预应力管桩在沪宁高速公路拓宽工程软基处理中的应用

预应力管桩在沪宁高速公路

拓宽工程软基处理中的应用

丁林江,严晓生

(东盟营造工程有限公司　西安市　710065)

摘　要:沪宁高速公路地处江南水网地区,软基范围广,在路基拓宽工程中,新旧路基的拼接是难题之一。根据沪宁高速公路沿线不同的地质条件,部分软基段采用了先张法预应力钢筋混凝土管桩进行处理,有效地解决了软基段新旧路基的沉降差问题,取得了良好的效果。

关键词:预应力管桩;软基处理;拓宽;应用

沪宁高速公路主线长2481216km,其中软基段约91km,占总长的37%。全线于1996年9月建成通车,原路基宽2315m,双向四车道。随着长三角经济的腾飞,交通量也迅速增加,2003年的交通量已超过40000辆/d。为了满足交通量的迅速发展,全面提高交通运输的整体服务水平,经多方论证,宁沪公司决定将沪宁高速公路由双向四车道拓宽为双向八车道,路基宽度由原来的2315m拓宽至4215m。

沪宁高速公路拓宽工程,我局分别在无锡、镇江承建了HNC1、H HN E1和HN E2等3个标段,主线长491099km,其中软土地基长141434km,约占总长的2414%。全线软基处理采用3种方案:

(1)软土深度≤3m,换填处理;

(2)3m<软土深度≤10m,水泥搅拌桩处理;

(3)软土深度>10m,预应力管桩处理。

3个标段共完成预应力管桩346338m,其中P TC桩309972m,P HC桩36366m。经检测,用预应力管桩处理软基,沉降基本稳定,新老路基拼接处基本无变形,成桩质量优良,处理效果良好。

1　预应力管桩的主要性能及使用条件

111　成品管桩的性能及检验

沪宁高速公路所用的P TC桩及P HC桩均由专业工厂集中预制,质量较稳定,主要指标:PTC桩水泥混凝土强度等级为C60,外径400mm,壁厚70mm;　　P HC桩是高强度预应力管桩,水泥混凝土强度等级为C80,外径400mm,壁厚80mm。每批管桩进场时均有出厂检验合格证,我方按表1的要求进行现场检验,若6项指标均符合要求,该批管桩为合格,否则为不合格。

表1　管桩成品检测指标及频率

序号成品检测项目检测方法检测频率

1

原材料及

构造要求

检查报告、

分批次试验

按同一厂家连续进场的10000m

管桩为一批随机抽取一组2

水泥混凝土

抗压强度

检查报告、

抗压试验

按同一厂家连续进场10000m

管桩为一批,在搅拌站随即制

作5组试件同步养生并进行水

泥混凝土抗压强度试验3

产品标识

和外观质量

目测、尺量自检100%、抽检20% 4尺寸偏差尺量

按同一厂家连续进场的10000m

管桩随机抽取10根5抗弯性能抗弯试验

上面4个项目合格后每批随机

抽取2根

6保护层厚度尺量

抗弯试验完成后,在2根中抽

检1根

112　预应力管桩的使用条件及布设

(1)P TC桩为预应力薄壁管桩,适用于10m≤软土深度<20m的一般软基路段。要求静压桩机的最大压力≥180t。

(2)P HC桩为高强度预应力管桩,适用于有双　　

收稿日期:2009-07-03

层软土且中间有硬土夹层,软土深度≥20m 的路

段,要求静压桩机的最大压力≥280t 。

(3)桩位平面呈正方形布设,高路基填土高度>4m 时,管桩中心间距为215m ;高路基填土高度≤4m 时,管桩中心间距为4m 。2　施工准备工作

(1)修建临时便道,做好施工时的排水措施;选

择靠近便道的空地,经平整碾压后,作为管桩临时堆放场地。

(2)对每台进场施工的压桩机进行统一编号,并按要求填写“设备进场许可证”,注明该机械的型号、最大压桩力、压桩速度、压桩行程、施工段落;桩机操作手应有上岗证并将姓名及联系电话挂在每台桩机醒目处,以便监督检查。

(3)施工前根据地质资料和设计文件,了解现场的水文地质情况、土层土质情况;按照设计文件和实时性施工组织设计的要求,制定切实可行的施工技术方案。

(4)沪宁高速公路拓宽工程采取首件工程认可制。在正式开始压桩施工前,选定某一段落按制定

的施工技术方案进行首件工程施工,根据现场施工情况,由施工单位和监理共同对首件工程进行评审和总结,针对现场情况,编写首件工程总结报告,并进一步修改、完善施工组织设计及施工技术方案,再提交开工报告,批准后方能进行大面积施工。

(5)试桩。试桩一般为5根,根据每个不同软基段的设计桩长选择有代表性的桩位进行试桩施工,桩长为该处的设计桩长,根据试桩结果确定该软基段的实际桩长;试桩采用双控标准,即桩长和压力均应符合设计要求。

①P TC 桩达到设计桩长时,若压桩力小于80t 时,应继续加力下压,直至压桩力大于100t 时停止;若未达到设计桩长,则应将压桩力加至180t 且桩底无典型软土层时终止。

②P HC 桩达到设计桩长时,若压桩力小于100t 时,应继续加力下压,直至压桩力大于180t 时

停止;若未达到设计桩长,则应将压桩力加至280t 且桩底无典型软土层时终止。3　预应力管桩施工311　施工流程(图1

)

图1　预应力管桩施工流程

312　路基底板的施工

(1)先清除地表的杂草、树根、耕植土等,整平地表;在新路基外侧开挖临时排水边沟,临时排水边沟不得和农田排灌沟渠共用,并保证施工期间

不积水。

(2)翻松地表土25cm ,掺5%石灰后整平压实,压实度达到87%,并形成不小于2%的外倾横坡。

(3)路基底板的施工质量及检验要求见表2。

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公　　路　　　　　　　　　　　　　　　　2009年　第8期　

序号检查项目质量要求和

允许偏差

检查频率检查方法

1底层厚度≥25cm6处/2000m2尺量

2底层压实度≥87%6处/2000m2密度法测量

3底板处理

宽度

≥新路堤坡

脚线+2m

6处/200m皮尺测量

313　桩位放样

根据设计文件和技术交底所确定的坐标控制点和水准点进行桩位放样,采用经纬仪定出桩位。用石灰做出桩位标记,圆心用小木桩或竹签标记,并注意保护所做标记。

(1)压桩。

用钢丝绳绑住桩身单点起吊,小心移入桩机,然后调平桩机,开纵横两向油缸移动桩机调整对中,同时用相互垂直的两个方向经纬仪检查垂直度。第一节桩压入土中30～50cm后检查和校正垂直度,垂直度控制在015%以内。开动压桩装置,记录压桩时间和各压力表读数,保持连续压桩并控制压桩速度(1～2)m/min。

(2)接桩及焊接要求。

预应力管桩有6m、8m和10m等3种规格,施工时根据各个桩位的桩长,按“长桩在下,短桩在上”的原则进行组合。当桩长≤10m,不超过1节;桩长≤20m,不超过2节;桩长>20m,不超过3节。接桩时桩头应高出原地面1m左右,下节桩桩头应加上导向箍,便于上节桩就位,使上、下节桩保持垂直,其错位偏差不大于2mm。管桩焊接前,上、下端表面应用钢丝刷刷干净,直至其坡口处刷出金属光泽。焊条必须用5字开头的焊条,焊工应有上岗证。焊接时有2个焊工先对称在四周焊6点加以固定,然后拆除导向架。2个焊工对称进行分层焊接,焊接层数不少于2层。焊缝应连续、填满两端板四周的坡口位置,层间的焊渣必须处理干净,焊缝质量达到三级焊要求。焊接好的桩头应自然冷却8min,严禁用水冷却。

(3)送桩。

送桩前用水准仪确定地面标高,并在送桩杆上做标记。送桩过程中要跟踪,动态检查送桩深度。送桩器下面设置桩垫,桩垫应厚度均匀并且与桩顶全断面接触。

(4)终止压桩。

正常情况下按设计桩力送桩,达到设计高程后持荷(正常压力)10min且沉降量不超过2mm/min 后方可结束送桩;非正常情况下桩长按双控标准执行。

314　预应力管桩的质量要求及检验

每一软基段预应力管桩施工结束后,应申报监理及业主进行中间检查验收。实测结果见表3。

表3　预应力管桩的质量要求及实测值

序　号检查项目质量要求和允许偏差实测值检查频率检查方法1桩位±10cm2～8cm抽查2%经纬仪测量2第一节桩垂直度≤015%011%～014%查施工和监理记录经纬仪测量3后续桩垂直度≤1%012%～018%查施工和监理记录经纬仪测量4接桩时错位偏差≤2mm0～2全部尺量5焊接层数≥2层2层全部目测6焊接点数≥6点(对称位置)6点全部目测7桩长度≥设计深度符合要求全部锤球法测量8桩头标高±5cm0～±3cm抽查2%水准仪测量9桩身完整性符合设计要求符合设计要求100%底应变检测

315　桩帽的施工

(1)管桩施工结束后,经监理验收合格,才能进行桩帽施工。

(2)在桩头位置开挖桩帽土体,开挖的长度、宽度和深度与桩帽设计尺寸相同,经过整修,形成土模。

(3)按照设计要求绑扎钢筋,浇筑水泥混凝土并养护。

(4)桩帽的质量要求及实测值见表4。

316　碎石土垫层和加筋网的施工

(1)垫层材料应为未风化的干净砾石或轧制碎石,自然级配,粒径为20～50mm,含泥量小于3%。

(2)铺筑第一层10cm碎石,推土机整平,碎石

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　2009年　第8期　　　　丁林江　严晓生:预应力管桩在沪宁高速公路拓宽工程软基处理中的应用　　表4　桩帽的质量要求及实测值

序号检查项目

质量要求

和允许偏差

实测值检查频率检查方法

1轴线偏位±15mm2～10mm抽查2%经纬仪检查2平面尺寸±30mm5～22mm抽查2%皮尺测量3帽顶标高±20mm3～17mm抽查2%水准仪测量

4水泥混凝

土强度

符合设计

要求

符合设计

要求

抽查2%取样试验

缝隙用石屑填充并碾压密实。

(3)铺筑第一层钢塑格栅,钢塑格栅与其下面的碎石垫层贴合紧密平整。

(4)铺筑第二层20cm碎石,推土机平整,碎石缝隙用石屑填充以激振力200kN以上的振动压路机先稳压1～2遍,再振压3～4遍。

(5)铺筑第二层钢塑格栅,钢塑格栅与其下面的碎石垫层贴合紧密平整。

(6)铺筑第三层10cm碎石垫层,施工工艺与第二层碎石相同。

317　施工控制注意事项

(1)汽车运桩时,桩的悬臂长度应≤115m,在车上应错位分层叠放,不超过5层并捆绑牢实。

(2)工地堆放管桩应选择经压实平整的场地,并用垫木支撑,叠放不超过3层。

(3)P TC、P HC预应力管桩均采用静压法施工,要求静力压桩机的压入力,P TC桩≥180t,P HC桩≥280t。压桩速度一般应为018～110m/min,一次压桩行程为115～210m;静力压桩机采用顶压法压桩,禁止采用抱压法压桩。

(4)管桩起吊时,施工人员应注意安全,佩戴安全帽,用口哨等响亮器具指挥管桩起吊,防止桩断裂或环裂。施工过程中,施工人员应检查和记录静压机压力表读数、压桩速度,并做好详细的施工原始记录,若发现异常应及时停止并报告监理。接桩、焊接时,应有专人全程进行焊缝质量检查。送桩时应设专人检查送桩深度,并复核桩顶标高是否达到设计要求。

(5)桩长控制及检查。预应力管桩属地下隐蔽工程,应保证每根桩都达到设计深度。在预应力管桩压入前,应检查其长度规格和长度组合是否满足设计文件要求,宜在预应力管桩的端部用红色油漆做出长度和桩位标记。压桩按“从内侧向外侧、每根桩先长桩后短桩”的顺序施工,在压后一排桩之前要检查前一排桩的偏位情况。压桩结束后,用锤球法检查桩的打入深度,并记录每个桩位的实测深度。

(6)桥头采用预应力管桩处理的路段,为了减少施工预应力管桩时对老路基桥台的影响,在管桩桩位加设塑料排水板。塑料排水板采用C形带金属丝塑料板,施工前应先对钻孔灌注桩、管桩桩位按设计要求放样定位,靠近桥台处根据现场情况适当调整预应力管桩布设位置。当预应力管桩与钻孔灌注桩中心间距≥215m,应调整间距但不减少桩的总数量。施工时先施打塑料排水板,塑料排水板施工完成后再施工预应力管桩,自老路基锥坡向外和桥台内侧横向逐排施工。桥头采用P HC预应力管桩处理的路段,台背后4排管桩的桩帽纵向应连成整体,桩帽采用C20水泥混凝土现浇,最后施工钻孔灌注桩。

(7)管桩施工结束后,如桩顶高出设计高程,应将高出部分凿除

。其方法为:先在高出的管桩上按设计高程划出标线,并用小手锤沿线上方3～5cm 凿除管桩的水泥混凝土部分,露出钢筋,用氧割或电焊割断钢筋。在割钢筋的时候,要注意安全,一般在割钢筋的同时用绳子牵引被割除部分管桩倒向指定地方。

在割除之前,高出地面的桩头应小心保护,防止施工机械碰撞。机械挖土时,应控制铲斗入土深度,防止挖土机铲斗碰撞,导致桩头破损。

318　沉降观测

31811　观测断面和观测点的设定

(1)软基段每300m设1个观测断面,每个断面(半幅)分别设5个观测点,其中拓宽部分设3个点(具体布设见图2),通过5个点的沉降观测,可测得各控制点的沉降、路基拱坡度的变化及新老路基的沉降差;非软基段每2km设2个观测断面。

图2　拓宽工程沉降观测断面示意

(2)特大桥、大桥桥头及工程地质情况复杂路段应增设一个观测断面;中小桥桥头及人工构造物处

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视具体情况确定增设与否。

(3)为了使沉降观测数据有可比性,在确定观测断面时,应与老路的沉降观测断面综合考虑确定。31812　沉降观测期

(1)在拓宽工程施工期内,老路基每3个月观测1次,至少观测12次。

(2)新拓宽路基的观测期应视路基的实际填筑

期而定,观测期一般为5个月,期间沉降观测应不少

于8次。沉降观测部位及时间为:

①路基地面完成后;

②填筑之下路堤底部;③下路堤中部;④下路堤底部(路床顶面以下115m );⑤路床底面(路床顶面以下018m );⑥上路床底部(路床顶面以下013m );⑦路床顶完成后;⑧路面工程开工前。31813　施工期沉降的控制标准

(1)拓宽工程路基在填筑期间,要求路基实测沉降速率≤3mm/月,老路路中的实测沉降速率≤2mm/月。

(2)拓宽工程路面施工期间,要求路基实测沉

降速率≤2mm/月,老路路中实测沉降速率≤1mm/月,路基横坡变形<014%。

(3)经过管桩处理的拓宽工程完工后,实测沉降速率<1mm/月。

沉降观测资料表明,经过管桩处理过的软基段均能满足上述要求,处理效果良好。4　结语

由于预应力管桩均在工厂集中预制,质量容易保证;在现场根据不同的软基条件采用不同型号的

管桩(P TC 及P HC )符合实际情况;P TC 及P HC 桩均采用静压法施工,而且要求静压力较大,分别达180t 及280t ;达到设计高程后,还需持荷(正常压力)10min ,沉降量≤2mm/min 方可停止送桩。管桩都进入了持力层,因此,管桩处理过的软基承载力得到提高。到达设计深度后再浇注桩帽,铺筑碎石垫层和格栅构成了复合地基。沉降观测资料表明,经过预应力管桩处理的软基路段,沉降很小或基本无沉降,新老路基拼接处基本无变形,使用效果良好,但造价较高。

Application of Prestressed Pipe Pile to Soft Foundation T reatment of

H uning Expressw ay Extension Project

D I N G L in 2j ia ng ,Y AN Xiao 2s heng

(Eastern Alliance Construction Engineering Co 1,L TD ,Xi πan ,710075,China )

Abstract :The Shanghai 2Nanjing Exp ressway is located in river network area of Jiangnan ,t he scope of soft roadbed is broad ,in bot h of t he old and new subgrade engineering ,joining is one p roblem 1According to t he different geological conditions along Shanghai 2Nanjing Expressway ,t he part of t he soft foundation are treated by p retensioning met hod wit h p restressed reinforced concrete pipe pile ,t he subsidence differ 2ence of t he old and new subgrads of t he soft roadbed section is effectively solved 1The good result s are achieved 1

K ey w ords :p restressed pipe pile ;soft foundation t reat ment ;extension ;application

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