公路深層軟基處理中PTC樁施工及檢測實例分析

張廣彬

(河南省交通規劃勘察設計院有限責任公司)

1 概 況

湖南省岳陽至常德高速公路途經洞庭湖沉積區，沿線軟土分布區域地勢平坦，沉積層較厚，地層分布自上而下一般為種植土、粉質黏土、淤泥質黏土、粉砂、細砂、花崗巖全風化層等，其分布埋藏淺、厚度大，具有孔隙比大、含水量高、滲透性差，有一定流變、觸變性，易導致路基沉降和失穩，不利于橋臺穩定。因此，需要對這些軟基段進行加固處理。

2 公路軟土地基的處理方法的選擇

公路軟土地基的處理方法主要是袋裝砂井法、擠密砂樁法、振沖碎石樁法、塑料排水板、加筋土工布、鋼渣樁法、CFG樁、深層攪拌法和預制混凝土管樁。其中袋裝砂井法、擠密砂樁法、振沖碎石樁法、塑料排水板、加筋土工布屬于排水固結法，不僅加固時間長，而且需要控制路基加載速率，導致施工工期延長;而鋼渣樁法、CFG 樁、深層攪拌法雖然處理效果較好，但是常規機械對于深度大于20 m 的深厚層軟土地基處理效果較差，由于岳陽至常德高速公路路基軟基處理深度最深的達24 m，所以對于深度大于15 m 的深厚層軟土地基采用預應力混凝土薄壁管樁(PTC)進行地基處理。

3 PTC 樁設計參數、施工工藝和檢測方法

3.1 PTC 樁設計參數

本工程預應力混凝土薄壁管樁(PTC)設計主要采用正方形平面布置，橋頭段樁距為2.2 m，過渡段樁距為2.4 m，樁徑均為φ400 mm，壁厚為70 mm。每根長度16 ～24 m。樁身混凝土強度等級為C60～C80。

3.2 PTC 樁施工工藝

本工程主要采用錘擊沉樁法和靜壓沉樁法施工，選用錘重一般為2.5 ～5 t。通過試樁校驗錘擊樁設備的技術性能、工藝參數及其技術措施的適宜性。PTC 樁每根不超過2 節組合。在樁身上畫出以米為單位的長度標記，用于靜壓或錘擊樁時觀察樁的入土深度。臨近橋頭15 m 范圍應先施工基底PTC 樁，再施工路基PTC 樁。基底清表完成后，填土碾壓至地面標高時，進行基底PTC 樁施工;施工順序由路基內側向外側進行，離結構物距離由近向遠進行;施工順序根據樁長和樁頂設計標高，宜先深后淺，先長后短;沉樁至設計深度后再澆注樁帽，鋪筑碎石墊層和加筋網，形成復合地基。

當PTC 樁需要接長時，采用焊接接樁。PTC 樁對接前，上下端板表面應用鋼絲刷清理干凈，坡口處露出金屬光澤。對接后，若上下樁接觸面不密實，可用不超過5 mm 的鋼片嵌填，達到飽滿為止，并點焊牢固。三個電焊工在成120°角的方向同時施焊。先在坡口圓周上對稱點焊4 ～6 點，待上下樁固定后再拆除導向箍再分層施焊。每層焊接厚度應均勻，焊接層數不得少于三層，焊縫連續飽滿。采用普通交流焊機的手工焊接時，必須用電焊條打底，確保根部焊透，第二層方可用粗電焊條4 ～5 mm 施焊;采用自動及半自動保護焊機的，應按相應規程分層連續完成。當設計對樁接頭有防腐要求時，對焊接好冷卻后的接頭進行防腐處理。

3.3 PTC 樁施工質量檢測方法

PTC 樁施工完成后，質量檢測依據國家行業標準規范進行PTC 樁質量檢測。對樁身完整性采用低應變反射波法檢測。對復合地基承載力采用堆載法檢測。

4 低應變反射波法檢測樁身完整性

4.1 檢測原理

采用低應變反射波法檢測PTC 樁樁身完整性，其原理如下。

樁長遠大于樁徑，樁可視為一維彈性桿。當在樁頂部進行豎向激振后，彈性波會沿著樁身向下傳播，其傳播規律服從一維波動方程。當樁身存在波阻抗變化的界面(如樁底、斷樁和縮頸等部位，將產生反射波和透射波。安裝在樁頂的加速度傳感器接收到反射波信號，經放大、濾波和數據處理，可識別不同部位的反射信息。縮頸和樁底處會產生拉伸反射波，而擴頸和土阻力的作用處會產生壓縮反射波。根據速度和樁底反射波到達時間計算樁的實際長度，判斷樁身缺陷位置。

4.2 實測數據及波形曲線

(1)樁身波速平均值的確定

進行PTC 工程樁檢測前，在工地現場放置的未施工PTC樁中，隨機選擇了五根12 m 長的PTC 樁進行了測試，以求取樁身波速平均值。實測波形曲線如下。

圖1 隨機選擇的PTC 樁實測波形曲線

經過計算，PTC 樁樁身波速平均值為4 326 m/s。

(2)典型實測波形曲線

本工程用低應變反射波法共檢測了356 根PTC 樁，在檢測數據中，選出了以下四種典型實測波形來進行分析。

①完整波形曲線

圖2 完整波形曲線(Exp=50)

②淺部缺陷波形曲線

圖3 淺部缺陷波形曲線(Exp=10)

③有輕微缺陷波形曲線

圖4 有輕微缺陷波形曲線(Exp=10)

④有嚴重缺陷波形曲線

圖5 有嚴重缺陷波形曲線(Exp=10)

4.5 檢測結果及原因分析

(1)樁身完整的PTC 樁結果分析

樁身完整的PTC 樁實測曲線結果如圖2 所示，由施工工藝、樁長和齡期對檢測結果的影響分析如下。

①施工工藝的影響

經過對比分析發現，采用錘擊沉樁法施工的樁身完整性比率遠低于采用靜壓沉樁法施工的樁基，而且采用錘擊沉樁法成樁的PTC 樁樁底反射比較明顯，采用靜壓沉樁法成樁的PTC 樁有部分樁底反射不明顯。說明靜壓沉樁法的施工質量優于錘擊沉樁法施工質量。

②樁長的影響

樁長在18 m 以下的PTC 樁樁底反射比較明顯，20 m 的PTC 樁樁底反射大多數不明顯。說明在地質情況變化不大的情況下，低應變反射波法適合于檢測樁長在18 m 以下的PTC 樁。

③齡期的影響

絕大部分所檢測基樁為當天施工，當天檢測。有一些基樁為施工后第二天檢測，實測曲線結果大多無樁底反射。說明低應變反射波法適合于施工齡期24 h 以內的PTC 樁檢測。

(2)樁身淺部缺陷的結果分析

樁身淺部缺陷的PTC 樁實測曲線結果如圖3 所示。經現場開挖發現破壞類型為樁頂碎裂，分析原因為施工時樁帽與樁的接觸面處不平整。

(3)樁身有輕微缺陷的結果分析

樁身輕微缺陷的PTC 樁實測曲線結果如圖4 所示。分析原因可能為接樁處表面不干凈，連接鐵件不平整，焊區質量較差或接樁上下樁中心線不在同一軸線上所導致。

(4)樁身有嚴重缺陷的結果分析

樁身嚴重缺陷的PTC 樁實測曲線結果如圖5 所示。經現場開挖發現破壞類型為樁身斷裂，分析原因可能為植樁后場地過重車，樁身承受彎曲過大或局部強度低，不能承受彎曲的作用力導致斷裂。樁的堆放、運輸、起吊過程中產生的斷裂，植樁前未發現，受力后導致斷裂。

5 結論及建議

(1)PTC 樁施工工藝優選靜壓沉樁法;

(2)低應變反射波法適合于檢測施工齡期24 h 以內、樁長在18 m 以下的PTC 樁樁身完整性;

(3)PTC 樁樁的強度必須達到100%后，方可植樁和沉打樁，按規范施工防止樁身傾斜;

(4)PTC 樁施工后場地禁止過重車，避免樁身受彎導致斷裂;

［1］公路橋涵施工技術規范(JTJ041 －2000)［S］. 人民交通出版社，2000.

［2］建筑基樁檢測技術規范(JGJ106 －2003)［S］. 中國建筑工業出版社，2002.