高强度预应力管桩在桥梁中的运用

高强度预应力管桩在桥梁中的运用1前言经过近几年的实践，高强度预应力混凝土管桩（PHC）以其桩身混凝土强度高，适应性广，耐冲击性能好，穿透力强，具有承载力高，抗弯抗裂性能好，施工快捷、方便，质量稳定可靠，耐久性好等优点，而被广泛应用于高层建筑基础、港口、码头基础、软基处理和桥梁桩基础等工程项目。2工程概况广明高速公路西樵至更楼段K72+080歌乐村中桥位于更合镇歌乐村，跨一河沟和机耕道，与路线斜交，右交角120°

。桥位区地形比较平坦，河沟宽约15m。区域内地质粘土覆盖层较厚，且有溶沟，灰岩埋藏较深，该桥上部构造采用3x20m简支空心板，下部构造根据地质情况采用柱式墩、肋板式桥台配桩基础。桩基础原设计桥墩为1300mm、桥台为1200mm的钻孔灌注桩基础，根据地质钻孔揭露，桥位区地层岩性上部为第四系松散沉积层，下部为第三系砂岩和石灰系灰岩，部分桥墩位于岩溶发育区，包括溶洞及土洞，主要为溶洞，形态各异，大小不一，或为空洞或为半填充、全填充。该桥按原设计灌注桩基础进行施工，四台钻机在溶洞发育的0#-2#墩从2007年8月份至2007年11月份三个月时间才完成6根灌注桩，按照普通溶洞处理的方法施工，费用大，施工困难、安全不能保证，且工期紧，需对此处的桩基础采用特此的施工方法或施工工艺，经有关部门和专家共同研究决定，为节省造价，满足工期和技术要求，1#-2#墩由原设计灌注桩变更为60cm的高强砼预应力管桩（PHC桩）基础。3工程地质状况广明高速公路K72+080歌乐村中桥从详勘和施工前逐桩超前钻的地质资料看，桥位处地质条件复杂，覆盖层厚度大，溶洞发育，桥位区地层岩性上部为第四系松散沉积层，下部为第三系砂岩和石灰系灰岩，部分桥墩位于岩溶发育区，包括溶洞及土洞，主要为溶洞，形态各异，大小不一，或为空洞或为半填充、全填充。溶洞埋藏深度在22m~34m，多为2~3层溶洞，最多有6层溶洞，最高的溶洞发育有11.3m，在有的钻孔位置并有土洞伴生。4设计方案本桥梁1#-2#墩桩基础选用高强预应力混凝土管桩（PHC），直径为D=600，壁厚为130，C80高强预应力混凝土AB型管桩，单桩设计承载力为［Ｒ］＝1200kN，采用每5根高强预应力管桩代替1根灌注桩，实际奠基标高根据施工时PDA高应变试桩所确定锤击贯入度及管桩施工规范控制，且每根管桩总锤击数不宜超过2500锤，最后1m沉桩锤击数不宜超过300锤，设计接桩采用焊接，桩头锚入承台内200，在桩头内插入422,长2.0米，锚入桩内并浇C40微膨胀填芯混凝土封堵。5基桩PDA高应变动力试桩方案5.1试验依据基桩高应变动测试验依据下列中华人民共和国行业标准进行：（1）《公路工程基桩动测技术规程》（JTG/TF81-01-2004）（中华人民共和国交通部发布）；（2）《建筑基桩检测技术规范》（JGJ106-2003）（中华人民共和国建设部发布）；（3）《港口工程桩基规范》（JTJ254-98）（中华人民共和国交通部发布）；（4）《港口工程桩基动力检测规程》（JTJ249-2001）（中华人民共和国交通部发布）；（5）广东省桩基质量检测技术规定等相关检测技术规定规范。5.2试验方法（1）检测使用的仪器设备本试验采用美国PDI公司生产的PDA-PAL型打桩分析仪。该设备将先进而高效的微型计算机技术集合成一个紧密的整体，拥有自动调节、传感器监测显示、检测信号监测显示、数据连续记录、快速打印、实时分析等功能。该仪器的现场连接图如图1所示。（2）测试方法和数据处理测试前，在距桩顶一定距离（按规范要求）以桩中心轴对称处，用螺栓安装一对应变计和加速度计；试桩时，桩顶受重锤打击，桩身产生高应变，PDA（打桩分析仪）根据此时传感器所接收到的信号，通过计算机处理，显示出力和速度随时间变化的时程曲线，并存储下来；通过CASE法（凯斯法）计算，得出作用于桩上的最大压力、最大拉力、最大桩身输入能量和桩身完整性参数值等，并实时显示；试验结束后，通过CAPWAPC软件进行数据的分析处理，设定桩土体系各参数进行模拟分析，经过多次迭代计算，最后得出力和速度的拟合曲线、单桩极限承载力和侧阻力、端阻力，绘出桩侧土阻力分布图及模拟静载试验的P-S曲线（荷载-沉降曲线）。5.3提供的结果检测结束后按规范要求提供相应的检测结果，可提供的检测结果有：（1）基桩动测承载力；（2）桩侧阻力和端阻力；（3）桩侧土阻力分布图；（4）模拟静载试验的P-S曲线（荷载-沉降曲线）；（5）桩身质量（桩身结构的完整性）。6预应力混凝土管桩的施工工艺和施工方案6.1预应力混凝土管桩预应力管桩所采用的所有材料质量应符合《公路桥梁施工技术规范》（JTJ041-2000）的有关规定，混凝土质量控制应符合《混凝土质量控制标准》（GB50164-92）要求，管桩所采用的预应力纵向钢筋必须是预应力混凝土专用钢棒（代号SBPDL1275/1420），其质量应符合现行行业标准《预应力混凝土用钢棒》（YB/T111）的规定，同时还应满足《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTGD062-2004）中对预应力钢筋的要求。预应力钢棒应沿管桩周围均匀布置，其保护层厚度不得小于25mm。预应力混凝土管桩，其质量应符合《预应力混凝土管桩》（03SG409）的要求。按设计图纸要求本桥基础采用C80-PHC-AB600管桩，壁厚13cm，均为优等品，其性能满足国家标准。在施工时要求试桩，采用PDA高应变检测技术配合施工，确定最后贯入度，确定合理的选锤收锤指标。并进行承载力测定（包括恢复系数）。6.2工工艺管桩采用锤击贯入，锤击施工法施工管桩时，施工由有经验的专业施工队伍承担，施工工艺流程如下：整平原地面－施工放样—桩机就位－吊桩插桩－桩身对中调直－锤击沉桩－接桩－再锤击接桩－打至持力层－收锤－桩机移位进行下一根桩的施打。6.3预应力管桩试桩（1）施工放样为保证施工放样的准确性，要求：①放样的技术人员，认真学习和弄懂要施工的所有图纸。②对桩位的放样，采用符合国家标准计量所认可的50米钢尺进行放样。放样时根据设计图纸的要求做出各轴线的标志，且做好四个角落，八个方位及通长轴的控制点。控制点的埋设牢固可靠，不易损坏。放样人中的全站仪操作者配备两人，一个测放，一个复核，相互交叉，配合施工操作。放完样后，通知总监办进行校核。③桩圆心位置放样偏差不得大于20mm。（2）桩机就位检查桩机，确保设备正常运转后移动设备就位、对中。本次试桩采用HD系列62锤柴油打桩机。（3）插桩调直首先用吊车取桩，起吊前在桩身上划出以米为单位的长度标记并将开口桩尖焊接到底桩上（短桩无桩尖）。起吊支点宜在桩端0.3L处，将桩掉起后，缓缓的将桩一端送入桩帽中，对位准确后再用全站仪调整桩的垂直度，通过桩机倒架的旋转、滑动及停留进行调整；插入时的垂直度偏差不得超过0.5%，确保位置及垂直度符合要求后利用桩锤的自重将桩压入土中。（4）锤击沉桩因地层较软，初打时可能下沉量较大，宜低锤轻打，随着沉桩加深，沉速减慢，其垂高度可渐增。在整个打桩过程中，要使桩锤、桩帽、桩身尽量保持在同一轴线上。必要时应将桩锤及桩架导杆方向按桩身方向调整。要注意尽量不使管桩受到偏心锤打以免管桩弯扭破坏。打桩较难下沉时，要检查落锤有无倾斜偏心，特别是要检查桩垫桩帽是否合适。如果不合适，需要换或补充软垫。每根桩宜连续一次打完，不要中断，以免难以继续打下。（5）接桩施工①上、下端板应除污、除锈。坡口处呈金属光泽方可施焊；②本工程为保证接缝焊接质量，焊口选用自动焊进行焊接；③焊接时分层对称均匀连续施焊，焊接道数不少于２道，每道焊接接头必须超前引弧以免产生缺陷，根部必须焊透。焊接部分不得有凹痕、咬边、焊瘤、夹渣、裂缝等有害缺陷。表面加强焊缝堆高应饱满。焊接后应进行外观检查，发现有缺陷应返工修整，同一道焊缝返修次数不得超过２次。④接桩宜设导向箍就位上节桩，上下应顺直，错位偏差不宜大于10mm。焊接层数不得少于二层，内层焊渣必须清理干净后方能施焊外一层。焊接时先在坡口圆周上对称点焊４点，然后对称焊接，两人同时对角对称进行，焊缝应连续饱满，桩端处间隙采用厚薄适当、最好加工成楔形的铁片填实焊牢。尽可能缩小接桩时间，焊后自然冷却８分钟。焊接接桩应按隐蔽工程进行验收。⑤大风和雨天，应有可靠的防风、防雨措施，否则不得进行焊接施工。（6）送桩施工送桩时，送桩轴线必须与桩轴线一致。送桩作业必须使用圆钢管送桩器，不以管桩本身作送桩用，避免对管桩造成损坏。（7）收锤根据设计要求，收锤采用PDA高应变确定其单桩承载力不小于1200KN，以及最后三阵（每阵十击）锤贯入度小于5cm，以此作为收锤标准。通过现场的试桩，本次试桩总锤击数为435，最后1m锤击数为90。贯入度要求：最后三阵（每阵十击）分别为：1.9cm,3.2cm,1.7cm满足收锤最后贯入度5cm的要求。经PDA高应变检测，预应力高强砼管桩（PHC）的单桩承载力达到4602.6KN，超过设计单桩承载力1200KN的要求。见附件：高应变检测基桩资料及初步结果。各方一致认为以最后贯入度作为收锤指标可以满足设计和预应力混凝土管桩基础技术规程要求。HD62锤的选用及该施工工艺和施工方法满足设计和预应力混凝土管桩基础技术规程要求。成桩记录打桩过程中详细记录各种作业时间，如打入深度、桩头砼破坏情况、桩身有无倾斜、惯入度或锤击数等。6.4通过试桩确定的收锤标准本桥梁中的其余预应力管桩均按试桩标准进行施工，且经过PDA高应变和小应变的检测，其单桩承载力和贯入度、锤击数等均能满足设计和收锤标准，以及规范的要求。7工期和费用的比较7.1工期比较按照本桥梁的预应力管桩施工情况，每天能够完成1根以上预应力管桩，且不需等待龄期，即可进行检测后进行下部构造施工，而灌注桩根据正常溶岩地区施工，和参照原先该位置的施工情况，每根灌注桩施工时间均在半个月以上，还有存在不确定因素；且需破除桩头和等待龄期进行检测。根据本桥预应力管桩的施工工期，以及原先进行灌注桩的工期测算，预应力管桩施工比灌注桩施工最少提前2个月时间，显而易见，预应力管桩的施工工期比灌注桩的施工工期要快得多。7.2费用比较按照本桥的前后设计进行对比，原设计采用灌注桩，平均设计桩长约为38m，桩径为1.3m；根据工程预算价格，嵌岩桩工程造价约为1600/m，溶洞处理费用约为800元/m；则每根桩的费用为；（1600+800）

×38=91200元。变更后采用预应力管桩，5根D=600mm的预应力管桩代替1根D=1300mm的灌注桩，施工桩长平均约为25m，总长度为125m，根据工程预算价格，C80-PHC-AB600mm预应力管桩工程造价约为500元/m，则管桩处理费用为：125×500=62500元。两者相比，溶岩地区采用预应力管桩比灌注桩节省工程造价。