淺談PHC預應力混凝土管樁在高速公路橋梁中的應用

趙生星

(湖南省交通科學研究院有限公司，湖南 410000)

1 工程概況及管樁變更背景

(1)本工程為湖南省伍市至益陽高速公路，項目位于洞庭湖區，屬湖濱平原地貌，地勢平坦，伍益17標全線長7.243 km，主要以橋梁為主，橋梁長度5.642 km，占線路總長的78%。其中西林特大橋全長5.205 km(206跨)，橋梁樁基主要持力層為第四系中更新統白沙井組(Q2b)細沙、中粗砂、黏土、礫砂、圓礫。

(2)項目前期進場后發現本合同段，地處基本農田保護區，如果采用傳統鉆孔灌注樁，肯定會出現以下問題：鉆孔施工中采取泥漿護壁，將嚴重影響周邊的生態環境，廢漿鉆渣處理成本高；樁基施工時間相對較長，成樁時間慢，費用偏高；樁身混凝土保護層厚度控制難度大，影響結構耐久性；砂土、圓礫地層條件下長樁施工過程中易塌孔。基于以上因素，也為倡導國家推行的“綠色公路”建設理念，于2019年7月經設計方計算、出圖，正式將本合同段橋梁138個墩的鉆孔灌注樁變更為PHC600AB130預應力管樁。

(3)PHC管樁采用4根管樁(樁頂設承臺及系梁，現澆)代替一根灌注樁，管樁與承臺按剛接處理，采用配筋的填芯混凝土連接。

2 工藝流程

2.1 管樁進場驗收

管樁進場后逐根對樁長、樁徑、壁厚、強度回彈及外觀缺陷進行驗收，尤其對于壁厚不夠、樁身裂紋和端板處混凝土松散的成品樁，要進行標記予以返場處理，經施工經驗證明此類缺陷，極易造成爆頭而出現廢樁。

2.2 施工前準備

(1)測量放樣，使用全站儀精確放樣，測量原地面標高，計算出送樁深度。

(2)在互為垂直方向，距樁位約10 m處設置垂直度監測設備。

(3)在距樁位約10 m處安放全程錄像記錄設備，以備后續回看分析及相關存檔。

(4)焊接樁尖，本項目樁尖型式為開口型鋼樁尖。

(5)在樁身上用白板筆劃出以m為長度單位的標記，依次從下往上的順序標明樁身節段長度備用。

2.3 管樁沉樁

(1)為減少打樁對周邊環境的噪聲和油煙污染，本工程優先采用液壓打樁機，遵循“重錘低落距”的原則實施錘擊沉樁。

(2)錘擊沉樁，項目部施工員現場實時填寫錘擊沉樁施工記錄表，記錄表經施工員和現場監理員共同簽字確認。記錄表內容包括：原地面標高、加密水準點標高、錘重、落距、管樁批號、長度、生產日期、每米錘擊數、總錘擊數、最后1 m錘擊數、三陣錘貫入度，總用時。

(3)接樁，本項目管樁設計長度都在16 m以上，按2節進行配樁，管樁連接采用焊接，管樁施工避免樁尖在接近砂礫、圓礫等硬土層時進行接樁，保證上節樁所配樁長在沉樁完成后接頭位置在承臺底面以下應大于7 m，接樁時上一節管樁段的樁頭應露出原地面70 cm左右，上下節樁段應確保直順。焊接質量驗收合格經自然冷卻后焊接頭及鋼套箍表面涂抹防銹防腐涂層才能繼續沉樁施工；

(4)送樁，當最后一節管樁外露長度離原地面只有50～60 cm時，套上送樁器，送樁器上已做好明顯尺寸標記，根據準備階段計算出的送樁深度，在送樁器上劃出設計樁頂標高控制線和最后1 m起點線，記錄最后1 m錘擊數繼續施打至送樁深度設計標高并達到收錘標準后即刻收錘，終止施打。

(5)收錘標準及質量通病、截樁和樁頂接樁處理：最后1 m錘擊數≥80錘即可，本項目沉樁收錘以設計樁長控制為主，最后1 m錘擊數為輔，同時把最后貫入度作為校核指標。最后1 m錘擊數不大于300錘，總錘擊數不大于2 500錘。當樁長達到設計樁底標高但最后1 m錘擊數達不到收錘標準時，按如下方法處理：①若1個承臺下其他3根管樁均滿足要求，另1根管樁達到收錘擊數90%以上時，按設計標高收錘；②若單根最后1 m錘擊數與標準相差較大，應繼續錘擊沉樁1 m至達到收錘標準，如仍不能滿足，必須進行地質補勘和補樁處理。當樁長達不到設計要求但最后1 m錘擊數達到收錘標準且每米錘擊數依次增大時，為保證樁身完整性和防止樁頭疲勞損壞，按如下方法處理：最后1 m錘擊數到達收錘標準的2.5倍(200錘)以上，樁底距設計標高1～3 m時，可以按三陣錘的貫入度來判定(5～6 cm/10錘)，每陣錘貫入度逐步減少，報設計同意，可提前收錘：當達到收錘標準而樁長與設計值相差較大且無法繼續沉入時，需對地質情況重新補勘，必要時進行單樁豎向承載力靜載試驗。樁身或樁頂質量問題的處理：①首節樁出現質量問題時，應將樁身拔出后換管樁，若不能拔出，采取補樁處理；②第二節樁樁頂質量問題的處理：a當裂縫較輕微不影響沉樁時，可進行封閉處理，采用低擊(20～30 cm落距)沉樁至設計標高；b當裂縫較嚴重，可采用低擊沉樁(20～30 cm落距)至設計標高以上1 m左右的位置，由設計確認承載力是否滿足要求，若滿足可截掉樁頭開裂部分，若不滿足采取補樁方案；③經低應變檢測后發現樁頭有質量問題，可采取加長填芯混凝土(含鋼筋)或補樁處理；④補樁位置一般在問題樁的橫橋向外側，間距為1.5倍樁徑；問題樁截去開裂樁頭后按原設計與承臺連接。提前收錘和錘數過多導致樁頭疲勞損壞的管樁做截樁處理，若截樁時發現明顯的肉眼能看到的向下發展的裂縫應繼續下移截樁，將裂縫段去除；因最后1 m錘擊數不夠多送樁1 m和截樁后樁頂標高低于承臺設計底標高(≤2D)按接樁處理。

2.4 質量檢測

(1)所有樁身均進行樁身完整性檢測，采用低應變方法進行檢測，本工程樁身完整性合格率達到99%。

(2)每公里抽取2～3根樁身進行靜荷載試驗檢測單樁豎向承載力，本項目經試驗合格率100%。

3 成樁穩定性分析

成樁沉降觀測，對已完管樁選取最不利地段18個樁位共72根管樁，采用精密水準儀在成樁完成后、承臺完成后、下構完成后和梁板架設后分別進行了沉降觀測，時間跨度118 d，對數據進行統計分析，基本無沉降，樁身穩固。

4 存在的問題和解決建議

施工過程中存在的問題：(1)施工中存在的最大問題是錘擊振動導致老民房開裂；

(2)同一個承臺下不同基樁沉樁過程體現了地質差異；

(3)施工出現管樁爆頭和斷樁問題；本項目地處湖區，承臺設計不能露出原地面，管樁送樁深度達到1.45 m，管樁檢測增加難度需開挖基坑后才能進行，對檢測出存在爆樁或斷樁，需二次開挖接樁和重新回填至原地面補樁處理，存在工效降低，耽誤工期現象。

解決建議：(1)樁位點距民房距離必須在100 m以外，并在紅線邊開挖緩沖滯溝和對民房進行震動監測；

(2)增加地質補勘，一個承臺下4根管樁至少要有一個地勘點且鉆孔深度要超過管樁設計樁長；

(3)雖承臺不能外露，管樁設計樁長增加1.45 m的送樁長度，頂節管沉樁至與原地面齊平即可，這樣做的好處是有利于低應變檢測，對存在問題樁及時進行補樁處理不需要重新回填、再開挖基坑工作，開挖完基坑后截樁多余樁就可進行管內填芯混凝土(含鋼筋)和承臺施工。(承臺設計高度1.6 m，管樁深入承臺0.15 cm)

5 結 論

根據本項目實際施工經驗，一臺樁機每天可沉樁7根樁左右(相當于1.5根灌注樁)，PHC管樁施工進度相對比鉆孔灌注樁要快，穩定性可靠，能大大節省造價，又能減少排放利于環境保護，在湖區具備獨特的優勢，可全面推廣應用。