薄壁預(yù)應(yīng)力混凝土管樁處理橋頭軟基施工技術(shù)
摘要：橋臺沉降是高速公路施工中亟待解決的難題。在我國南方，軟土地基上橋臺沉降尤為嚴(yán)重。本文介紹了預(yù)應(yīng)力混凝土管樁處理軟土地基的工作原理，施工工藝，并對橋臺處軟土地及進(jìn)行處理，沉降和承載力要求均較好的得到了滿足。
關(guān)鍵詞：預(yù)應(yīng)力；混凝土管樁；軟土地基；施工方法
1前言
近些年來我我國高速公路建設(shè)迅速發(fā)展，在南方，高速公路主要分布在沿海以及長江和珠江三角洲等經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的地區(qū)，而這些地區(qū)又是軟土分布普遍，由于其低抗剪強(qiáng)度、高壓縮性和弱透水性，工程力學(xué)性能極差，直接影響工程的穩(wěn)定性和耐久性。若軟基處理不當(dāng)，會嚴(yán)重影響工程質(zhì)量和使用功能，甚至造成工程事故，尤其是橋臺沉降問題。預(yù)應(yīng)力混凝土管樁在解決橋頭跳車方面有較好的效果。
2薄壁預(yù)應(yīng)力混凝土管樁工作機(jī)理
樁—淺基的復(fù)合基礎(chǔ)，由樁土共同承擔(dān)外荷，不但可提高地基承載力，而且還可以減少路基的沉降，并有利于減少震動時土的液化危害。基礎(chǔ)—樁—土共同工作的原理有以下幾個方面：
3.1基礎(chǔ)和樁對上下端阻力的加強(qiáng)作用
一是群樁相互作用的旁壓邊載影響，群樁在豎向荷載作用下，樁的刺入破壞引起樁尖周圍土的側(cè)向變形而受到群樁阻礙制約。二是群樁的遮擋作用，它限制約束樁間土，從而提高了土的強(qiáng)度。
3.2基礎(chǔ)對樁身側(cè)摩阻力的消弱作用
帶樁帽的單樁與無樁帽的單樁的豎向變形是不同的，前者明顯小于后者（這是樁的變形受到樁帽限制和樁間土受到壓縮引起的），從而制約了樁身上部摩阻力的充分發(fā)揮。
3.3土受荷過程中的滯后作用
在豎向荷載作用下，基礎(chǔ)下的樁和土受荷是非同步的，即樁間土承受荷載在群樁之后。
3.4單樁豎向力計算
預(yù)應(yīng)力管樁主要考慮豎向受壓荷載的情況
式中—相應(yīng)于荷載效應(yīng)基本組合時的單樁豎向力設(shè)計值；
—樁身橫斷面面積；
—混凝土軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計值；
—樁身截面混凝土有效預(yù)加應(yīng)力；
—工作條件系數(shù)，取0.6～0.75；
3管樁特點(diǎn)
（1）管樁混凝土達(dá)到100%設(shè)計強(qiáng)度后才能出廠以及運(yùn)輸與施工。
�。�2）由于管樁長度較大（通常為8～12m），其吊裝宜采用兩支點(diǎn)法或兩頭勾吊法，繩索與管樁的夾角不得小于45°，以減小其水平受力。
�。�3）管樁運(yùn)輸過程中支點(diǎn)采用兩支點(diǎn)法支撐法（支點(diǎn)距離樁端0.2L處），并墊以楔形掩木防止?jié)L動，嚴(yán)禁層與層之間墊木與樁端的距離而造成錯位。
�。�4）管樁堆放場地應(yīng)壓實(shí)平整，并有排水措施。管樁堆放應(yīng)按兩支點(diǎn)進(jìn)行，最下層支點(diǎn)宜放在墊木上，且各支點(diǎn)應(yīng)在同一水平面。堆放層數(shù)應(yīng)根據(jù)管樁強(qiáng)度、地面承載力、墊木及堆垛穩(wěn)定性等綜合分析確定，并應(yīng)符合表1的規(guī)定。
4工程應(yīng)用
4.1工程概況
本工程處于杭嘉湖湖沼積平原亞區(qū)，其中，樁號K32+953～33+003是小梅港特大橋橋頭路段，寬48.4m，采用400mm先張法預(yù)應(yīng)力管樁處理，加固面積2420m2，設(shè)計樁長28m，采用10+10+8m的組合方式。地質(zhì)條件第一層為亞粘土，厚1.5m，灰黃色，硬塑；第二層為亞粘土厚2.2，灰色，軟塑，含有機(jī)質(zhì)，層理，夾亞砂土；第三層為亞砂土，厚20.2m，灰色，稍密，含云母，局部呈層壯，夾薄層亞粘土；第四層為淤泥質(zhì)亞粘土，厚3.6m，灰色，流塑，含有機(jī)質(zhì)，呈鱗片狀，見貝殼碎片。
4.2管樁施工
4.2.1選擇沉樁機(jī)械
沉樁可采用錘擊或靜壓等沉樁方式。上述施工路段因距離村莊較近，周圍環(huán)境對噪音要求較高，所以采用靜壓法。400㎜預(yù)應(yīng)力混凝土管樁豎向極限承載力設(shè)計值為1600KN，結(jié)合具體工程地質(zhì)情況，沉樁設(shè)備自重與配重合計1800KN，沉樁設(shè)備配有加載反力讀數(shù)系統(tǒng)。
4.2.2施工步驟
因施工場地地基承載力較小，所以在施工前用宕渣將場地硬化處理，以便滿足設(shè)備行走的要求。用測量儀器將施工段落的樁位一一放出，并用竹簽標(biāo)示，然后人工將管樁樁尖埋設(shè)就位。
管樁安裝：用鋼絲繩捆綁管樁，用沉樁設(shè)備自帶卷揚(yáng)機(jī)將管樁吊起，小心安裝至樁尖上，并調(diào)校管樁垂直度。
沉樁：管樁調(diào)正位置后，啟動沉樁機(jī)械開始沉樁，沉樁過程中注意觀察加載反力讀數(shù)變化是否正常。若發(fā)現(xiàn)異常，及時停止沉樁，檢查沉樁機(jī)械是否平穩(wěn)或地質(zhì)是否與地質(zhì)報告符合等。
接樁：采用鋼端板焊接法，當(dāng)管樁的上端距離地面1m左右時，即可接樁。接樁前，先將下段樁頂清除干凈，加上定位板。然后，把上段樁吊至合適高度，將其放在下段樁端板上，依靠定位板將上下樁段接直。如果接頭處有空隙，應(yīng)采用楔形鐵片全部填實(shí)焊牢，接口處坡口槽電焊應(yīng)分層對稱進(jìn)行，焊接時應(yīng)采取措施減少焊接變形，焊縫應(yīng)連續(xù)飽滿（滿足二級焊縫），焊后應(yīng)清除焊渣，檢查焊縫飽滿程度。接樁時上下段樁的中心線偏差不宜大于5㎜，節(jié)點(diǎn)彎曲矢高不得大于樁段的0.1%。
4.2.3質(zhì)量控制
�。�1）盡量減少接樁，單樁接頭不宜超過4個。
（2）管樁一般不宜截樁，如遇特殊情況確需截樁時，可采用如下幾種方法：人工鑿；混凝土切割器；液壓緊箍式切割機(jī)；液壓千斤頂式截樁機(jī)；鋼鋸、風(fēng)鎬。
人工截樁難度大，費(fèi)時費(fèi)力，不宜保證質(zhì)量，一般不宜采用。
4.2.4樁帽施工
樁帽的主要作用是減少管樁豎向變形，進(jìn)一步提高復(fù)合地基的承載力。
�。�1）樁帽施工順序：開挖基坑、支立模板、幫扎鋼筋、澆筑混凝土以及樁帽間回填土的夯實(shí)。
（2）樁帽施工時注意控制頂高程基本在一個水平面上，這樣便于路基填方的施工。
4.3加載實(shí)驗(yàn)
�。�1）目前在高速公路設(shè)計施工中，利用預(yù)應(yīng)力薄壁管樁處治橋頭軟基，還處于實(shí)驗(yàn)推廣階段，所以需要做一些必要的實(shí)驗(yàn)。32+953～33+003路段管樁設(shè)計用量695棵，按3‰的比例做承載力實(shí)驗(yàn)。
（2）通過承載力試驗(yàn)，得到如下結(jié)論：本路段加固前壓縮性極大，經(jīng)加固后，采用最大實(shí)驗(yàn)荷載為1300kN，利用慢速法進(jìn)行加載，結(jié)果最大沉降量為7.51mm，最大回彈量為4.61mm，單樁極限承載力不小于1300kN�？梢�，經(jīng)加固處理后，塑性變形僅為2.9mm，這樣在樁土共同作用，完全能夠解決橋頭沉降的問題。
