滬杭高速鐵路橫潦涇特大橋大直徑PHC管樁陸上沉樁技術研究

王鳳龍

(中交二航局第二工程有限公司，重慶 400015)

1 工程概況

滬杭高速鐵路第三合同段橫潦涇特大橋位于上海市松江區境內，本橋段樁基工程中共有PHC-B型管樁984根，管樁直徑為1.0 m，壁厚130 mm，樁長為52～69 m，樁尖穿過(2)2黏土層、(3)淤泥質黏土層、(4)2黏土層、(4)3粉土、粉砂層、(5)4黏土層、(6)1黏土層、(6)2粉質黏土層、(8)1粉質黏土層，最終達到(8)2黏 土 層［7］，單 樁 豎 向 承 載 力 在2 719.1 ～4 071.4 kN。PHC管樁施工時共分4節打入，與承臺連接的第一節管樁長度原則上不小于16 m，上、下節樁之間的連接采用端板焊接連接，管樁的施工控制以樁長為主以貫入度為輔。每個承臺有8根管樁和10根管樁不等，其排列形式如圖1所示。

圖1(a)中4、5號樁為直樁其余為12.5∶1的傾斜樁，圖1(b)中5、6號樁為直樁其余為12.5∶1的傾斜樁［10］。

2 工藝試驗樁

2.1 試驗樁目的

工藝試驗樁的目的就是，通過沉樁試驗確定合適的沉樁設備及最后送樁階段貫入度，并通過靜載試驗驗證PHC管樁設計是否滿足要求。

2.2 試驗樁施工工藝

PHC管樁沉樁施工采用錘擊方式，施工工藝為:地上、地下障礙物處理→場地平整、強化→測量放線→樁機就位、調豎直度→吊樁、插樁→樁身對中調直→錘擊沉樁→焊接接樁(根據設計樁長)→錘擊沉樁→樁頂高程和貫入度符合設計要求→成樁驗收。

圖1 承臺樁基平面布置

2.3 沉樁設備的選擇

本工程打樁設備主要是選擇合適的打樁錘與樁架。樁錘應根據工程地質條件、單樁豎向承載力設計值、PHC管樁的規格及入土深度等因素選用，選用時應遵循重錘低擊的原則，樁錘的夯擊能量必須克服樁的貫入阻力，包括克服樁尖阻力、樁側摩阻力和樁的回彈產生的能量損失等，在本標段施工中打樁設備的選擇是通過工藝試驗樁來確定的，打樁機樁架采用YBD-24型步履式樁架，樁錘采用12.8 t和15 t重導桿式柴油打樁錘及10 t重筒式柴油打樁錘，其型號分別為:DD12.8、DD15、D100-3。打樁錘主要參數見表1。

表1 各打樁錘技術參數

DD12.8型導桿式柴油錘優點:自重小，機械性能穩定，對樁頂損壞小，噪聲小，效率高。

DD12.8型導桿式柴油錘缺點:錘擊能量低，錘擊作用力小，連續作業時間短，施工中要2人來操作(1人操作油門，1人操作起落架)，對施工場地平整度及壓實度要求高。

DD15型導桿式柴油錘優點:錘擊能量高，錘擊作用力大，對樁頂損壞小，噪聲小，效率高。

DD15型導桿式柴油錘缺點:自重大，機械性能不穩定，連續作業時間短，施工中要2人來操作(1人操作油門，1人操作起落架)，對施工場地平整度及壓實度要求高。

D100-3型筒式柴油錘優點:自重輕，耗油量小，錘擊能量損失小，落錘高度及錘擊能量可通過5個檔位來調整，可連續錘擊9 000～10 000擊，施工中僅需1人操作檔位即可，效率高。

D100-3型筒式柴油錘缺點:對樁頂損壞大，噪聲大，對施工場地平整度及壓實度要求高。

2.4 各打樁錘試打結果

各樁錘試驗結果見表2。

表2 各試驗樁施工數據

在所有試驗樁中選最后送樁階段貫入度較大的377-6號樁做靜載試驗［9］，單樁豎向抗壓靜載荷試驗成果表明，試驗樁377-6號樁的單樁豎向極限承載力不小于4 000 kN，大于設計要求Pmax=3 186.8 kN，最大沉降6.03 mm，小于設計規定8.8 mm。

2.5 試驗樁最終分析

通過試驗樁的施工參數及靜載試驗結果，可以得出以下結論:

(1)采用15 t重導桿式打樁錘(落錘高度為1.8 m)能夠滿足施工要求;

(2)62 m長的PHC-B1000(130)管樁承載力能夠達到設計要求的最大承載力，對應的最大沉降量也小于設計規定的最大沉降量;

(3)施工最后30 cm平均貫入度11 cm/10擊，能夠滿足設計要求。

2.6 最終設備選擇

通過工藝試驗樁及前期各打樁機施打情況來看，3種規格打樁錘各有優缺點，可以優勢互補，是比較理想的沉樁設備，但是DD12.8型由于自重輕、錘擊能量小，在送樁階段常常出現貫入度偏小，甚至無法將PHC管樁施打到設計高程，所以決定放棄DD12.8型打樁錘，最終選用DD15型打樁錘和D100-3型打樁錘作為沉樁施工的打樁設備。

3 PHC管樁施打工藝

3.1 插樁

在打樁前，用2臺經緯儀從互相垂直的兩個方向對打樁機進行豎直度調整，使樁塔豎直，并應在打樁期間經常校驗檢查，隨時保持樁塔豎直度，經緯儀應設置在不受打樁機移動及打樁作業影響的位置。插樁后，應調整樁塔，使之與打入方向成一直線，在確認樁的中心位置及角度無誤后，再轉為正式打入。在施打過程中必須保證樁身、樁帽和樁錘三者的中心線重合，保持樁身豎直，由測量控制其垂直度偏差不大于0.5%［3］，符合要求方可打入。

3.2 打樁

先張法預應力管樁由4節組成，底樁就位前，應在樁身上劃出單位長度標記，以便觀察樁的入土深度及記錄每米沉樁擊數。吊樁用單點將管樁吊直，用鋼絲繩捆綁并控制樁的下端，使樁尖插在白灰圈內，樁頭部插入錘下面的樁帽套內就位。

直樁的控制:調直，使樁身、樁帽和樁錘三者的中心線重合，保持樁身垂直，由測量控制其垂直度偏差不大于0.5%［4］。符合要求方可打入。

斜樁的控制:按12.5∶1的斜率控制［2］，在打樁機架上用錘球吊12.5 m的高度，然后用量程為2 m的鋼板尺水平固定在打樁機架上。打樁時先將管樁垂直送入樁帽，然后調整角度與鋼板尺讀數1 m處對齊，待測量復核斜率符合要求后方可進行打樁。

因地層較軟，初打時下沉量較大，宜低錘輕打，隨著沉樁加深，沉速減慢，起錘高度可漸增，以有效降低錘擊應力，盡量不使管樁受到偏心錘打，以免管樁彎扭破壞。打樁較難下沉時，要檢查落錘有無傾斜偏心，特別是要檢查樁墊樁帽是否合適。如果不合適，需更換或補充軟墊。每根樁宜連續一次打完，不要中斷，以免難以繼續打下。

3.3 接樁

接樁采用端板焊接連接，焊縫等級為二級［5］。當下節樁的樁頭距地面0.5～1.0 m［6］時，開始進行接樁。先將焊接面清刷干凈，再在下節樁頭上安裝導向箍引導就位，當PHC樁對好后，對稱點焊4～6點［4］加以固定，然后拆除導向箍。由2名電焊工對稱施焊，焊接層數應大于等于3層［5］，內層焊渣必須清理干凈后再焊下一層，要保證焊縫飽滿連續。焊接采用二氧化碳保護焊，焊縫不得凸出樁身，可與樁身外壁平起或凹進1～3 mm［7］，表面不得有氣孔、夾渣，弧坑裂紋、電弧擦傷，并按不小于20%的抽檢比例進行手工超聲波探傷。焊好的樁接頭應自然冷卻8 min以上［6］，涂刷環樹脂涂層自然凝固后方可錘擊沉樁。接樁的原則是接觸緊密，現場連接操作簡便，并要注意新接樁節與原樁節的軸線一致。

3.4 送樁

為將管樁打到設計高程，需要采用送樁器，送樁器用鋼板制作，長度3～4 m不等，一般送樁器長度視送樁深度而定。送樁器應有足夠的剛度和較小的變形量，以有效地傳遞能量給樁。

送樁前，將送樁器的下端置于樁頂，上端由樁機夾樁器夾持。送樁器的規格和強度須適應樁頂、樁機的構造要求，外形不致使下打阻力明顯增大，且易于拔出、以盡可能少帶起土體。送樁器宜堅硬牢固、不產生彎曲變形、能多次重復使用。送樁器和樁兩者的軸線在一條直線上，以減少偏心影響。

3.5 樁頂高程及貫入度確定

為保證能夠將PHC管樁送入到指定的高程位置，應提前在送樁器上做好水平刻線，作為終錘高程線，送樁時只要將送樁器向下錘擊到終錘高程線與水準儀十字絲的橫絲對齊即可，終錘高程線的位置就是從送樁器底部向上量取定值，該定值為儀器高與樁頂高程之差。

由終錘高程線向下每隔10 cm引1道水平刻線，連續引3道，在送樁到接近設計高程時可以數每下降10 cm錘擊數，以此來計算終錘時貫入度。

3.6 終錘標準

管樁的沉樁以設計高程控制為主，貫入度為輔。設計控制指標為:

(1)樁尖達到設計高程，最后10擊貫入度小于等于12 cm且總錘擊數不超過規范規定的2 500擊時以設計樁尖高程為控制指標;

(2)樁尖達到設計高程，最后10擊貫入度大于12 cm時即報設計院請設計院明確處理方案;

(3)樁尖達不到設計高程，但總錘擊數超過規范規定的2 500擊貫入度指標10擊小于等于10 cm同時樁尖高程與設計樁尖高程差值不大于2 m時，即可終錘。

4 施工注意事項

4.1 管節的焊接

PHC管樁的焊接要保持2管節的軸線一致，施焊面上的泥土、油污、鐵銹等要預先清刷干凈。接樁時在下節樁頭上安裝導向箍或加定位鋼筋。引導上節樁就位，施工時兩端板之間間隙不應大于2 mm［5］，拼接處坡口槽電焊應分層對稱進行，焊縫應連續飽滿。接樁時上下段樁的中心線偏差不得大于2 mm［2］，節點彎矢高不得大于樁段的0.1%。管樁焊接施工應由有經驗的焊工按照技術規程進行，根據鋼端板的鋼材型號選擇合適的焊條，用CO2氣體保護焊進行焊接［8］。

4.2 打樁應力的控制

打樁應力的控制要點如下:

(1)在整個打樁過程中，應注意控制樁錘、替打、樁身在同一軸線上;

(2)每根樁宜連續一次打完，不要中斷，以免加大打樁應力;

(3)初打下沉量可能較大，宜采取低提錘，隨著沉樁貫入度減少，起錘高度可漸增;

(4)“重錘低打”能有效降低錘擊應力，樁錘對樁頭的錘擊速度越快，在樁身上(產生的應力波強度也越高.即打樁應力與錘擊速度成正比，所以為降低錘擊應力并保持較好的貫入度，應采用較重的樁錘和較低的速度施打;

(5)選擇合適的樁墊可以延長錘擊作用時間、降低錘擊速度。并借以降低錘擊應力;

(6)防止錘擊過度。根據經驗，PHC管樁的總錘擊數不宜超過3 000擊，最后1 m的錘擊數不宜超過300 擊［6］。

5 施工應急處理

在PHC管樁施打過程中會由于PHC管樁自身質量、現場施工操作、施工地質條件等因素，導致部分管樁出現打裂或打不到設計高程現象，對于這些樁基一般都采取補樁措施。

5.1 打裂的PHC管樁處理

一般PHC管樁出現裂紋有以下幾點原因:PHC管樁自身有質量缺陷、樁頂偏心受力、強行糾偏角度過大、地層太硬樁尖無法穿透。對于打裂的PHC管樁在處理時，通常采用在其外側凈距20 cm處補加同直徑、同樁長、同傾斜率PHC管樁的辦法。

5.2 樁尖無法達到設計高程的PHC管樁處理

對于樁尖無法達到設計高程的管樁視其截樁高度而定，如果截樁高度在2 m以內，則不用采取措施可以直接進度下道工序施工，如果截樁高度超過2 m且單個承臺截樁數量大于等于3根或是2根角樁的，需要補加同直徑、同樁長、同傾斜率PHC管樁。

對于一些地質條件不理想，致使PHC管樁根本就無法達到設計高程的，則將該承臺管樁全部改為鉆孔樁，如果已經施打了部分管樁的，則在其旁邊補加鉆孔樁，補樁的最終目的和原則就是，保證該承臺樁基各項技術指標都能夠設計及施工要求。

6 工程監測與結果評價

按照上海鐵路局印發的《上海鐵路局建設項目預應力混凝土管樁施工管理暫行辦法》中的文件要求，對施工過程中的管樁焊縫進行超聲波無損檢測，要求達到二級焊縫要示，抽檢比例不小于20%;施工完成后的管樁進行小應變檢測、靜載試驗及大應變檢測，檢測比例為小應變100%檢測;靜載試驗按照樁數的2‰進行，單個工點不少于3根，實際抽檢3根;大應變按照樁數的5‰進行，單個工點不少于3根，實際抽檢3根［6］，通過對工藝試驗樁及已施工完成的管樁進行檢測分析，監測結果與設計值分析比較，所施工的PHC管樁焊縫等級、樁身完整性、極限承載力及最大沉降量均滿足設計施工要求。

7 結語

橫潦涇特大橋采用大直徑PHC管樁陸上沉樁技術方法，將橋梁基礎由以前的鉆孔樁變為PHC管樁，與常規施工方法相比，其具有占地少，安全風險低，不影響跨線交通，質量有保證，成本節約，施工速度快等優點。同時，PHC管樁施工方法集中了生產場地，形成工廠化標準管理，有效控制施工質量，最大限度降低了對周圍的干擾。其具有先進的施工工藝和高效率的特點，在國內外橋梁建設基礎中也得到成功應用，其具有更大的發展和推廣空間。

采用大直徑PHC管樁陸上沉樁技術方法，從工效上大大減輕了工期壓力大的難題，從工藝和控制上克服了常規施工中出現的不足。根據檢測結果與現場施工情況，施工全過程安全、穩定、快速、優質，達到了又好又快的優質目標，成功解決了該工程工期壓力大的難題，降低了工程風險與工程造價。

作為一種成熟的工程產品，由于PHC管樁性能卓越、工程適應性強，在施工中具有低噪聲、無污染、施工速度快、文明施工等特點，在工程上越來越得到廣泛應用。但其應用仍有一定的局限，如施工過程中對場地平整度及硬化強度要求較高，PHC管樁在鐵路樁基上進一步的發展應用還應當突破一些施工技術難題，如打裂樁頭的處理、截樁高度的處理、貫入度的明確以及同一斷面管樁接頭率問題，筆者認為PHC管樁的發展方向應是改良拼接工藝。

［1］TB10012—2007 鐵路工程地質勘察規范［S］.

［2］中鐵第四勘察設計院集團有限公司.滬杭甬鐵路客運專線施工圖［Z］.武漢:中鐵第四勘察設計院集團有限公司，2008.

［3］中華人民共和國鐵道部.TB10218—2008 鐵路工程基樁檢測技術規程［S］.北京:中國鐵道出版社，2008.

［4］周新興.DBJT08—92—2000 先張法預應力混凝土管樁［S］.

［5］蔣元海，匡紅杰，等.GB13476—1999 先張法預應力混凝土管樁［S］.

［6］湯關祚，蔣元海.03SG409 預應力混凝土管樁(國家建筑標準設計圖集)［S］.

［7］薛吉崗主編.客運專線鐵路工程施工質量驗收標準應用指南［S］.北京:中國鐵道出版社，2005.

［8］JGJ18—2003 鋼筋焊接及驗收規程［S］.

［9］中華人民共和國建設部.GB50205—2001 鋼結構工程施工質量驗收規范［S］.北京:中國計劃出版社，2002.

［10］上海鐵路局.上鐵建發［2009］180號 預應力混凝土管樁施工管理暫行辦法［Z］.上海:上海鐵路局，2009.