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高铁路基施工中预应力管桩施工技术

发表时间：2021/4/14 来源：《城市建设》2021年2月作者：赵忆菲金宇李忻璞

[导读] 在深厚的软土地基施工中，预应力管桩以其施工简单、成本低、适应能力强、承载力高等优势被广为应用，很好的解决了软土地基承载力差的缺陷。本文以高铁路基为例，探讨了预应力管桩施工技术的应用。

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摘要：在深厚的软土地基施工中，预应力管桩以其施工简单、成本低、适应能力强、承载力高等优势被广为应用，很好的解决了软土地基承载力差的缺陷。本文以高铁路基为例，探讨了预应力管桩施工技术的应用。
关键词：高铁；路基；预应力管桩；施工
        高铁工程给人们的生活、出行提供了极大便利，在社会发展中起到重要作用。新时期下，我国的高铁工程突飞猛进，高铁施工质量与运行安全密切相关，受到全社会的共同关注。路基施工是高铁工程的基础，在高铁建设中，经常会遇到软土地基，如何解决软土地基施工的一系列困难，成为施工企业必须考虑的问题。
        1.预应力管桩施工概述
        1.1压桩顺序
        最先考虑的应该是压桩时的基础效应，优先施压管桩较多的地面；然后按照“先深后浅、先打后小”的原则进行压装。同时还应遵循就近原则，以免桩机行走过程中严重扰动土层。某高铁工程有A、B、C、D四个施工区域。前三个区域均为矩形，宽25米，A区长40.8米、B区31.3米、C区44.2米。D区为半径18米的圆形。A、B两个区域的管桩采用逐排压桩的方式，D区采用的是从圆心向周围螺旋式压桩，C区域核心筒下的两个承台桩相对密集，每个承台平面（1216米×1912米）内有98根桩，纵横桩距是312D与316D（D表示桩径），因此压桩顺序为从中间向外间隔逐排压桩。
        1.2设备的选择
        预应力管桩施工中，压桩机的型号与施工质量密切相关，管桩承载力值通常为112~115倍，大部分情况下都采用的是型号680、700的抱压式压桩机。压桩速度118米/min，若需要超深送桩，为了满足施工要求，可以在原本送桩机上安装3米、10米、12米的送桩杆。
        1.3施工流程
        第一步测量并定位桩位；然后压桩机就位；第三步中心对齐；第四步焊接桩尖；之后是压桩和接桩、焊接桩和送桩；最后一步是截桩。
        1.4施工准备
        （1）“三通一平”
        “三通”指的是施工现场的水、电、路畅通；“一平”指的是平整施工场地以及施工区域外的5米范围。如果遇到松软场地，还需要对场地进行充分夯实，否则承载力不足的情况下根本无法满足路基施工需求。施工前应采取科学的加固措施保证压桩机可以正常作业，避免不均匀沉降问题。
        （2）放线定位
        除了桩基轴线之外，还应设置水准基点。桩机轴线引入的位置为国家三角控制点，必须使用精密的水准仪反复测试才能保证精准度。当各管桩全部入土后再设置水准基点，根据规范要求，在施工区域周围设置8个以上水准基点，基点之间的距离≥15米，能够避免施工人员因振动效应而无法准确定位桩位。
        2.预应力管桩施工技术的应用
        以某高铁工程为例，正线长度2.807km。高铁站的基底均采用PHC管桩进行加固，管径为0.4米、桩间距为2.4米、桩长17~30米。路基施工场地主要以粉土、粉质黏土为主。地下水埋深约11~14.5米，不同季节水位的变化幅度约3~5米。
        2.1管桩质量
        （1）验收
        将管桩运送到施工现场后，按照国家、地方的相关标准验收管桩，包括桩径、桩端头板是否平整、外观、壁厚、桩身材料标识是否规范、桩身的弯曲度、桩身的强度等，验收合格后填写记录，严格审查管桩的合格文件，把好进场质量关。将验收不合格的管桩全部清理出场，统一处理。
        （2）存放
        将管桩平整的堆放在施工现场，使用木垫做支垫，支撑方法为二点法，保证支撑点尽量在同一水平面。

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管桩的堆放高度不能超过4层，避免滑落；如果堆放在桩位附近，准备施工时使用，则要单层摆放，必须使用支垫。根据管桩的型号和规格分类存放，以方便吊运和管理。
        （3）吊运
        如果只吊运一根管桩，则采用双头勾吊法，管桩竖起时，用一个吊点吊桩。距离桩距上端0.293倍桩长的位置即为吊点。吊运过程中，应保持平稳，避免剧烈冲撞。
        2.2引孔
        （1）检查钻机性能
       在钻机就位之前，应该保证钻机性能良好，能够正常作业。桩位周围保持平整，钻机在桩位旁边就位，钻头中心与桩位的标准点相对应。
      （2）成孔
        ①减压钻进是应用最多的钻进方式，即孔底钻压控制在钻杆、锤头与压块总重力的80%以内（不包括浮力），可以有效避免弯孔、斜孔、扩孔等成孔质量差的现象。不同地层所使用的钻头与钻压也不同，就本工程而言，选择普通旋挖钻头即可。
        ②钻头与钻杆在孔内停留，在土的压力的影响下会阻止转动，可能让钻机卡在钻孔内，出现卡钻现象。所以钻孔过程中，不可反转钻杆，否则驱动体与顶端体的螺纹连接会松动，钻具掉落孔内。
        ③当钻孔达到一定深度后，并被确认为终孔深度，可进行清孔。清孔时，提起钻头，在距离孔底10~20厘米的位置空转即可。
        ④地层不同，钻机的钻速也不同。
        ⑤钻机自带的平衡仪表与交叉两个经纬仪、吊线锤是控制钻机机身垂直度的重要设备。
        ⑥通过连接钻杆的方式可以加深钻孔的深度，使孔深达到施工要求，但钻杆的总重量应控制在桩架底板的最大负荷以内。
        ⑦使用挖机整理孔口钻孔排出的土，并将土运送出施工现场。
        （3）沉桩
        重锤低击，坠锤的落距在2米以内。开始打桩时，保持较低的落距，第一节的垂直度偏差不能超过0.5%，剩余的管桩垂直度偏差在1%以内。使用带有刻度的长条水准尺与两个线坠来控制垂直度，当垂直度达到要求后开始压桩。桩锤、桩帽、桩身应处于同一轴线，在桩位的中心插入管桩，通过桩锤的自重把桩压入地下3~5米，此时桩身基本稳定，然后让桩身、桩帽、桩锤的中心线相互重合，并和打入的方向保持一条直线。管桩插入一定深度，且方向正确，继续锤击沉桩。
        （4）接桩
        ①全部采用钢端板焊接的方式接桩，入土部分的管桩桩头应超出地面50~100cm。上节、下节桩段的错位偏差控制在2mm以内，焊接应连贯而饱满。
        ②最好将导向箍设置在下节桩的桩头部位，为上节桩的就位提供方便。上、下节桩的轴线偏斜≤0.3%，各节的管桩偏斜应该反向错开。
        ③清理上下端板表面的杂物，坡口有金属光泽露出，然后再对接管桩。接桩后，如果发现上下桩的接触面有缝隙，可以使用较薄的钢片（厚度＜5mm）进行填塞，以保证接桩足够密实，然后焊接牢固。如果使用普通电弧焊，则至少要焊接两层，清理干净内层之后再焊接外层。
        ④优先在坡口圆周的对称点焊4~6点，固定好上、下桩节之后，再拆除导向箍，然后分层焊接。
        ⑤焊接结束，需要自然冷却8min以上才能进行后续施工，不可用水冷却。
        结束语
        综上所述，在砂层、杂质土层、强风化岩层施工时，预应力管桩施工是首选施工技术。应该从管桩质量开始，全面落实运送、存放、引孔、沉桩、接桩等工作，以保证高铁路基的施工质量。
参考文献
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[2]冯浩.邻近既有线预应力管桩地基处理施工技术研究[J].石家庄铁路职业技术学院学报,2020,19(3):10-15.
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