管樁在擴建道路工程地基加固中的應用

王永春

（上海市凱達公路工程有限公司，上海 201600）

0 引言

隨著我國經濟社會的迅速發展，許多現有道路已無法適應日益增長的交通需求。因此，必須對現有道路進行拓寬改造，而加寬部分的地基往往需要處理。目前采用的加固方式主要有換填處理法、拋石擠淤法、灰砂樁法、水泥攪拌樁法、預應力管樁法等。

1 工程概況

葉新公路是貫穿松江區政府下轄的葉榭、泖港和新浜三鎮之間的城鎮交通動脈，道路改建完成后，將為鄉村振興提供更強的交通保障，為市民出行帶來更大的便利。

葉新公路路面的現寬為12m，改造完成后路面寬度為38m，擴建形式主要為單邊拓展和雙邊拓展。新路面設計為在現有路面上進行填高，設計中采用的地基處理方法主要有清淤換填處理、兩灰填筑路基、水泥攪拌樁加固、高強混凝土預應力管樁（PHC）等。葉新公路地處松江區黃浦江以南，沿線土層情況主要有浜填土、粉性土和黏性土質。設計要求在路面采用雙側拓展，在填土高度大于2.5m 的段落采用PHC 管樁加固地基,另在橋臺兩側各30m 的范圍內采用PHC管樁進行地基加固。

2 PHC 管樁施工

2.1 PHC 管樁的加工、運輸

PHC 管樁必須在工場集中預制，且管樁所用的建筑材料、成品檢測指標、外表品質等要達到《先張法預應力混凝土管樁》(GB 13476—2009)的要求。該工程項目所使用的PHC 管樁長度L=24m，AB 型；混凝土強度等級采用C80，外徑400mm，壁厚95mm，開口型。為了使相鄰樁的接頭錯開1m 以上，采用11m 和13m兩種規格進行連接。

采用半掛車運輸，每車約運輸8～10 節管樁，現場使用25t 吊機吊放，將管樁放置于樁機側面，上、下樁配套供應。但因為各節預應力管樁噸數都較大，所以應盡量避免在現場兩次倒運。運至現場的預應力管樁要嚴格按照國家技術規范標準進行檢驗,不符合的不能通過。預應力管樁存放前，應先將現場整平、壓實，然后按規定設二支點存放，堆積層數不宜超過三層，在吊放過程中還要切實做好抗滾保護等措施。

2.2 施工工藝

管樁施工主要采用錘擊法，利用樁錘吊起下落的勢能，直接作用在管樁樁頂，將管樁沉入土層中，達到規定深度，通過樁身與周圍土體的摩阻力及樁底的支承力，滿足地基的受力要求。工藝流程：場地整平、壓實—測放樁位—設備安裝就位—吊樁—打下節樁—接樁（接頭驗收）—打上節樁—送樁—檢查、驗收—樁機移位。

2.3 前期準備

組織現場施工者熟悉工程設計圖紙、施工場地及相應的地質資料，并確定沉樁范圍、沉樁數量。按照管樁的施打次序對樁位進行編號，并了解工藝執行過程的相關要求，以制定工程建設質量的保障措施和工程進度規劃。

首先完成清表，平均清表厚度應≥50cm，其次整平、壓實，平均密實度應不小于0.9。當地面潮濕，密實度難以達到要求時，再向下翻松一層，并摻入6%的石灰拌和并碾壓，確保密實度不小于0.9。沉樁前，要調查好施工作業區域的高空、地上及地下的障礙物，對于不在搬遷范圍內的管線、設施等，要做好保護措施，打樁機行走路線要平坦、堅實。

2.4 打樁機的安裝、驗收

打樁機械在由具有安裝資格的單位安裝完畢后，要進行全面驗收，檢驗內容主要包括：機械的日常維修與養護工作，達到緊固、潤滑、防腐蝕、清潔性好，安全保護裝置完整合理，機械傳動部位連續、安全、運動良好，測量指示儀表警告燈、照明系統安全、完整，機械高度限位裝置完整、合理、安全，現場懸掛操作規程等，驗收合格后再投入使用。

2.5 打樁順序

打樁順序應根據地質情況、樁機操作空間、樁機行走線路等綜合因素來確定，一個施工段內的沉樁深度基本相近。打樁通常從中間向兩邊進行,應避免從兩邊向中間施打,防止土體過于擠密,造成中間樁貫入困難。如果鄰近建筑物或地下管線時,則應朝向遠離建筑物或管線的方向施工,防止土體擠壓對建筑物或管線造成損傷。橋臺后管樁加固區域,要先進行管樁施工,再進行橋臺基礎及下部結構施工。

2.6 打樁施工

2.6.1 測放樁位

先使用全站儀打出樁點位，用竹簽或鋼筋頭做好標記，樁機行走基本到位后，再次校核竹簽或鋼筋頭，該工程管樁平面為3m 間距的梅花形布置。

2.6.2 樁機就位

打樁時，機械操作人員應按照在現場放好的定位筋行走打樁機，先復核樁中心點，在樁心處引出十字線，釘四根定位樁。為了探明樁中心點下方是否有老基礎等較堅硬的障礙物，應先用送樁器試打，確認無誤后吊出送樁器，準備吊樁。

2.6.3 吊樁落位

用鋼絲繩把第一個下節樁吊起，用吊錘在其正面和側面進行檢測，再用樁機自身調節垂直度，樁身垂直度及點位偏差要符合規范要求。

2.6.4 打樁

在樁體垂直度和樁位偏差符合要求后，可進行打樁。施打前，應在樁頭上放置襯墊，施打后要做好沉樁記錄，安排兩名工作人員在正、側兩面用吊線錘查看樁身是否傾斜，如發現傾斜超標應立即調整。

2.6.5 管樁施工應符合規定

下節樁起吊就位，利用打樁機自身調節垂直度，垂直度誤差要滿足規范要求，不滿足要求時要拔出重插。預應力管樁開始施打后,要安排專人做好打樁記錄。當樁頂露出地面約1m 時停錘，然后吊放上節樁,調節樁體的垂直度，使樁體保持垂直。接頭采取焊接法接樁,但錯位誤差不能超過規范要求，接頭焊接驗收合格后繼續施打至工程設計深度。要求11m 和13m 兩種長度的樁交錯布置，以保證相鄰樁接頭位置錯開1m 以上。

預應力管樁開始施打后，務必要一次性連續打到底，中途盡量不要停歇，并按照施工計劃盡量的減少接樁時間。該工程的樁頂高度低于經清表、整平、壓實后的地面25cm，樁頂入土前要采用送樁器，送到設計要求的深度后即可收錘。

2.6.6 預應力管樁施打過程中,應安排專人填寫預應力管樁的施工記錄表,經工程總包施工單位的質檢員和監理單位的旁站監理簽字確認后，方可成為有效的施工記錄。

2.7 焊接接樁的要求

樁下沉到比地面高出約1.0m 時，接上節樁。接樁時應上、下對正，調整樁體垂直度，保證樁身垂直，并在下一節樁的樁頭部設置導向箍，兩節樁的對位誤差不得超過規范要求。

管樁連接前，應用鐵刷將上、下端板表面的污垢、污物等清洗一遍，以保持接頭部件干凈，對接口不平之處,用楔入鐵片進行填平。焊時將，兩個焊接件應對稱進行，先在斜坡處外圈對稱點焊六個點，待二節樁牢固后，再將下一節樁的導向箍拆開，分級施焊。先施焊內部,完成后把焊渣處理完畢，再施焊外層，最少焊兩層，焊縫應連續、飽滿。經檢查，焊縫要達到《建筑鋼結構焊接規程》(JG J81—91)的規定。

焊完樁接頭后，要讓自然風吹冷，嚴禁人為潑水降溫，自然放置時間應不少于8min,自然降溫后再繼續施工。

2.8 樁帽及襯墊的設置規定

樁帽一般做成圓筒式，內徑略大于預應力管樁外徑，套在樁頭上的筒體深度通常約為400mm。在加工制造樁帽時，樁帽應具備一定的抗壓強度、剛性和耐打性。在樁帽和樁頭的中間要設置彈力襯墊，襯墊所使用的材質可為硬紙面、涂膠板、麻袋、編織袋等，襯墊材料必須平整鋪設，且夯實后的厚度不能小于120mm。打樁階段應經常進行檢查，不滿足要求的要及時處理。

2.9 送樁器的設置規定

送樁器通常為圓筒式，在加工制造時，要求具有一定的抗壓強度、剛性和耐打性能，尺寸也要適應送樁深度的要求，送樁深度不宜大于2m。

送樁器的兩端面均應保持水平,并與送樁器的中心主軸互相垂直。套在樁頭上的筒體深度通常約為400mm，內徑略大于預應力管樁的外徑。

2.10 PHC 預應力管樁檢測

預應力管樁檢測的主要內容和指標均應滿足設計和標準要求，設計文件檢測標準規定：樁身完整性檢測，抽檢數量應為總樁數的10%；豎向抗壓力測試，抽檢數量應為總樁數的1%，且不少于5 根；復合地基承載能力測試，抽檢數量應為總樁數的0.3%，且每作業面不少于3 根，檢測時應隨意選擇，做到測試樁均勻分布。

2.11 樁帽施工

該工程的樁頂高度，按工程設計要求應低于清表壓實后的地基高度25cm，以樁位為中心按1.4m×1.4m 的正方形挖深30cm，現澆C30 鋼筋混凝土，厚度為30cm，將樁體嵌入樁帽中5cm，樁帽和管樁間采用樁塞鋼筋混凝土連接，樁塞填充混凝土的深度為從樁頂向下35cm，底部用木塞塞緊。

2.12 鋪設褥墊層

一段施工作業面內的樁帽混凝土滿足養護齡期后，即可全斷面的填筑褥墊層，材料采用級配碎石，厚度為60cm，同時在60cm 厚的級配碎石內需鋪設兩層鋼塑土工格柵。

3 常見問題及防控措施

3.1 樁體傾斜

樁體傾斜產生的原因主要有：第一，場地沒有充分平整、壓實，樁機底盤支墊不穩固；第二，施打前，樁身的垂直度沒有控制好，垂直度偏差超標；第三，樁位下有堅硬的障礙物。

預防的措施主要有：其一，先清表，而后整平、壓實，并要求密實度不小于0.9，且樁機的擺放要求支墊水平、牢固；其二，由正、側兩面用兩個吊錘，利用打樁機調節樁體的垂直度，要求傾斜率滿足規范要求，在入土后再重新校核垂直度，滿足條件后可繼續施打；其三，吊樁前，先用送樁器將樁壓入地基中2m 深，檢查淺層處有無堅固障礙物，較淺的堅固物可先破除再填密實，如果障礙物較深而無法打破，應及時通知業主、設計部門商討解決方案。

3.2 樁頂掉角、開裂

樁頂掉角、開裂的原因主要有：第一，樁頂平面不垂直于管樁的中心線，且樁頂面不夠水平，受錘擊力不均勻；第二，樁頂與樁帽之間的接觸表面不均，或樁頂襯墊結構受到破壞，錘擊時樁頂受力不均勻，局部整體應力聚集導致樁頂掉角、開裂；第三，樁錘跳動過高；第四，預制管樁時，施工管理人員沒有嚴格控制各道工序，致使混凝土結構不密實或養護不到位，樁頂的水泥保護層過厚。

預防的措施主要有：其一，管樁進場后，應先仔細檢查構件，察看端面是否水平，有無凹凸，以及樁頂平面是否與樁的中心線垂直，發現問題要及時與廠家商議解決辦法，驗收有問題的樁不得使用；其二，在樁頂與樁帽的接觸面間要設置彈力墊，并經常進行查看；其三，施工中應盡量“重錘低擊”，嚴禁高起高落，根據管樁類別及現場土質情況，合理選用樁錘；其四，預制管樁時，應確保樁身混凝土密實，養生要及時到位，安裝鋼筋時，應嚴格控制鋼筋擺放的位置及保護層厚度。

3.3 接樁處開裂

接樁處開裂的主要原因是接頭焊接不滿足規范要求。

治理辦法主要有：其一，接樁施工前，用鐵刷清洗上、下結合表面的污垢、污物等，對接口部也要刷至露出金屬光澤，對接口部不平之處，應楔入鐵片進行填實；其二，將上節樁和下節樁對正后，先將兩個焊接件對稱點焊六個點，再分別進行內層和外部的焊接，焊接層數最少兩層，且焊縫要連續、飽滿，滿足相關規范要求。

3.4 樁身斷裂

引起樁體斷裂的主要原因有：第一，在工場制作管樁時，工序管理不規范，以致樁體混凝土強度不能滿足設計要求、樁體不順直，在施打過程中造成樁體斷裂；第二，穩樁時，樁體的垂直度不能滿足規范要求，施打中樁體受彎，又或在兩節樁接樁時，兩節樁的軸線不在同一條線上，致使樁身受力不均發生斷裂。

防治的措施主要有：其一，制作管樁時，要嚴格控制各道工序，確保管樁質量滿足設計及規范要求；其二，在穩樁及接樁時，要確保樁身垂直度滿足要求。

3.5 地面隆起、鄰樁出現位移

發生該問題的原因主要有：在打樁過程中，樁體擠壓附近的地基土，使地基土受到過大的擠壓而向上隆起，甚至導致相鄰的樁發生位移。尤其在一些地基土較密實，預應力管樁平面布置間距較小的施工段，最易發生該問題。

防治措施主要有：其一，根據設計文件編寫合理、可行的施工計劃，操作時要按照從中間向兩邊或周圍的順序打樁；其二，設計時要根據勘查資料，合理布置樁與樁之間的間距；其三，遇到固定的結構物時，施打順序要向背離結構物的方向進行。

4 結語

預應力管樁制作工廠化集中預制，便于操作，成樁質量可靠，且施工速度快、工期短、工效高、污染小，同時采用預應力管樁進行地基加固處理，可以大幅提高復合地基的承載力。但樁在制作過程中，如果工藝控制不到位，依然會出現樁體彎曲、樁身強度不足、樁端面不夠水平等質量問題；運至現場施打的過程中，如果不嚴格遵守各道工序的規定，也會出現樁體傾斜、樁頂破碎、接頭焊縫不滿足規范要求等現象。相較于挖孔樁、鉆孔樁等其他樁基礎，預應力管樁更為便捷，質量也更有保障。預應力管樁在今后的地基加固處理工程中，也將會得到更廣泛的推廣和應用。