薄壁预应力混凝土管桩处理桥头软基施工技术
摘要：桥台沉降是高速公路施工中亟待解决的难题。在我国南方，软土地基上桥台沉降尤为严重。本文介绍了预应力混凝土管桩处理软土地基的工作原理，施工工艺，并对桥台处软土地及进行处理，沉降和承载力要求均较好的得到了满足。
关键词：预应力；混凝土管桩；软土地基；施工方法
1前言
近些年来我我国高速公路建设迅速发展，在南方，高速公路主要分布在沿海以及长江和珠江三角洲等经济发达的地区，而这些地区又是软土分布普遍，由于其低抗剪强度、高压缩性和弱透水性，工程力学性能极差，直接影响工程的稳定性和耐久性。若软基处理不当，会严重影响工程质量和使用功能，甚至造成工程事故，尤其是桥台沉降问题。预应力混凝土管桩在解决桥头跳车方面有较好的效果。
2薄壁预应力混凝土管桩工作机理
桩—浅基的复合基础，由桩土共同承担外荷，不但可提高地基承载力，而且还可以减少路基的沉降，并有利于减少震动时土的液化危害。基础—桩—土共同工作的原理有以下几个方面：
3.1基础和桩对上下端阻力的加强作用
一是群桩相互作用的旁压边载影响，群桩在竖向荷载作用下，桩的刺入破坏引起桩尖周围土的侧向变形而受到群桩阻碍制约。二是群桩的遮挡作用，它限制约束桩间土，从而提高了土的强度。
3.2基础对桩身侧摩阻力的消弱作用
带桩帽的单桩与无桩帽的单桩的竖向变形是不同的，前者明显小于后者（这是桩的变形受到桩帽限制和桩间土受到压缩引起的），从而制约了桩身上部摩阻力的充分发挥。
3.3土受荷过程中的滞后作用
在竖向荷载作用下，基础下的桩和土受荷是非同步的，即桩间土承受荷载在群桩之后。
3.4单桩竖向力计算
预应力管桩主要考虑竖向受压荷载的情况
式中—相应于荷载效应基本组合时的单桩竖向力设计值；
—桩身横断面面积；
—混凝土轴心抗压强度设计值；
—桩身截面混凝土有效预加应力；
—工作条件系数，取0.6～0.75；
3管桩特点
（1）管桩混凝土达到100%设计强度后才能出厂以及运输与施工。
（2）由于管桩长度较大（通常为8～12m），其吊装宜采用两支点法或两头勾吊法，绳索与管桩的夹角不得小于45°，以减小其水平受力。
（3）管桩运输过程中支点采用两支点法支撑法（支点距离桩端0.2L处），并垫以楔形掩木防止滚动，严禁层与层之间垫木与桩端的距离而造成错位。
（4）管桩堆放场地应压实平整，并有排水措施。管桩堆放应按两支点进行，最下层支点宜放在垫木上，且各支点应在同一水平面。堆放层数应根据管桩强度、地面承载力、垫木及堆垛稳定性等综合分析确定，并应符合表1的规定。
4工程应用
4.1工程概况
本工程处于杭嘉湖湖沼积平原亚区，其中，桩号K32+953～33+003是小梅港特大桥桥头路段，宽48.4m，采用400mm先张法预应力管桩处理，加固面积2420m2，设计桩长28m，采用10+10+8m的组合方式。地质条件第一层为亚粘土，厚1.5m，灰黄色，硬塑；第二层为亚粘土厚2.2，灰色，软塑，含有机质，层理，夹亚砂土；第三层为亚砂土，厚20.2m，灰色，稍密，含云母，局部呈层壮，夹薄层亚粘土；第四层为淤泥质亚粘土，厚3.6m，灰色，流塑，含有机质，呈鳞片状，见贝壳碎片。
4.2管桩施工
4.2.1选择沉桩机械
沉桩可采用锤击或静压等沉桩方式。上述施工路段因距离村庄较近，周围环境对噪音要求较高，所以采用静压法。400㎜预应力混凝土管桩竖向极限承载力设计值为1600KN，结合具体工程地质情况，沉桩设备自重与配重合计1800KN，沉桩设备配有加载反力读数系统。
4.2.2施工步骤
因施工场地地基承载力较小，所以在施工前用宕渣将场地硬化处理，以便满足设备行走的要求。用测量仪器将施工段落的桩位一一放出，并用竹签标示，然后人工将管桩桩尖埋设就位。
管桩安装：用钢丝绳捆绑管桩，用沉桩设备自带卷扬机将管桩吊起，小心安装至桩尖上，并调校管桩垂直度。
沉桩：管桩调正位置后，启动沉桩机械开始沉桩，沉桩过程中注意观察加载反力读数变化是否正常。若发现异常，及时停止沉桩，检查沉桩机械是否平稳或地质是否与地质报告符合等。
接桩：采用钢端板焊接法，当管桩的上端距离地面1m左右时，即可接桩。接桩前，先将下段桩顶清除干净，加上定位板。然后，把上段桩吊至合适高度，将其放在下段桩端板上，依靠定位板将上下桩段接直。如果接头处有空隙，应采用楔形铁片全部填实焊牢，接口处坡口槽电焊应分层对称进行，焊接时应采取措施减少焊接变形，焊缝应连续饱满（满足二级焊缝），焊后应清除焊渣，检查焊缝饱满程度。接桩时上下段桩的中心线偏差不宜大于5㎜，节点弯曲矢高不得大于桩段的0.1%。
4.2.3质量控制
（1）尽量减少接桩，单桩接头不宜超过4个。
（2）管桩一般不宜截桩，如遇特殊情况确需截桩时，可采用如下几种方法：人工凿；混凝土切割器；液压紧箍式切割机；液压千斤顶式截桩机；钢锯、风镐。
人工截桩难度大，费时费力，不宜保证质量，一般不宜采用。
4.2.4桩帽施工
桩帽的主要作用是减少管桩竖向变形，进一步提高复合地基的承载力。
（1）桩帽施工顺序：开挖基坑、支立模板、帮扎钢筋、浇筑混凝土以及桩帽间回填土的夯实。
（2）桩帽施工时注意控制顶高程基本在一个水平面上，这样便于路基填方的施工。
4.3加载实验
（1）目前在高速公路设计施工中，利用预应力薄壁管桩处治桥头软基，还处于实验推广阶段，所以需要做一些必要的实验。32+953～33+003路段管桩设计用量695棵，按3‰的比例做承载力实验。
（2）通过承载力试验，得到如下结论：本路段加固前压缩性极大，经加固后，采用最大实验荷载为1300kN，利用慢速法进行加载，结果最大沉降量为7.51mm，最大回弹量为4.61mm，单桩极限承载力不小于1300kN。可见，经加固处理后，塑性变形仅为2.9mm，这样在桩土共同作用，完全能够解决桥头沉降的问题。
