PHC管桩在高速铁路软基加固中的应用

PHC管桩在高速铁路软基加固中的应用

邓威

邓威

中铁二十五局

摘要：提高高强预应力管桩的施工质量，保证高强预应力管桩在加固软土地基方面的效果，对提高建设项目的施工质量有着积极的意义。本文结合某PHC管桩在软土地基工程的施工为例，阐述说明了PHC管桩在铁路软土地基施工的加固方法和施工工艺，并分析了PHC管桩施工的质量控制要点和主要的注意事项。

关键词：PHC；预应力管桩；软基处理；桩网结构；沉降观测

1引言

随着我国运输业的不断发展和成熟，高速铁路的建设项目越来越多，PHC管桩逐渐被广泛应用于高速铁路路基中。但是由于PHC管桩的应用时间较短，在施工质量控制方面仍存在着许多的问题，所以如何采取合理的施工质量控制措施成为了施工质量得到提高的关键。下面就结合实例对此进行讨论分析。

2工程概况

本文以某条高速铁路为例子，分析PHC管桩应用于铁路建设中的效果。桩网结构在铁路建设中较为常见，该铁路采用PHC管桩进行结构设计，采用桩网结构进行软基加固。具体方法为：采用PH管桩作为基础，在上面垫一层碎石，然后采用土工格栅进行加固。此次采用的是预制件管桩，长度为19m，壁厚与外径分别为100mm、500mm。以2.5作为间距，布置为正方形形状，选厚度与边长分别为0.35m、1.6m的钢筋混凝土作为网状结构的桩帽，采用边长为0.5m、0.7m的钢筋混凝土作为链接桩帽的纵横地梁，使结构呈网格状。采用厚度为0.6m的碎石作为垫层材料，在中间铺设具有高强度特点的土工格栅，共两层，使其与碎石贴合，成为一个复合褥垫层。褥垫层及桩体是承受荷载的主要结构，可有效减少地基压力，而钢筋混凝土和桩的作用主要体现在提高稳定性、减少路堤沉降。施工方法见下图。

图1.施工方法

3管桩加固方法

以某铁路为例，该铁路所处地质复杂，以粉质粘土、饱和淤泥软土以及残积层黏土为主要土质，地基施工难度较大。可采用摩擦端承桩作为软基结构，以双控方式进行桩端设计，无需进行锤击施工，控制标高及贯入度。采用打桩机将PHC管桩打入软土层中，使其深入到硬底持力层，作用于密实中砂层及坚硬粉质粘土层上，充分体现PHC管桩的优点，突出管桩承载力高、强度大的使用优势，以提高软土地基的稳固性。采用PHC管桩进行地基加固，具有以下优势：

3.1具有良好的承载作用

PHC管桩用于混凝土地基施工中，强度较高，耐打性及抗裂性较好，具有良好的承载作用。

3.2使用方法简便，经济性高

PHC管桩在地基加固中具有较多优点，施工时可按照施工的具体需求，进行采购，施工方法简便。采用PHC管桩施工，无需特别准备，且由于操作方法简便，施工效率较高，工期较短，对于施工环境的选择性较高，省时省力。经济性较高，有利于节约施工成本。

3.3对环境无影响

在施工过程中，无需排放泥浆，无需排放污水，对环境无污染，属于文明施工。

4如何控制施工质量

4.1施工具体步骤

PHC管桩锤击法施工方法见下图。

图2PHC管桩施工方法

4.2对桩机进行定位处理

桩机是重要的施工器械，进场后应立即安装管桩。安选择平整地面，调整好桩机的高度及垂直度，使其与导杆保持平行，保持平稳。

4.3吊桩方法

在进行吊桩前，应先对PHC管桩进行标注，明确标明吊点，以1m作为间隔大小，划好标志线，然后在打桩时，观察锤击次数，并进行记录。完成吊桩后，采用打桩机进行滑动和旋转，调整机架，使管桩位置更合理。根据要求，桩位偏差不得大于20mm。

4.4沉桩方法

进行沉桩时，采用90°经纬仪控制PHC管桩，使其保持垂直。底桩是否垂直，对锤击成桩具有较大的影响，是决定管桩垂直度的重要因素。因此，在沉桩时，必须保证偏差小于0.5%H，当桩身垂直时，再实施锤击，保证管桩垂直度。桩身、桩帽以及桩锤在锤击过程中必须保持同一直线，且应注意下面几件事：

（1）当进行桩顶锤击时，应预先进行桩帽设置，且要采用钢质管材料职称的管桩，其大小必须符合管桩直径要求，制成套筒式的圆形桩帽，深度设置为350至400mm，其内径应超过管桩外径，超过幅度为20mm，耐打性、刚性及强度应符合要求。

（2）在进行施打时，首先采用空锤或低冲程进行4次锤击，当桩身不断下沉时，可将锤头适当提高，控制锤击力[1]。

（3）在打桩时，桩头及桩帽中间应放置一层垫层，避免桩头受损。垫层应具有均匀厚度，即使锤击打桩完成后，厚度也应保持在120mm以上。

（4）桩锤头与桩帽中间应放置一个硬木锤垫，厚度大约为180至200mm左右。

（5）不可大力锤击管桩，锤击次数不可超过2000次，最后1m进行锤击时，必须保证次数小于250次。

（6）在软土层进行施工时，应连续施打根桩，不可间隔太长时间，避免管桩出现倾斜现象，加大下沉难度。

4.5接桩方法

以桩端焊接法进行PHC管桩接桩，在一个截面内，不可同时出现两个管桩接头，可采用的管桩规格有四种，8~11m均可，长度为19m。采用下长上短的接桩，且只采用1至2节，进行垂直接桩。

接桩的要点：

（1）简化焊接步骤，当地面与底桩桩头仅间隔1m左右时，即可实施焊接。要求焊接部位干净，不得出现油污或泥土，以免影响焊接效果。

（2）尽量加快管桩对接速度，减少时间，进一步提升对接精度，在进行接桩时，将导向装置安装在底桩顶。上节管桩与下节管桩必须同轴，且方向顺直，偏差必须小于2mm。焊接点弯曲矢高必须在100/L之下。

（3）确保无缝隙，如果出现缝隙，可在缝隙内塞满铁片，或焊实缝隙。在焊接过程中，应先找出接口对称点，并在上面焊接固定节桩，从上而下，共6个点。最后将导向装置拆除，继续实施对称焊接。

（4）要求焊接2层以上，且错开接头，高度和宽度必须大于8mm、10mm，呈饱满状态，无烧伤、气孔过夹渣等现象。

（5）焊接完成后，不可马上实施锤击，必须等焊接处冷却至正常温度时，再实施锤击，且不能采用冷水对焊接处实施物理降温，冷却时间应超过8min。

4.6锤击注意事项

很多因素都会对锤击终止环节产生影响，应根据相关要求，以及工程的实际状况，总结施工经验，充分考虑锤击终止如何进行。除了要明确最后贯入度、持力层深度外，还应明确最后1m锤击次数以及桩端标高。

此次工程采用的是PHC摩擦端承桩管桩，锤击终止时，必须严格控制桩端的贯入度以及设计标高，每10次锤击的贯入度必须大于20mm。具体方法如下文所述：

（1）如果庄端标高已经满足要求，但贯入度大于要求标准，则应再次进行锤击，直至贯入度满足标准。

（2）如果贯入度已经满足标准，但桩端标高与标准仍有小部分差距，则需再次进行100mm锤击。

（3）如果贯入度已经符合要求，但桩端标高与标砖仍存在很大差距时，则应与监理进行充分沟通，与设计单位进行协商，共同研究解决措施。

（4）必须保证桩头的完整性，无破损现象。

4.7沉桩具体要求

在进行打桩时，需做好数据记录工作，记录管桩下沉时一共锤击多少次、最后1m共锤击多少次、每1m共锤击多少次，以及焊接时间、接桩时间等。应详细记录根桩的具体施工情况，记录PHC管桩的具体施工方法和过程，保证工程的整体质量。

4.8意外状况时应立即停止锤击

如果在进行PHC管桩施工时，出现位移过大、相邻桩上浮、地面隆起、管桩桩身回弹、管桩桩身倾斜、管桩贯入度出现异常变化、桩头破损等现象，应立即停止施工，并找出原因，妥善处理，问题解决后再实施施工。

5在PHC管桩施工过程中常见的施工问题及处理措施

5.1管桩桩身出现上浮现象

管桩属于挤土桩，实施沉降时，桩体下沉，周围土体开始沿着周围排挤，其土层应力状态发生改变，可出现侧向位移现象，也可出现土体隆起现象，此时，如果土层应力过大，则会导致桩体上移，从而出现上浮现象。

5.1.1致使因素

（1）由于施工工序不对，或施工方法不恰当，沉桩施工不标准。

（2）在进行沉桩时，由于土体应力较大，导致土体挤压。

（3）成桩速度控制不当，数量过多，布桩不合理。

5.1.2如何预防上浮现象

（1）应对管桩施工工作进行科学合理的安排，要求由内而外，由深至浅，先进行中间施工，然后在进行两侧施工。

（2）沉桩数量、沉桩速度都进行严格控制。

5.2沉桩标高、贯入度没有达到标准要求

如果管桩的贯入度或打桩标高没有满足设计要求，桩体可会出现异常现象。

5.2.1致使因素

（1）进行地质勘查时，不够全面，没有充分了解土质情况，沉桩时出现障碍物。

（2）持力层标高随着地质变化发生改变，导致沉桩过程中的异常现象，相邻桩的高差及贯入度均发生改变[2]。

（3）在进行打桩或焊接时，仪器故障，导致沉桩问题，桩尖长时间停于硬土层内，使沉桩面临巨大阻力。

5.2.2如何预防标高及贯入度偏差

（1）地质勘查后，反复核对资料报告，如有出入再次进行勘测，明确标高及持力层。

（2）严格控制施工质量，施工暂停时，必须控制暂停时间，以免停工过久，导致阻力增加。焊接接桩应避开硬土层。

（3）以地质的实际情况为准，采取合适的施工工序，制定合理的施工方案。

（4）找出问题原因，选择射水或换锤等方法，加强沉桩稳固性。如果施工地质为黏土层，则不可进行射水。

5.3桩顶出现位移现象

PHC管桩进行沉桩施工时，由于相邻桩影响或桩体原因等，出现桩顶上浮或位移情况。

5.3.1致使因素

（1）桩身与管帽的纵轴线没有处于同一直线，或管桩弯曲。

（2）焊接施工时，两节桩轴线不一致，出现弯折现象。

（3）沉桩施工过程中，遭到坚硬物阻碍，导致桩底偏移。

（4）如果施工地质为软土土质，打桩时相邻桩由于压力增加，出现浮起现象。

（5）施工安排不合理，应力聚集。

5.3.2如何预防桩顶位移

(1)在进行施工之前，对管桩进行全面检查，确保其弯曲度符合要求方可施工。

（2）在进行施工时，对于桩身垂直度进行严格控制，当垂直度不标准时，应立即进行校正。

（3）在保证施工质量的前提下，接桩节数应尽量减少，相邻桩轴线应处于同一水平线上。

（4）合理安排施工流程，平衡分布应力。

5.4桩身出现断裂现象

桩身断裂指的是管桩在进行沉桩施工时，如果出现接头断裂或桩身破碎等情况。

5.4.1致使因素

（1）管桩所采用的混凝土强度较小，没有满足标准，或在存放时、运输时由于其他因素影响，出现裂缝。

（2）进行管桩接长时，如果两个桩体不平衡，或管桩弯折。

（3）在进行沉桩施工时，持力层升高，管桩位移，校正方法不当。

（4）焊接施工质量没有满足要求，当进行锤击时，出现断裂现象。

5.4.2如何预防桩身断裂现象

（1）妥善存放管桩，如果出现开裂现象，不得用于施工。

（2）在进行锤击时，出现偏差立即纠正，当管桩已经到达持力层，出现偏差时，不能进行锤击。

（3）相邻节桩相互平行时，直线相同，再进行接桩，且接桩焊接必须满足施工要求。

6沉降观测方法

6.1填筑施工时的观测方法

在进行路堤施工时，应对路基沉降的整个过程实施观测，以此了解PHC管桩沉降实际情况。对路基沉降板进行观测，可了解路基的实际沉降量。观测时间长达21天，数据记录13次，具体时间为2015.04.05~2015.04.25，4.2m是路基填筑的最高高度，最后得出8.42mm为路基沉降量。沉降量和随着填土高度的变化而变化，具体见下图。

图3填筑观测结果

6.2沉降过程中的观测方法

堆载预压与工后进行，填土高度与纵向坡度分别为2m、1：2，压实机器为轻型压实机，预压期4个月以上。观测路面沉降量，数据记录35次，铺轨工期为508天。17.49mm为沉降量，共计沉降量25.91mm。具体见下图。

图4沉降过程

图5规范曲线

各断面沉降量及总沉降量分别为25.37～26.03mm、29.15mm～30.54mm，相比沉降标准，少100mm。预测沉降与最后观测沉降之间的比值超过75%，R超过0.92，具体见下表。

表1沉降观测相关数据

7结束语

如上文所述，PHC管桩应用于高速铁路建设中的效果较好，实践证明，采用PHC管桩进行铁路软基加固施工，不仅可以提高施工效率，还可以提高软基稳固性，控制沉降，完全符合高速铁路软基加固的施工要求。为了促进高速铁路的发展，应不断完善软基加固技术，提高施工水平，总结施工经验，开发更多的优质材料，实现高速铁路的良好发展。

参考文献：

[1]朱爱民.预应力管桩在高速铁路深厚软土地基处理中的应用[J].铁道标准设计，2010（2）：59.

[2]谢大伟.PHC管桩桩网结构在高速铁路软基处理中的应用[J].黑龙江工程学院学报（自然科学版），2010，24（3）：15.