1、预应力管桩“桩一网”结构加固处理深厚软土地基施工工法VA/a 1刖B1.0. 1在全国首批建设的高速铁路一东南沿海时速为200km/h的客货共线铁路中，遇 到路堤须填筑在典型的海积滩涂一溺谷相沉积淤泥层地基上，该淤泥层厚度深口具有含 水量高、孔隙率高、压缩性高、强度低的特点，淤泥层多粘土、粗砂等夹层，下卧层横 纵向起伏变化大。1.0.2由于新建速度为200km/h的客货共线铁路荷载大、运行速度高，故对路基的平 顺性、工后沉降提出了很高要求。在温福铁路2548m深厚软土地基处理屮，依据现行 的处理方法已无法满足地基承载力和工后沉降的要求，铁道部和铁道第四勘察设计院决 定在温福铁路首次采用预应力管2、桩“桩一网”结构加固处理2548m深厚软土地基。1. 0. 3中铁二十四局集团福建铁路建设有限公司根据设计要求在施工中借鉴和总结现 有的软土地基处理方法，总结出一套预应力管桩“桩一网”结构加I古I处理2548ni深厚 软土地基工法。1.0.4本工法在2005年温福铁路试验段加固深厚软土地基中首次应用，随后2006年 分别在温福II标霞浦车站和甬台温铁路工程建设中得到进一步推广和完善。木工法获得 中国铁道建筑总公司工法二等奖。2工法特点2. 0. 1本工法对路基的深厚软土地基加固提出了一种有效的处理方法。2. 0.2本工法通过实施形成“桩一网”结构，使路基荷载通过“桩一网”结构传至下 卧土层，满3、足地基承载力和工后沉降控制要求。2. 0. 3施工速度较其他类型桩快，工期能够得到保证。2. 0.4工艺流程清楚，操作方便，施工安全易于控制。2.0.5在目前没有更有效的对路基的深厚软土地基进行加固方法的情况下，本工法相对桥梁方案造价低廉。适用范本工法适用于公路、铁路路基持力层深度为2548ni的深厚软土地基的处理。4工艺原理预应力管桩处理深厚软土地基的原理是：在预应力管桩进入持力层后，通过桩顶浇 筑的桩帽及桩帽上铺设一定厚度的褥垫层形成“桩一网”结构的复合地基，使上部荷载 均匀传递到下卧土层，以满足地基承载力要求，有效控制工后沉降。“桩一网”结构中 的“网”为砂、碎石及双向土工格栅组成一定厚4、度的褥垫层，“桩”为预应力管桩。“桩 网”结构如图4所示。图4 “桩一网”结构原理示意图1预应力管桩2褥垫层3 土工格栅4碎石垫层5中粗砂垫层6 土工格栅7中粗砂垫层8碎石垫层築龍網zhul on 5施工工艺流程及操作要点5. 1施工工艺流程“桩一网”结构加固软土地基施工工艺流程见图5. 1。图5. 1 “桩一网”结构加固软土地基施工工艺流程图5. 2操作要点5. 2. 1 施工准备1管桩起吊、运输、堆放1）根据施工桩长、运输条件和工程地质情况对桩进行分节设计，初步拟定桩节 长度为1012m,首节为12m,其余节按施工桩长配桩。2）管桩桩身混凝土达到放张强度脱模后即可水平吊运，蒸汽养护完24天5、小时 后才能沉桩。3）装卸时轻起轻放，严禁抛掷、碰撞、滚落，吊运过程保持平稳。4）运输过程中，支点必须满足两点法的位置（支点距离桩端0. 207L）处，并垫 以楔形木，防止滚动，保证层与层间垫木与桩端的距离相等。运输车辆底层 设置垫枕，并保持同一平面。5）堆放时，桩下垫木设置两道，支撑点的位置就在两点吊的吊点位置处，当重 叠堆放时，各层均设置垫木，堆放层数不超过三层。2作业条件1）施工场地达到“三通一平”，打桩范围内按设计铺设0.61.0m厚粒径不大T* 30cm的碎石土工作垫层。2）做好场地清理和场地排水工作。3技术准备1）通过试桩校验静压桩或打入桩设备的技术性能、工艺参数及其技术措施的适 6、宜性，试桩不少于2根。2）在桩身上画出以米为单位的长度标记，用于静压或打入桩时观察桩的入土深 度。5. 2.2预应力管桩施工1定位放样1）根据设计图纸编制桩位编号及测量定位图。2）沉桩前先放出定位轴线和控制点，并用约3040cm长的小竹片桩定位每根 桩的中心位置。3）桩机移位后，应进行第二次核样，保证工程桩位放样偏差值小于lOmmo2喂桩1）为确保管桩进入持力层深度犬于桩径的1.5倍，有效预防浮桩，喂桩前应按 设计要求把钢桩尖焊在第一节管桩的下端板上。2）将管桩吊起，喂入桩机内，然后对准桩位，将桩插入土中约1.0米至1. 5米, 校正桩身垂直度后，开始沉桩。如果桩在刚入土过程中碰到地下障碍物，7、发 生桩位偏差超出允许偏差范圉时，必须及时将桩拔出进行重新插桩施工；如 果桩入土较深而碰到地下障碍物，应及吋通知有关单位，协商处理发生情况, 以便施工顺利进行。3沉桩沉桩时，用两台经纬仪交叉检查桩身垂直度。待第一节桩入土一定深度且桩身稳定 后，再按正常沉桩速度进行。第一节桩端距地面1.0米左右时停止沉桩进行接桩，如此 循环沉桩到持力层经监理工程师检查合格后才移至下根桩施工。4接桩1）当管桩需要接长时，接头个数不宜超过3个且尽量避免桩尖落在厚黏性土层 中接桩。2）采用焊接接桩，其入土部分段的桩头宜高出0.5ml.Oni,吊上第二节桩，加 上定位板，然后把第二节桩吊放在下段桩端板上，将上、下桩段接8、直。上、 下桩段的中心线偏差不大于5mm,节点弯曲矢高不得大于桩段的0. 1%。3）管桩对接前，上下端板表面应用钢丝刷清理干净，坡口处露出金展光泽。对 接后，若上下桩接触面不密实，可用不超过5価的钢片嵌填，达到饱满为止, 并点焊牢固。4）三个电焊工在成120角的方向同时施焊。先在坡口圆周上对称点焊46 点，待上下桩固定后再拆除导向箍再分层施焊。每层焊接厚度应均匀，焊接 层数不得少于三层，焊缝连续饱满。采用普通交流焊机的手工焊接时，必须 用电焊条打底，确保根部焊透，第二层方可用粗电焊条4価5伽施焊；采 用自动及半自动保护焊机的，应按相应规程分层连续完成。5）焊接时，必须将内层焊渣清理干净后再焊外9、一层。坡口槽的电焊必须满焊， 电焊厚度宜高出坡口 1mm,焊缝必须饱满连续且应每层检查，不得有夹渣， 气孔等缺陷。焊接完成后，需自然冷却不少于3分钟并经监理工程师检查合 格后才可进行打桩施工。夏天施工温度较高，可采用鼓风机送风，加速冷却, 严禁用水冷却或焊好即打。6）当设计对桩接头有防腐要求时，对焊接好冷却后的接头进行防腐处理。5送、截桩1）送桩：根据设计配桩施工完后如未达到持力层，而邻桩持力层又不深时采用 送桩。送桩前在送桩器上以米为单位，并按从下至上的顺序标明长度，由打 桩机主卷扬吊钩采用单点吊法将送桩器喂入桩帽。送桩吋在管桩顶部放置桩 垫，厚薄均匀，将送桩器下套在桩顶上。2）截桩：管桩施10、打在满足停锤条件或终压标准后仍有一大截管桩外露时，应对 该节实施截桩。截桩采用专用切割机，边切割边浇水。严禁在管桩没有完全 切断时采用大锤敲断或桩机别断。5.2.3桩帽施工桩帽是将褥垫层中的土压力传至桩身的重要构件，桩顶位于桩帽正中心并插入桩帽 一定厚度。桩帽施工时先按设计要求的桩帽尺寸及标高开挖到位后立桩帽四周侧模，绑 扎钢筋，检验合格后进行混凝土浇筑和养护。5. 2.4褥垫层施工1褥垫层施工工艺流程：铺设碎石一铺设中粗砂一铺设双向土工格栅一铺设中粗砂一铺设碎石一夯实。2铺设褥梨层应在桩帽混凝土强度达到设计强度，经检验符合设计要求后进行,褥垫层厚度应符合设计要求，采用的级配碎石，粒径不得大于11、规范要求，填土前碾压采用小型打夯机进行压实，褥垫层的摊铺厚度应确保压实厚度不小于设计厚度。3 土工格栅采用16#小铁丝绑扎搭接，横幅之间搭接宽度0.2m,纵幅搭接宽度2. 0mo4铺土工格栅前先人工整平，铺设时理顺、拉直、绷紧土工格栅，不得有褶皱和 破损。6材料与设备6.1材料要求本工法所需材料如表6. 1所示：表6.1材料表序号名称规格技术指标1预应力管桩500mm单桩承载力900KN2钢质送桩器配套1)500mm管桩3焊条J53. 2mm 型及 E4303 型4褥垫层碎石粒径不大于3cm5土工格栅抗击拉大于80KN/m；延仲率不大于15%6.2设备要求表6. 2-1机具设备表序号设备名称设12、备型号单位数量用途1静力压桩机YZY-500台1预应力管桩施工2步履式打桩机JZL50厶1预应力管桩施工3电焊机BK1400F-2台1接桩4吊机QUY35台1吊桩5挖掘机WY60台1桩帽施工施工时按设计单桩承载力的要求选择适用的桩机及柴油锤。YZY系列静力压桩机主要技术参数见表6. 2-2,筒式柴油锤参数见表6.2-3。表6. 2-2 YZY系列静力压桩机主要技术参数表单位YZY-300YZY-500压入力千牛30005000边桩距离米3.23. 75接地比压人船吨/米2& 3114.2小船吨/米29. 1517压桩截面方桩最大米0.5X0.50.5X0. 5最小米0.2X0. 20.2X0.13、 2圆桩最大米0.60.6最小米0.20.2大身横向行程一次米33纵向行程次米0. 60.6最大回转角度1914油泵系统压力兆帕31.531. 5最大流量升/分130200表6. 2-3筒式柴油打桩锤技术参数表柴油锤型号40号50号6062号冲击总质量（t）5 4 4 4 O 6 5 O6.06.2锤体总质量（t）9. 211.012. 515常用冲程（m）1.83. 21.93. 6适用管桩规格04000500050005500600单桩竖向承载力设计值适 用范围（Kn）1300240018003300桩尖可进入的岩土层强风化岩强风化岩常用控制贯入度（mm/1020 5020 50击)7质量14、控制7.0. 1施工时应认真执行以下规范、标准：1客运专线铁路路基工程施工质量验收暂行标准(铁建设20051160号)2铁路混凝土工程施工质量验收补充标准(铁建设2005160号)3客运专线铁路路基工程施工技术指南(TZ212)4铁路混凝土工程施工技术指南(TZ210)5普通混凝土用碎石或卵石质量标准检验方法(JGJ53)7. 0. 2现场应收时预应力管桩的外观质量验收标准见表7. 0. 2-1。预应力管桩的尺寸允许偏差及检查方法应符合表7. 0. 2-2的规定。表7. 0. 2-1预应力管桩的外观质量表目 项级 等 量 质 品 产T品 等一品 格 合不允许:-%甕 粘大2杀修 讯个O的应 貯15、积的面且积的深修 面积符画 计面仙且 祢助娜10mm助不0.5度很不允许每于于修 nmo大杖睑 环不財,J 灯度长5% 不长甜的 彌漏omm臓。 滅处10管补损 磕 部 局不 允 许磕如#俵筋许 允 -八缝 裂 面 表龟 03-艮 匚-RP 此価度头 脱 断许 允 不允.+ 不许内表面混凝 土坍落不允许头桩箍桩结面 接及套与身合漏浆不允 许漏浆深度不大于5mm,漏 浆长度不大于周长的 1/8,且应修补。漏浆深度不大于5mm,漏浆 长度不大于周长的1/4,且 应修补。空洞 和蜂窝不允许表7. 2-2预应力管桩的尺寸允许偏差及检査方法项目允许偏差值质检工具及量度方法优等品一等品合格品长度L0.3%16、L+0. 5%L/-0. 4%L+0. 7%L/-0. 5%L采用钢卷尺端部倾斜WO. 3%DWO. 4%DWO. 5%D用钢尺量顶面平整度10将直角靠尺的一边紧靠桩身， 另一边端板紧靠，测其最大间 隙。外 径DW600+2/-2+4/-2+5/-4用卡尺或钢尺在同一断面测定 相互垂直的两直径，取其平均 值600+3/-2+3/-2+7/-4壁厚t+10/0+15/0正偏差不 计/O用钢卷尺在同一断面相互垂直 的两直径测定四处壁厚，取其 平均值保护层厚度+5/0+7/+3+10/+5用钢尺，在管桩断面处测量桩身弯曲度WL/500WL/1200WL/1000将拉线紧靠桩的两端部，用钢 卷尺测其弯17、曲处最大距离断头板外侧平面 度0/2用钢卷尺或钢直尺外径0-1内径-2厚度正偏差值不限/07. 0. 3打入桩质量控制1在桩帽侧壁用笔标示尺寸，以厘米为单位，以便记录打桩贯入度。2当采用送桩时，测试的贯入度应参考同一条件的桩不送桩时的贯入度予以修正。3根据设计及试桩确定的停锤控制标准如桩端持力层、最后三阵贯入度和最后lm 沉桩锤击数为主要指标来确定可否成桩，满足要求后，做好记录，会同有关部门做好中 间验收工作。4实际控制成桩标准中的标高和最后三阵贯入度与设计及试桩标准出入较大时， 应会同有关部门采取相应措施，研究解决后移至下一桩位。5打桩过程屮，遇下列问题Z应暂停打桩，及时会同有关部门解决：118、）贯入度突变；2）桩头混凝土剥落、破碎、桩身出现裂缝；3）桩身突然倾斜，跑位；4）地面明显隆起，邻桩上浮或位移过大；5）管桩总锤击数超过2000；6）桩身冋弹曲线不规则。7. 0.4静压桩质量控制1桩机进场时压力表应作检定，压桩过程中注意压力表变化并记录。2压桩前，应调好桩身垂直度，使其垂直度轴线与顶平面垂直度的轴线一致。同 时静压桩机应水平、稳定，桩尖与桩身保持在同一轴线上。3终压标准：根据试桩确定的终压吨位，在桩位达到设计标高后应进行复压，复 压次数不宜小于3次，持荷时间视试桩结果而定。7.0.5褥垫层质量控制1碎石粒径不大于3cm,含泥量不大于5%o2砂应采用天然级配的屮、粗砂，其含泥量19、不得大于5%。3褥垫层中的碎石和砂垫层中不得含有尖石、树根等杂物。4双向土工格栅的规格和抗拉强度应符合设计要求。5压实系数应小于0. 9。7.0.6严格控制桩身垂直度，确保桩身倾斜率小于0.5%。7. 0. 7每根桩总锤击数不宜超过管桩产品说明书或设计要求。7.0.8锤击打桩是桩帽与桩头之间应设置弹性衬垫。衬垫厚度应均匀且经锤击压实后的厚度不宜小于120mm,打桩期间要经常检查、及时更换或补充。8安全措施&0.1在施工过程中应严格遵循铁路工程施工安全技术规程(TB10401.1、TB10401.2)o8. 0.2施工过程应特别注意以下安全事项：1打好的管桩孔口及时回盖袋装中砂或袋装碎石。2移机20、时桩机垂直度不能偏差太大，以防桩机倒塌。3吊装作业要有专人指挥，定期检查钢丝绳。4施工现场的所有电源、电路、电器的设置、安装必须遵守施工现场临时用电 安全技术规范(JGJ46)的规定。5打桩机操作人员、专业电工、电焊工必须持证上岗，并严格遵守安全技术操作 规程。9环保措施9. 0. 1噪声控制1严格执行建筑施工场界噪声限值(TB12523),控制和降低施工机械和运输 车辆造成的噪声污染。2合理安排作业时间，尽可能将打桩作业安排在白天施工，并将噪声控制避免夜 间施工，使施工噪声对周围环境影响减少到最低程度。9. 0.2振动控制采用振动较小的静压力桩机进行打桩施工，可以有效的减少施工中的振动，避免21、 振动对周圉建筑物的影响和破坏。9. 0. 3地基挤压控制在打桩过程中，应严格按照操作规程，密切控制管桩的打进速度，避免管桩对软 土地基的挤压效应，引起地表隆起，使旁边建筑物受到影响。9. 0.4做好地表排水，在工作梨层四周做好排水沟，防止雨水冲刷。9. 0.5打桩施工前先调查清地下电缆和构筑物，并改移至路基外侧。10效益分析10. 0. 1经济效益1预应力管桩对2548m深厚软土地基进行处理相对桥梁方案，施工安全可靠， 操作简便易行，施工造价低廉，能够满足地基沉降的设计要求，具有很好的经济效益和 推广价值。2由于速度为200km/h的客货共线铁路对地基提出了高要求，而东南沿海软土地 基的特点22、，对2548m深厚软土地基只能采用预应力管桩“桩一网”结构加I古I和桥梁方 案，下面就这两种方案以软基深40叭 路基宽30叭 线路长100m为例进行经济比较，如 表 10. 0. 1-1.表 10. 0. 1-2 所示：项目数量单价造价1预应力管桩（含桩帽）16920 米216. 23 元/米3658612 元2砂垫层300立方米41元/立方米12300 元3碎石垫层900立方米66. 3元/立方 米59670 元4土工格栅3400平方米26. 33元/平方 米89522 元5夯填土5570立方米4. 08元/立方 米22726 元6级配碎石3370立方米66. 41元/立方 米223802 23、元7合计4066632 元平均每线路延长米40666元表 10. 0. 1-1预应力管桩“桩一网”结构加固造价分析表表10.0.1-2桥梁方案造价分析表序号项目数量单价造价1少1250mm钻孔桩2560 米1104. 37 元/米2827187 元2承台850立方米338.51元/立方 米287734 元3墩（台）身1205立方米547.31元/立方 米659509 元4梁片3孔750000 元/孔2250000 元5桥面系200延长米1246. 42元/延长米249284 元6合计6273714 元平均每线路延长米62737元由上两表可见采用预应力管桩“桩一网”结构加固处理深厚软上地基每延长24、米路基可节约投资22071元。10. 0.2环保、节能效益预应力管桩采用静力压桩进行打桩施工，具有无振动、无噪声等特点，不会对周围 环境产生破坏及影响，是一种十分环保的施工方法。相对于其它施工方案，采用本工法 施工机械设备投入少，节能效果明显。10. 0.3社会效益应用预应力管桩对深厚软土地基进行处理，在铁路路基施工中尚属首次，它的成功 实施为在我国沿海海积滩涂地段修筑时速200公里客货共线铁路提供了可行经验，为温 福铁路全线对2548m深厚软土地基屮进行预应力管桩的施工提供借鉴。11应用实例本工法综合总结了东南沿海速度为200km/h的客货共线铁路软基处理经验，已成功 应用于温福铁路福建段软25、土地棊试验段工程（连江段）、温福II标霞浦车站、甬台温II 标等工程屮，工程质量满足预定要求。其屮温福铁路福建段软土地基试验段工程（连江 段）的施工情况如下：11.0. 1工程概况温福铁路福建段软土地基试验段工程（连江段）位于福建省福州市连江县境内，施 工里程为DK275+000DK275+400。该试验段中DK275+090DK275+400地基为2542m 厚的软土地基，设计采用预应力管桩加固，管桩设计桩径为1）500mm,路肩范围内桩间 距为2.5m,路肩外为3. 0m,桩顶设0. 4m厚的褥垫层，预应力管桩共计1411根，48262 延长米，预应力管桩“桩一网”结构加固软土地基施工时间26、为2005年3月20日至2005 年7月10 Ro11.0.2施工过程按设计要求采用三台静压桩机和一台锤击桩机进行同时施工，每台桩机均配备吊装 设备。锤击桩机施工里程为DK275+090+150,静压桩机施工里程为DK275+150+400, 施工劳力按三班倒组织。施工吋先吊起一根桩用两台水准仪检查垂直度后打入地面至l.Oni左右停止沉桩，吊上第二根桩进行接桩，接桩完后须经监理工程师检查完后才能沉桩，如此往复直到最后一根桩，沉配桩的最后一根桩时根据是否到持力层是否要采用送 桩或截桩，每沉完一根桩均须专职质检员检查并作详细记录后报监理工程师检查合格， 才能进行移机至下根桩施工。整区段预应力管桩施27、工完后，根据设计桩顶标高进行桩顶 开挖并进行小应变和静载检测，两项检测均合格后才能进行桩帽施工。待桩帽混凝土强 度达到设计强度时进行褥垫层施工。褥垫层施工时，铺设完底层碎石和砂层后铺设双向 土工格栅，路基两侧土工格栅各回折2. Om,完成后再铺设上层碎石和砂层，然后用内燃 冲击夯机进行打夯。11.0.3工程监测及应用效果1预应力管桩小应变检测结果：小应变检测156根，其中I类桩140根，II类桩 16根。2静载试验17根全部合格。3本段软土地基设四个断面观没断面，每个断面在桩顶和桩间土各设2个观测点, 路基填筑完成后12个月观测结果如表11. 0. 3-1所示：表11.0.3-1各观测点的沉降值断面1#点2#点（桩间 土）3#点4#点（桩间 土）第一断面24mni50mm20mm51mm第二断面22mm45mm17 mm55mm第三断面21mm50mm26mm46mm第四断面15mm40mni24mm58mm桩顶与桩间土的沉降值见表110. 3-2：表11.0. 3-2桩顶与桩间土的沉降值最小沉降值最大沉降值沉降差桩顶、15mm26mm11mm桩间土40mm58mm18mm築龍網由以上小应变、静载检测结果和观测结果可知预应力管桩“桩一网”结构加I古I 2548m深厚软土地基取得了圆满成功。