于文龙
北京中卓时代消防工程有限公司 100176
摘要：
在我国的沿海和沿河地区分布较大面积的软土，存在强度低、压缩性大、灵敏度高、结构性弱等问题。在此类地基中修建道路，如果不进行加固处理，则会出现较大的质量安全问题，影响道路的安全通车。必须采取适宜的措施对此类地基进行改良或者加固。在软土地区进行地基处理时，常用的方法有换填、预压法、水泥搅拌桩、CFG桩法、管桩法（包括PC管桩、PTC管桩、PHC管桩以及PST）等技术措施，采用这些技术都可以提高软基的抗剪强度，降低压缩性，但各有利弊，应根据具体的工程（区域、工期要求、造价、地质特点、工程位置环境等因素）选择适宜的措施进行加固处理。
大量的工程践表明，管桩与其他技术手段相比，其承载力高、沉降小、施工速度快，施工简便，造价低、处理的深度可控、适应性广，加固效果好，在近几十年得到广泛地应用。本文依托某标段管状劲性体管桩施工工程，介绍管桩的加固原理，并从工程实践的角度出发，介绍管桩的工技术以及质量控制技术，以期为类似工程提供参考和借鉴。
关键词：市政道路；地基处理；预应力管桩；施工技术
前言
预制高强管状劲性体管桩（PST）具有较高的承载力，施工简便，施工速度快，质量可靠，在市政道路地基处理工程中得到广泛的应用。本文以实际工程为背景，介绍了管桩处理加固地基的基本原理及其施工的关键技术。
1.管桩加固地基原理及影响因素
PST管桩是将桩体打入到深部土层中，将上部的荷载通过桩体传递到下部压缩性小、强度高的持力层，桩体进入土体的过程中，一方面挤压周围土体，使桩周围的土体得到强化；另一方面桩身代替土体，提高土体的强度，并与桩帽及桩顶褥垫层形成复合地基。
1.1管桩加固地基的基本原理
PST管桩在荷载作用下，其荷载传递的方式和效应基本一致，但与实心桩体之间最大的差异是PC管桩具有土塞效应。预应力管桩在被打入的过程中，由部分挤土到完全挤土，而土塞也由不完全闭合到完全闭合演变，在土塞效应形成的过程中，土体被逐渐挤密，出现超孔隙水压力。根据太沙基深基础承载力理论，可以发现土塞效应形成是因为在管桩底部出现楔形体，即直径为D的土体，在桩体被打入土中的过程中，逐渐被挤入管桩之间的空隙中，设空隙为d，D=d+ψ，其中，ψ为桩径。
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图1土塞效应形成过程
土塞效应的出现表示PC管桩已经出现承载力，开始承担荷载，但是，土塞效应也会成为沉桩的障碍，由于土体被挤压密实，使得一定深度下的沉桩施工越来越困难。为此，在实际的工程中可根据桩受力的特点，即端承桩或者摩擦桩，对桩头进行处理（如设置桩尖），以减小或者提高土塞效应。
1.2影响因素分析
1.2.1对荷载传递的影响因素
影响桩体荷载传递方式的因素主要有：桩体的参数、土体的性质、施工质量、荷载类型。通过对已有的工程进行试验研究可以发现：PST管桩桩身的刚度与土体的刚度的相对值，即刚度比变化时，荷载的传递和分布也会随之改变，如果桩体的刚度较大，则桩端将承担较大的荷载，反之，桩端承担小部分的荷载，桩身的侧摩阻力将分担大部分的荷载，桩的性质由端承桩发展为摩擦桩。如果桩土的刚度比无穷大时，桩端和桩侧摩阻力将共同承担荷载，但桩端所受的荷载要大于桩侧所受的荷载。同时，桩身的长度与桩径的比值改变也会影响荷载传递方式，长径比大时，桩体中上部承担荷载。
1.2.2桩侧摩阻力的影响因素
桩侧摩阻力产生的原因是桩土的相对位移，PST管桩的混凝土强度等级、土体的性质、施工工艺等都会对其产生影响。
1.2.3桩端阻力的影响因素
当桩体打入到一定的深度后，桩侧的摩阻力将不再增加，并在继续打入的过程中，桩身所受的荷载将由桩端承担，直到桩端土体被破。由此可见，影响桩端阻力的主要因素有桩体的直径、几何形状、桩端持力层的力学性质、荷载的加载速率等。
2.管桩施工关键技术
2.1工程概况
项目施工区域表层土质主要为黏性土，呈流塑~软塑状，表层土体中还含有腐殖质，场地还分布粉质黏土层，在粉质黏土层中含着少量的铁锰质结核及高岭土。在2.5~15.0m的深度范围内还分布有强风化的泥岩，其节理裂隙较发育，开裂面可见大量铁锰质浸染，原岩风化较强，岩心破碎，质地较软，其下分布着中风化的泥岩，呈层状结构，节理裂隙较为发育。根据勘探，本工程采用PST-CF-400-60型预制管状劲性管桩进行地基处理。
全线共有预应力管桩11118根，共计179796m，管桩的布置如图2所示。桩体参数：桩身混凝土强度等级C60，桩型为PST-CF-400-60型，桩帽为现浇C30钢筋混凝土结构，桩帽尺寸为1200mm×1200mm×300mm，柱帽如图3所示。
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图3PST管桩桩帽图
2.2施工准备
在沉桩之前应制定施工测量放样的控制方案，主要包括：主轴线的控制、高程的控制、桩位放样控制。沉桩之前应对施工场地进行整平清理，将表面的杂草、淤泥、根系等清理干净，将鱼塘、沟渠等先清淤后填平。同时，在路基施工区域外侧边缘开挖临时的排水沟，确保施工期间，路基范围内不出现积水。管桩为工厂预制，在购买时应检查是否有出厂检验单和合格证，桩体的质量应符合规范的规定，即表面平整、密实、误差在允许的范围内，表面无裂缝、孔洞、钢筋无外露，运输至施工现场后，还应检查桩身在运输过程有无损坏。
2.3试桩与终压标准的确定
在沉桩之前应进行试桩，以校核静压设备的工作性能、确定沉桩的工艺参数以及所采取的技术措施是否可行。根据规范规定，本次试桩根数共9根，在试桩前应在桩身进行长度标记，以便于在静力压桩的过程中观察桩的入土深度。
对于终压标准的确定，可按以下规定确定：终压应以高程为控制标准，终压值为辅助参考，当沉桩至设计高程时，且桩的终压值符合要求，可停止压桩，如果沉桩时桩尖已经达到设计高程，但沉桩的压力值仍较小时，则应继续压桩使其达到设计要求范围内的终压值，当桩尖距离设计高程较大时，而终压值大于控制终压值时，应同设计勘察会商，如遇特殊情况，如贯入度骤变、桩身失控倾斜、断桩、移位或严重回弹，桩顶及桩身破碎应立即停止施工并报告，组织有关单位研究处理。
2.4沉桩施工
管桩的施工过程：施工准备→桩位放样→压桩→接桩及焊接→送桩→终止压桩→填芯→桩顶与托板连接。以下就主要内容进行解释：
2.4.1压桩
沉桩之前应根据设计图纸将桩位进行放样，并用小木桩做标记。桩机开至放样点，采用线锤进行对中，管桩对中采用十字交叉法，即以桩中心为基础，向四周引申4个对中辅助点，对中辅助点距离桩位约60~80cm。管桩吊装采用一点绑扎吊，吊点距离桩端0.239L（L为桩长）。第1节桩入土的深度控制在30~50cm，然后检查并校正桩位的垂直度，桩身的垂直度应控制在0.5%以内，当入土深度达到4倍的桩径时，再次用经纬仪校核桩身的垂直度，如果发现偏移应及时纠正。当达到6倍桩径时，应再次校核。在压桩的过程中，一旦发现垂直度大于规定值，则应停止压桩，及时纠偏。现场施工如图4所示。
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图4PST管桩施工图
2.4.2接桩
接桩时要求上一节管桩的桩头应在地面以上0.5~1.0m，采用2台电焊机进行对称焊接。在进行接桩之前应将上下节管桩的表面进行清理，还应在下一节管桩的桩头安装定位板，将下节管桩吊放至前一节管桩之上，利用定位板进行上下连接，要求错位差在2mm以内，在焊接前应确认端板的平整度是否满足要求，如果上下桩之前有空隙，则应用楔形块全部垫实后进行焊接。接桩的坡口槽要分层、对称环缝焊接，焊接时首先在四周对称点焊6点，由2个焊工对称作业，要求焊接的层数大于3层，加强层的厚度大于2mm，层间的焊皮应清理干净，焊缝饱满，不得夹渣或者有气孔。焊接完成后，应冷却至少8min，再进行沉桩。上下节桩的中心线必须共线，偏差不得大于5mm，节点的弯曲矢高应小于千分之一桩长。
3.预应力管桩质量控制关键技术
近年来，道路边坡设计取得了较好的效果，但是仍有一些方面需要改进和发展。
3.1预制管桩的误差控制标准
预制管桩的制作误差需满足表1的要求
表1预制管桩制作允许偏差标准
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3.2运输、吊放、堆放控制
管桩的长细比较大、自重较大，在吊装运输的过程中，如果受力较大，将会导致桩身产生环裂现象，在吊装时需采取两头钩吊法，轻吊轻放，严禁拖吊，堆放时堆放的层数不大于2层。
3.3质量控制措施
沉桩之前应对桩身进行长度标记，在沉桩施工完成后应对每一根桩的入土深度进行校核；接桩时，应确保错位在2mm以内，同时确保焊缝的质量满足规范要求；在施工过程中，应根据试桩的情况，确定最佳的终压值和入土深度，并选择适宜的静压机，避免浪费和影响沉桩的质量；在施工过程中应及时检查垂直度，将垂直偏差控制在0.5%以内，长桩施工时，应连续施工，一次成型，减少中间休息的次数；成桩后应检测单桩的抗压承载力是否满足设计要求，抽检根数为总桩数的1%，且不少于3根。
结语
本文依托某管桩施工工程，介绍PST管桩加固地基的基本原理，即土塞效应，并分析土塞效应的利与弊以及解决措施，介绍该标段工程的地质概况以及设计方案，并从工程实践的角度出发，介绍管桩的施工的关键技术以及施工质量控制措施，为类似工程提供了参考或借鉴。
参考文献：
【1】吴文兵，邓国栋，张家生，等.考虑横向惯性效应时桩侧土-管桩-土塞纵向耦合振动特性研究[J].岩土力学，2017,38(4)：993-1002.
【2】庄一舟，黄福云，钱海敏，等.PHC管桩-土相互作用受力性能拟静力试验[J].中国公路学报，2017,30(4)：42-51.