中铁五局集团路桥工程有限责任公司
摘要：经过多年的发展，预应力管桩在适用性、可靠性和耐久性等方面有了较大提高，预应力技术也在公路桥梁的建设中，得到了越来越广泛的应用。本文通过讨论预应力管桩的适用条件,并对不适宜直接使用的条件下采用桩底、桩侧注浆提高承载力的方法进行了分析,认为预应力管桩在合适条件下具有明显的缩短工期的经济优势,在一些不适用的地质条件下通过注浆加固也可采用。
关键词：预应力；桥梁；应用
引言
预应力混凝土管桩包括预应力高强混凝土管桩(简称“PHC桩”)、预应力混凝土管桩(简称“PC桩”)和预应力混凝土薄壁桩(简称“PTC桩”)等,是在近代高性能混凝土(HPC)和预应力技术的基础上发展起来的混凝土预制构件,是建设部科技成果重点推广项目。与传统钻孔灌注桩、预制方桩和钢桩相比,预应力混凝土管桩有着单桩承载力高,造价便宜;施工速度快,工效高；桩身完整性好,耐腐蚀性强；对持力层变化大的地质条件适应性强等优点。正因为预应力混凝土管桩的这些特性,弥补了传统灌注桩、预制方桩和钢桩在桥梁工程中应用的不足。
1预应力管桩的优点与局限性
1.1与钻孔灌注桩相比,预应力管桩具有以下优点:
(1)预应力管桩的单桩承载力高。
(2)抗弯性能好。预应力管桩选用高强度、低松弛的螺旋槽钢棒作为预应力主筋,使桩身具有较高的预压应力,其抗弯性能良好。预应力管桩有卓绝的贯入性能,能穿透密实的砂层, 能适应复杂的环境与地理条件。管桩施工时桩底设置桩尖,常用的桩尖有十字形、圆锥形和开口形,可根据不同的地质条件选用。
(3)质量稳定可靠。由于采用工厂预制的生产方式,能利用先进的工艺和设备,质量容易控制,产品质量容易保证。
(4)应用范围广。工厂生产、商品供应,可以有不同的规格、长度供选择,使设计选用范围广,容易布桩,对桩端持力层起伏变化大的地质条件适应性强。管桩分为不同的直径(常用40、50及60cm)、壁厚和强度(分普通混凝土和C80以上的高强混凝土),使用时根据不同的设计承载力要求选用。
(5)施工速度快,工期短。预应力管桩在工厂商品化生产,能按施工要求及时供桩,施工前期准备时间短,一般能缩短工期1～2月。
1.2预应力管桩在实际应用中也存在以下局限性:
(1)场地内分布有深厚粘性土层等,在此种地质条件下采用管桩易发生挤土效应,处理不当会造成管桩上浮和斜桩,影响桩基承载力。
(2)有些地质条件不宜应用预应力管桩。土层中含有较多严重影响沉桩施工及桩承载力可靠性的孤石或其他障碍物；土层中含有不宜作持力层且管桩又难以贯穿的坚硬土层;拟作为桩基础持力层的岩层面起伏变化较大或岩层面倾斜;淤泥等软弱土层下直接到达碎石土层或风化岩层等持力层。
2 桥梁桩基施工中预应力管桩的适用条件和不适用条件及应对措施
2.1预应力管桩的适用条件
当覆盖土层较厚，能提供较好的持力层（贯标值大于25击），虽然是基岩溶洞发育，但是连续完整的微风化岩层埋藏较深时，宜采用预应力混凝土管桩。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆原因分析如下：假设桩底设置在溶洞以上一定距离的持力土层中，此时若采用传统的钻孔桩基础，其缺点是：若设计为钻控支承桩，就须穿过溶洞将桩底设置在深层基岩上，施工时需进行溶洞处理；若设计为单根钻孔摩擦桩，将桩底放在溶岩以上的土层，则覆盖土层的厚度可能达不到，桩基达不到所需的承载力；若设计为多根钻孔摩擦桩，采用群桩构造，则形式与管桩基础相似，从施工速度、构造与受力、建设费用等上看，还是采用管桩基础为好。
2.2桥梁桩基不适用条件及应对措施。
管桩基础在基岩埋藏较浅、覆盖层较薄，有孤石、表层软土层较厚等情况下不适用，否则易导致桩身倾斜、桩体折断、桩端或桩头破损等问题。但若采用桩底或桩侧注浆加固等辅助措施，则可以在某些不利条件下适用。比如，当覆盖层较浅，基岩溶洞发育，连续完整微风化岩层埋藏较深时，若采用单根大直径桩基，需设计为支承柱，桩基要穿过多层溶洞；若采用管桩，若桩底不落在顶层岩面，也会因覆盖土层过薄而导致单桩承载力过低，如果把桩打到岩面又会面临许多不利因素，这时可在管桩的基础上配合采用桩底加固等辅助措施。具体做法是先把管桩打到距岩面一定高度处，然后采用注浆或高压旋喷等工艺，把桩底至岩面的土层加固到一定强度（通常可得到单轴极限抗压强度5MPa以上的复合土体），或将桩侧土体注浆加固，从而使管桩的承载力大为提高。如有必要们还可以将顶层的溶洞一起注浆填充加固。如采用桩底加固管桩基础时，应根据溶洞的发育程度、溶洞大小、重弹情况、顶层岩面的厚度及倾斜情况等综合考虑。
3 管桩的注浆处理
3.1桩底注浆
当管桩桩端持力层承载力不能满足设计要求,而持力层土质适合注浆加固时,或持力层下伏溶洞顶离桩端较近时,宜对桩底持力层注浆加固,或注浆填充溶洞,以提高管桩的单桩承载能力。管桩桩底注浆可利用管桩内管,采用地质钻机成孔,孔数不少于2个。当采用二次注浆工艺时,孔径不宜小于75mm,以满足放置两根注浆管的需要。对于溶洞注浆,压浆前采用高压水切割溶洞内的填充物和溶洞顶底板表层的风化岩层,清洗溶洞顶底板,水流射压不小于15MPa。切割清洗的同时,采用气举清渣工艺将溶洞内的填充物等抽出。直到出水口的水流变清再压浆。先利用低压将浆液注入桩底空洞,等观测孔的出浆与注浆浆液浓度一致时再采用高压压浆,一般情况下最终的稳压压力为2MPa 左右,稳压时间不小于10min。若在压浆量达到估算总量时达不到稳压压力,或不能达到稳压时间,则应进行间歇注浆。水泥浆液中可酌情加入速凝剂。
3.2 桩侧注浆
当管桩较长,桩端持力层承载力不能满足设计要求,而持力层土质不适合注浆,或注浆后也不能满足承载力要求,需通过增加桩侧摩阻力来保证管桩达到设计承载能力时,宜对管桩桩侧注浆加固。采取桩侧钻孔注浆,对桩周土体可能产生扰动,当桩侧为细粒土时注浆压力超过劈裂压力,则土体产生水力劈裂,呈现劈裂加筋效应。当桩侧为粗粒土时,浆液通过渗透、部分挤密、填充及固结作用,使桩侧土空隙率降低,密度增加,呈现渗透填充胶结效应。浆液充填桩身混凝土与桩周土体的间隙,提高桩土间的粘结力。上述两种效应不仅使桩周土恢复原状,面且提高了桩周土的强度,另外,浆脉结石体像树根一样向桩侧土深处延伸,促使桩侧摩阻力和桩体承载力大大增强。
4 结束语
作为一种相对成熟的工程产品，管桩已得到了广泛的应用，但其应用仍有一定的局限性。预应力混凝土管桩的发展方向是大直径管桩，相信预应力混凝土管桩今后必将在建筑工程中得到更为广阔的应用。
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[5]徐至钧．预应力混凝土管桩设计施工及应用实例．中国建筑工业出版，2009．
论文作者:周小虎
论文发表刊物:《基层建设》2015年25期供稿
论文发表时间:2016/3/22
标签：预应力论文; 管桩论文; 溶洞论文; 承载力论文; 土层论文; 注浆论文; 混凝土论文; 《基层建设》2015年25期供稿论文;