经过外接喷头对预制箱梁两侧腹板洒水养生。预制箱梁顶板和内室分别采用1条*32mm的水带进行悬挂洒水养生（每个台座两端的主养生管道预留接头不少于3个）。在台座端头预埋水管接头，箱梁内腔及顶板安装可拆卸喷淋水管，与台座端头预埋水管连接，并在预埋20cmPVC管处设置2处增压泵，以保证喷水有足够压力。

4.5 场区内排水

梁场、钢筋加工厂、拌合站整体排水方向为由左到右，由上到下，最后经过过路涵管排入五支渠;整个梁场外侧做砖砌60*60cm的主排水明沟，以利于清除沟中杂物。

制梁区内沿龙门吊轨道内侧设置2條宽40cm×深40cm的纵向砼排水沟，排水沟纵向坡度与龙门吊轨道坡度一致;在场区内每2个台座中间位置设置1条横向砼排水沟（横向排水沟截面尺寸为：宽15cm×深10cm，采用双面坡（中间高、两端低），坡度为0.1%），顺接至制梁区左右两侧轨道内侧的纵向排水沟，主要排梁板养护水。

4.6 台座沉降观测点

预制梁台座应埋设沉降观测标（（左、右）端头、1/4，1/2共10个位置），制梁前，应有台座原始标高记录。预制梁体后，要观测记录沉降标的标高。防止沉降过大，影响梁体质量。（图3）

5  结束语

本文针对潮汕环线3标梁场实际施工所面临的问题，首先提出了采用PHC管桩处理软弱地层建设梁场并提出相应施工方案，根据梁场相应的地质图进行方案设计;然后对台座进行受力分析及检算，检算结果均设计规范值之内，证明了PHC桩处理方案在理论上的可行性;最后根据该方案将PHC管桩按方案要求进行现场预压，实践结果表明该PHC管桩处理梁场软弱地质方案符合实际施工要求，施工具有较大推广价值。

参考文献：

[1]邢皓枫，赵红崴，叶观宝，徐超.PHC管桩工程特性分析[J]. 岩土工程学报，2009（01）.

[5]李永栋，刘云.PHC管桩施工中穿越密实粉砂层的措施[J]. 价值工程，2011（05）.

[3]沈晞，周建凡，夏亮.PHC管桩在基坑支护工程中的应用研究[J].国外建材科技，2007（01）.