预应力混凝土管桩在公路软土路基中的应用

傅顺利孙金崔晓龙

【摘要】：软土路基具有高压缩性、承载能力低等缺陷，使得公路在使用过程中出现沉降、开裂、倾斜等问题。本文主要对预应力混凝土管桩在公路软土路基中的应用进行了探讨。

【关键词】：预应力;混凝土管桩;软土路基

Abstract: soft soil subgrade with high compressibility, low bearing capacity defect, making the road in the course of that settlement, cracking, tilt and other issues. This paper mainly discussed the application of prestressed concrete pipe piles in soft soil roadbed of Highway.

Key words: prestressed; concrete pile; soft soil subgrade

中图分类号：TU528.571 文献标识码：A文章编号：2095-2104（2012）05-0020-02

1前言

1.1公路常用软基处理工艺

1.1.1真空联合堆载预压

真空联合堆载预压法是一种同时具有真空和堆载预压双重效果的软基加固方法。实现真空预压主要是通过降低孔隙中的水压力，从而提高有效应力；堆载则是通过增大总的应力实现有效应力的提高。

1.1.2强夯法和强夯置换法[1]

强夯法又被称作动力压实法或估计法，是通过夯锤的自由下落冲击地基，产生振动能量，从而提高其承载力，并且有效的降低了其压缩性。强夯法是处理人工填土层过程中常用的方法，具有施工工艺完善、造价低等优点，但由于其有限的有效加固深度，使得难以保证在深厚人工填土层上的处理效果。强夯置换法是利用夯坑内的粗颗粒物料，如回填块石、碎石等，通过夯锤的夯击作用形成强夯置换墩，使得地基的性能得到改善。强夯置换法也是一种常用来处理人工填土层的方法，其处理效果比强夯法要好，而且造价也相对较低。

1.1.3换填垫层法

换填垫层法是用来处理持力层较软而不能满足上部结构载荷对地基要求的软土地基的方法，其基本原理是用强度较大性质较好的土层来替换软弱的土层，并且分层夯实至所要求的密实程度。目前，换填垫层法一般用来处理深度为2~3米的浅层地基，常采用的垫层有砂垫层、灰土垫层、碎石垫层等。

1.1.4水泥搅拌桩

水泥搅拌桩是一种用来对饱和软粘土地基进行加固的技术。首先，搅拌钻机将水泥注入软土地基中，同时进行强制搅拌，最终形成具有一定强度的水泥桩体，也被称为复合地基。水泥搅拌桩的优点很多，主要表现为：能过承受的加荷速率大、总沉降量低、抗侧向变形能力强、施工周期短等。

1.2预应力混凝土管桩的发展现状及优缺点

1.2.1 发展现状

预应力混凝土管桩是在预应力混凝土技术上发展起来的，通过结合先张法钢筋工艺、离心法和预应力技术、蒸气高压养护技术制备空心圆筒型体凝土构件，并利用大吨位压桩机将其压入地下，形成具有较大承载能力的基础桩基，已被广泛的应用于公用工程、桥梁、铁路、公路、水利、高层建筑等工程中。目前，预应力混凝土管桩可分为先张法和后张法预应力管桩，其施工方法主要有两种：一种是锤击沉桩法；令一种是静压沉桩法。

1.2.2优缺点

预应力混凝土管桩与灌注桩相比的优缺点主要表现在：

优点：单桩承载力高、抗裂变性好、施工效果优良、技术适应性广、工程造价低、环境破坏小等。

缺点：运输和零时堆放要求高、防腐要求高、对施工方案的技术措施要求高而且质量控制难度大、沉桩困难等。

2预应力混凝土管桩设计

2.1预应力混凝土管桩的加固原理

2.1.1摩擦型桩

摩擦桩是指作用在桩顶的竖向极限载荷主要或者全部由桩侧阻力承担的管桩。在桩顶载荷的作用下，桩土之间的相对位移产生桩侧阻力，从而将桩顶载荷换地给桩周土，有效的减小了桩端土层得载荷。

2.1.2端承型桩

竖向桩顶载荷主要或全部被桩端阻力承担的管桩称为端承型桩。一般情况下，端承桩的长径比较小，其通常深入至中密以上的砂层中，桩端阻力和桩侧阻力共同承担桩顶极限载荷，虽然桩端阻力承担的载荷较大，但桩侧阻力仍不可忽略。

2.2桩型和成桩工艺的选择

目前，成桩的工艺和方法多种多样，常用的方法主要由四种：

(1)预制桩。预制桩桩体首先在工厂或工程现场制备好，然后运送到指定的桩位处，通过蒸汽锤、自由落锤等机械设备对其进行打击、静压，将其打入到土层中。

(2)灌注桩。灌注桩又可以分为：钻孔灌注桩、沉管灌注桩、人工挖孔灌注桩、夯扩桩、支盘桩等。

(3)水泥土搅拌桩。水泥搅拌桩属于复合地基中的柔性桩，是利用搅拌机械将混凝土和水泥混合。

(4)碎石桩。

2.3单桩竖向承载力的确定[2]

在竖向载荷的作用下，桩端持力层产生塑性变形，当桩端出现不适于继续承载的变形时，这时所施加的载荷便为管桩的极限承载力。单桩竖向承载力可按下式进行估算：

式中： —单桩竖向承载力特征值

—单桩竖向极限承载力标准值

—安全系数

2.4设计布桩

2.4.1桩帽尺寸

桩帽尺寸对桩端极限阻力有很大的影响，一般情况下，随着桩帽尺寸的增加，桩端极限阻力也随之增大。

2.4.2布桩形式和桩间距

管桩一般采用均匀平面布桩的形式，桩间距在3m左右。

3预应力混凝土管桩的施工

3.1施工准备

3.1.1管桩起吊、运输、堆放

平板车辆是管桩运输的特定交通工具，叠放在钢制弧形托架上，叠放层数不大于5层，用钢丝绳固定。起吊时要从两端起吊，并要选择平整的场地堆放，且高度要求不大于3层。

3.1.2作业条件

施工前，要将施工工程区域内的杂物清除干净，保证施工场地的平整，并且应在现场堆存一定数量的桩，同时还应对管桩进行逐根检查修整、对施工过程中所需的桩锤及桩架进行选择。

3.2管桩施工

3.2.1定位放样

要平稳的将桩体移入桩机，然后桩机调平对准设计桩位，最好要对桩体的垂直度进行检验，保证偏差不大于桩长的1%。

3.2.2沉桩

为避免由于握力过大造成爆桩，液压抱桩器的握应力要保持在8~12KPa范围内，且压桩速度不大于1m/min。如果压桩过程中出现桩体轴线偏离桩孔轴线，要及时对桩体得垂直度进行调整；如果出现进桩困难的问题，要适当的放慢进桩速度。

3.2.3接、截桩

需要接桩时，可使用电弧焊机在桩头距地面50cm时进行焊接，上下桩头要保持顺直，错位误差不大于3mm。截桩过程中严禁使用强行板拉或大锤横向敲击的截桩方法，为了保证管桩的强度性能质量，截桩时应将桩身的全部预应力钢筋深入到承台内。

4质量控制[3]

在施工之前要对管桩进行全面检验，包括：外观检查、抗裂性检验和尺寸检查等，必须保证其质量符合设计要求。施工方案设计要合理，并且施工过程中要严格按照施工方案施工，不得随意对其进行修改。同时，要对施工过程中所用到的机械、电气设备进行定期检查，保证其安全有效的施工。施工完成后，要及时对管桩的垂直度进行检测，如果偏差较大，要立即纠正。

5技术经济比较及预应力混凝土管桩的适用范围

5.1技术经济比较

预应力混凝土管桩可以有效的提高软土路基的承载能力，减小路基的沉降量，保证了公路的正常使用，而且工程造价比其他桩基节约率高达40%，同时管桩的施工周期短。

5.2预应力混凝土管桩的适用范围

目前，预应力混凝土管桩已经广泛应用于公路、铁路、桥梁、高层建筑、港口、码头、公用工程、市政建设等工程中。

【参考文献】：

[1]白李妍.强夯法和强夯置换法在深厚人工填土层中的应用[J].探矿工程.2007,12:39-41.

[2]叶学民,蔡同俊.谈预应力混凝土管桩处理地基[J].山西建筑.2011,35(37):72-74.

[3]张璐琰.预应力混凝土管桩在软土地基处理中的应用[J].建材技术与应用.2009,1:24-25.