摘要：本研究通过分析阜阳地区软土地基环境，结合商合杭铁路阜阳西站工程项目，探讨了预应力混凝土管桩锤击法施工技术的实践应用。工程试验中根据试桩结果，采用DD-12.8（锤重8.3t）柴油锤打桩机打桩，当进尺深度在0~3m范围内时控制锤距为1~1.2m，进尺深度在3~21m之间时控制锤距为1.4~1.6m能取得良好的成桩效果。并且，经过对试桩结果的分析可以得知，管桩进入到土层13m时，每米锤击发生量显著增多，这验证了地勘资料中该深度范围为密实砂土的准确性。试桩结果对于阜阳西站大面积采用锤击法进行预应力混凝土管桩加固地基施工具有指导意义，对类似工程同样具备参考价值。
关键词：路基工程；预应力混凝土管桩；锤击法；施工技术
引言
预应力管桩加固的软土地基是在柔性基础下施加刚性垫层所形成的复合地基，该加固方式作为一种新型的软土地基加固形式被广泛应用到铁路、桥梁、堤坝等基础设施建造当中[1-4]。圆筒体混凝土桩是预应力管桩的主要组成部分，同时还配备了预应力钢筋和箍筋、端头板和钢筋箍等。管桩根据混凝土强度级别的不同分成两类，C60或C70的PC桩以及C80的PHC桩[5]。管桩施工可以依靠锤击方式或静压方式，锤击施工拥有施工简便、成效高的优势，可是却容易受人为或外界干扰，使得桩体质量无法确保，严重时还会造成质量隐患或安全事件[6]。因此，为提高管桩锤击法的应用价值，通过现场试桩明确锤击法施工过程中的关键参数以及施工工艺对于规模化的施工而言极富现实意义。
本研究以商合杭铁路阜阳西站项目为施工背景，通过预应力管桩锤击法的现场试验明确了锤击法施工中包括锤重、锤距以及不同进尺深度下的单米锤击数等施工关键参数，并对地勘资料的准确性进行了验证，为后续大规模的锤击法施工提供了宝贵经验。
1.工程概况
新建商合杭铁路站前SHZQ-6标段第二项目分部辖区起点里程为DK182+785.71，终点里程为DK192+000.11，管线全长为9.21km。其中阜阳西站起讫里程为DK182+785.71～DK185+735.47，路基全长为2.95km，占线路总长的32.0%，该车站与郑合场、规划京九客专场并站设置。
根据阜阳西站路基工程地质设计图，阜阳西站起讫里程范围内原地面以下6.6-9.4米为软弱土层（黏土、粉土、粉质粘土），下层为0-9.3米厚砂层，再下层基本全为软弱土层（黏土、粉土、粉质粘土）。由上到下土层分布形式见表1。
表1 地基土层分布情况
2.地基加固措施
根据地质勘测资料，应对阜阳西站路基正线地基进行加固处理。施工过程中通过利用PHC预应力高强度混凝土管桩实施加固处理，管桩规格为PHC-AB-400（95），采用强度是C80的混凝土，桩径设定0.4m，壁厚度是9.5cm，相邻两个管桩保持2.2m距离，布设呈正方形，桩长度采用20m或30m，单桩荷载力需要大于950KN。加固施工共利用了43667根管桩，设计总量124万延米。
3.锤击法施工现场试验桩体
利用试桩针对地质数据以及机械、技术、工艺流程进行复核，将锤击力度、落距进行确定，与此同时开展单桩承载能力测试和相关质量检验。
3.1 试桩方案
试验段选在DK184+244～DK184+776路基段，本次管桩工艺性试验选取DK184+619.8及DK184+644共4根管桩为试验桩，桩号依次为该段管桩的5排10#、12#和16排10#、12#。4根试验桩桩长度都是30m，桩顶标高30.5m，配节方式为13m加5m加12m。各桩间距为2.2m，按照正方形布置。各桩位置关系如图1所示。
图1 试验桩位布置图
锤击法成桩的流程如图2所示。
图2 施工工序流程图
3.2 试桩方法
3.2.1 放线
经过校准的布设点，利用全站仪采取坐标方式进行管桩定位，为了避免控制点发生偏移，需要在控制的0º和90º位置布设辅助点，以实现对控制点的监测。当场经过测量和定桩，差值不应当超过20mm。根据一系列控制点按顺序引出轴线位置，结合设计图以及现场首先能够针对每根管桩进行定位，采取撒白灰同时布设标识的方式（通常利用竹签），使实践中作业人员可以更快的找到桩位。
（a）竹签标记 （b）轴线定位
图3 放线定位
3.2.2 吊装
首先操纵吊车把管桩由原位吊送到桩架周边，接着通过桩机的特殊的起桩重钩与卷扬机的结合进行管桩吊装。吊起过程中应当使速度保持均匀，避免由于过快造成撞击导致管桩受损。
起吊设备平行运移管桩采取两点捆绑法，其捆绑起吊点位置离桩端0.2L（L：桩长）。机架上附设起重钩吊桩入位时，采取一点捆绑法，其捆绑起吊点位置离桩端0.2L（L：桩长）。
图4 管桩吊装方式
3.2.3 插桩（植桩）
试桩采取DD-12.8（锤重8.3t）柴油锤打桩机打桩，桩打入进行中实施桩角度调整的难度较大，所以入位时就需要做到准确放置。首节管桩进入地层时，应当尽可能使位置方位达到要求。结合具体状况进行适当改进，开始用较小的力度打下，详细检验，如果存在偏差需要尽快调整，严重偏离的情况下应当拔出再次打入。校核桩的垂直度可采取垂直角，即用两个方位（互成90°）的全站仪与桩体互相垂直。利用桩机导架的扭转、滑行及驻留实施调整。全站仪应安设在不受打桩限制的位置，并经常加以调平，使之保证垂直。
沉桩控制中，校正桩垂直度是重要的一步，应当引起足够关注。插桩下入土30～50㎝为宜，然后进行调校。桩机操作者根据施工者的指令，对双方角度尺进行有效控制，使两个方向都处于零点位置，将桩机维持持在水平状态，将垂直度校正在标准值范围内才可以沉桩。沉桩进展中，作业人员应当实时监测桩的进尺情况，一旦存在阻碍物、发生桩杆位移，需要分步进行调整。
首节管桩完成起吊后进入地面的垂直度差值不应当超过1%，同时通过长条水准尺或其它的测量设备进行校准；必要时，宜拔出重插。施打中，桩锤、桩帽、桩身轴线应重合。
3.2.4 打桩
沉桩前选用15cm 厚的直纹木垫作为锤垫，桩垫用麻包、木夹板，压缩后薄厚不小于12cm，锤击过程中经常检查实施替换。通过全站仪针对桩身垂直情况进行检验，桩身垂直度调整与沉桩同时进行，防止因为桩身偏向一侧造成损伤。严禁使用顶拉桩头、桩身等方式进行校正。在整个打桩过程中，要使桩锤、桩帽、桩身尽可能维持在中心线上。初打时封闭供油泵油门，当贯入度小于100mm/击时，再开启油门进行常规打桩操作，正常打桩采取重锤轻击。此过程中的试桩打桩机锤重为8.3吨，沉桩时锤落距保持1.8m范围中。打桩操作需要保持连续性，避免由于长时间停歇给土层凝固创造环境，加大沉桩施工的难度。打桩初期阶段需要利用相对稍低的落距，同时将经纬仪设置在相对垂直的方向上，以观测桩身垂直度，待桩身达到相应的进深并保证方向准确后，开始实施标准的锤击。
沉桩过程中应隔桩跳打，试桩沉桩顺序为5-10、5-12、16-10、16-12。
3.2.5 接桩
本试验研究利用焊接的方法进行管桩连接，连接过程中，需要保证管桩接头质量达标，采用铁刷对上下端板表层进行杂物清除，坡口位置需要刷出金属光芒。焊接作业中，首先于坡口周边进行点焊，具体做到4~6点对称，等到上下节稳固后拆掉导向箍圈然后进行分层焊接，焊接中针对对接部位的全部桩身周边实施，严禁仅对焊点焊，进行对称焊接。焊接通过手工方式进行，一共焊接三层，每一外层的焊接需要保证不存在内层焊渣，也就是应当进行适当的清洁工作，焊缝需要达到填充密实、不间断的标准，并且做到根部足够透，当焊接处自然冷却后再实施沉桩作业，冷却时间不宜少于8min，自然冷却8min以后涂刷防腐漆，防腐漆涂刷均匀。严禁用水冷却或焊好后立即沉桩。
图5 接桩工艺现场照片
3.2.6 成桩
采用锤击法施工时桩帽或送桩器与管桩周围的间隙应为5～10mm；桩锤与桩帽、桩帽与桩顶之间加设弹性衬垫，衬垫厚度应匀称，且经锤击压实后的薄厚不宜小于120mm，在打桩阶段应持续观察，实时进行更替和增补。重锤与桩顶需要匹配，宜重锤低击，管桩到达持力层但无法满足设计纵深时，可按贯入度控制，接连三阵的每阵（10锤）击贯入进深不宜大于20mm。单桩总锤击数不宜高过1500，最后1m的锤击数分别不宜大于200。沉桩距设计桩顶标高0.5m时，减小桩锤的落锤冲程，用水准仪实时监测桩顶标高。
3.3 锤击法试验结果
表2 试桩结果分析
4.结论
通过阜阳地区软弱地层条件下预应力混凝土管桩的锤击法进行试桩试验，总结获得了适用于该地层区域的锤击法施工控制技术如下：
（1）锤击设备锤头重量是8.3t，锤击距离保持1~1.6m可以符合工程要求。
（2）试验数据表明，单根管桩一共发生的锤击量没有超过1500次，最后1m距离中的总锤击量不高于200次，与设计要求相符。
（3）通过每米锤击数分析，管桩在深入地层13m左右，锤击数量明显增多，证实了该地层深度下为密实状态的砂土层。
（4）通过试桩检测成果及现场施工情况来看，锤击机沉桩施工工艺及沉桩方法是切实可行的，人员组织及机械配备是科学合理的，可以在后期的大面积管桩施工中进行应用。
参考文献：
[1]陈泽松，夏元友，芮瑞，等.管桩加固软土路基的工作性状研究[J].岩石力学与工程学报，2005，24（a02）：5822-5826.
[2]徐至钧，李智宇.预应力混凝土管桩基础设计与施工[M].机械工业出版社，2005.
[3]徐惠纯.PHC管桩在提梁机轨道基础设计中的应用[J].铁道标准设计，2009（5）：68-71.
[4]陈焰明.PHC管桩在温州防洪堤工程中的应用与研究[D].浙江大学，2012.
[5]王离.预应力混凝土管桩十年来在广东的推广与应用[J].混凝土与水泥制品，1997（3）：37-40.
[6]代亚辉.PHC管桩锤击法施工质量控制[J].外语与翻译，2010，11（2）：196-199.
论文作者:段长利
论文发表刊物:《基层建设》2018年第15期
论文发表时间:2018/7/25
标签：管桩论文; 阜阳论文; 预应力论文; 混凝土论文; 西站论文; 土层论文; 进尺论文; 《基层建设》2018年第15期论文;