高铁路基软土地基管桩试桩工艺研究_富岩.pdf

文章编号：1008-3812（2022）06-017-04辽 宁 省 交 通 高 等 专 科 学 校 学 报JOURNALOFLIAONINGPROVINCIALCOLLEGEOFCOMMUNICATIONS第24卷 第6期2 0 2 2年1 2月Vol.24 No.6Dec.2 0 2 2高铁路基软土地基管桩试桩工艺研究1引言我国境内分布有较多软土，其含水率和压缩性较大、承载性能和渗透性较差，且具有蠕变和触变等特点，往往无法满足工程建设需要。软土地基经加固处理后可以使压缩性大大减小，从而使地基沉降量大幅度减小，并可以提高荷载作用下的地基抗剪能力，使工后沉降得到有效控制，使其在一定程度上满足工程建设需要。在软土地质条件下修建高速铁路，往往需先通过排水固结等传统方法进行地基处理，传统的地基处理方法虽然可以取得不错的效果，但其效果在深厚软土地区中较为有限，寻找更为合适且有效的方式处理地基是大势所趋1。近年来，桩网复合地基因具备较高的经济效益和较为理想的加固效果得到广泛应用。桩网复合地基可在短时间完成沉降，且相比之下沉降量较小，工后沉降更容易控制2。在桩网复合地基中，预应力管桩基是一种得到广泛应用的地基处理方式，能够较好满足加固深厚软土地基的需要，有效发挥预应力管桩高强度的特点，使地基承载力有效提升。但预应力管桩复合地基的研究仍不够成熟，工程应用中多依赖于现场试验和施工经验，在推广和应用预应力管桩上还需做出进一步的研究。2工程概况以某高速铁路软土地基为研究背景，其部分段落主要通过预应力管桩进行加固。在前期准备阶段，共选择三根预应力混凝土管桩进行成桩工艺性试验。各试桩间距为2m，桩径0.4m，分别以30m、32m和35m作为桩长。具体布置如图1所示，现场地质条件如图2所示。3试桩为明确各桩锤击总数和每节桩锤击次数，并按照所设计承载力确定落锤高度，判定成桩标准和完成焊接后的停留时间，在正式施工前需开展试桩工作3。富岩（淮安市高级职业技术学校，江苏 淮安223001）摘要以某高速铁路软土路基为研究背景，通过试桩的方式明确施工注意事项，并以此为基础提出优化方案，具体包括加设桩尖、改进送桩器桩帽和加设配套设施等。研究结果表明，改进后施工方案有更高的施工效率，具有更好的经济和社会效益。关键词高铁路基；软土；管桩加固；防线定位中图分类号：TU473.1文献标识码：B收稿日期：2022-08-01作者简介：富岩（1985），男，辽宁辽阳人，工程师。研究方向：建筑工程。图1预应力管桩布置示意图图2地质分布图17辽 宁 省 交 通 高 等 专 科 学 校 学 报2022年3.1试桩过程以S1号桩为例。第一节10m：在4分钟内进行30次锤击。其中，锤击前2m时落锤无法有效弹起，因而改用静压锤头的方法送桩，在锤击后8m时平均每米进行3次锤击。桩机共有4分钟工作时间。通过锤球和水平尺将桩身垂直度控制在0.5%以下；第二节10m：通过CO2气保护焊接，共进行25min的焊接。在焊接时通过锤球和水平尺对桩身垂直度进行控制，在调整至标准状态后进行满焊。焊接后待其进行5分钟的自然冷却后再次进行锤击，共进行6分钟225次的锤击。第三节10m：对桩和焊接时间总共40min，焊接和调整垂直度的方法和上述两节相同。第三节共进行7分钟537次的锤击。将30m长 的 试 桩 全 部 打 入 地 面 共 耗 时17min，锤击次数为791次，最后1m共进行85次锤击。S2号桩分为10m、11m和11m进行锤击，共锤击32分钟，锤击次数为840次，最后1m共进行96次锤击；S3号桩分为12m、12m和11m进行锤击，共锤击21分钟，锤击次数为873次，最后1m共进行97次锤击。S2号桩和S3号桩的施工方法同S1号桩。3.2检测情况在完成三根预应力管桩的试桩后，基于相关规范要求对其进行检测：（1）单桩承载力检测方法在完成试桩施工且土体恢复和固结后，为确定桩身承载力并对地质情况作出进一步判定，需基于设计要求开展单桩承载力试验。以2倍的设计单桩承载力作为试验的施加荷载，通过慢速维持荷载的方式开展试验，记录各级桩身沉降值，并绘制Q-S曲线，对桩身极限承载力标准值进行评估4。在背景项目中，单桩承载力应大于1300KN。（2）检测结果分析单桩承载力试验结果如表1所示。表1单桩承载力试验结果从单桩静荷试验结果可以看出，三根单桩均有大于1300KN的单桩承载力特征值，满足设计要求，且均为完整桩，属于I类桩。在施工起吊预制预应力管桩时，应先将钢丝绳和索具固定好，且在距离桩端约0.29L的位置捆绑索具。管桩起吊时，先对准桩尖和桩位中心，再通过起吊机械将管桩缓慢且垂直的插入桩位中。在桩位插入桩尖后，先采用低锤击进行锤击，在管桩入土一定深度后再通过吊线锤和水平尺稳定管桩。接桩用的预埋铁件保持表面清洁，且焊接时对称焊接使变形有所减少，焊缝连续且饱满，在焊缝自然冷却1min之后才可将其打入土中。此外，落锤高度应为2.5m-3m，每锤应有180t的锤击力。4施工优化4.1优化方案在试桩时，常出现难以打入预应力管桩的问题，因此需要进行优化，主要作出以下改进：（1）在难以打入管桩的地方加设桩尖。通过试击的方法统计锤击数，以此得到桩尖加设区域；（2）改进送桩器桩帽，减少打爆桩头的情况；（3）加设配套设施，避免管桩施工对接效率低和精度差的问题。送桩器经改进后的效果如图3所示。改进后的送桩器可以在使用时更换桩帽，能够满足各桩径锤击要求。统计锤击数可知，管桩在锤击时的试桩号试验荷载5207801040 1300 1560 1820 2080 2340 2600S1级沉降量/mm1.340.580.580.660.820.860.850.951.20总沉降量/mm1.341.942.543.224.064.945.816.788.00S2级沉降量/mm1.480.360.740.610.811.000.880.861.12总沉降量/mm1.481.862.623.253.905.106.006.988.02S3级沉降量/mm1.250.530.620.670.800.860.880.911.21总沉降量/mm1.251.802.443.133.954.835.736.667.8918富岩：高铁路基软土地基管桩试桩工艺研究第6期标准是最后1m的锤击数在250次以上，若管桩在加设桩尖后的最后1m锤击数在200次以下则可以去掉桩尖。所架设的配套设施为小型卷扬机，具体如图4所示。通过机械推桩的方式对桩，配套活动抱箍，使施工进度有所加快；在配套使用活动抱箍时将抱箍套入桩端并锁紧。为使打桩机能够以较快的速度确定桩位，可将活动定位拦焊接到其前端位置5。为便于定位，并确保锤击力可以有效作用到管桩中心，可以在送桩器下端安装一个和送桩器有相同孔径的尖角，这样不仅可以改善桩头受力，也能够有效避免打爆桩头的情况。此外，增设电机的方式可以有效节省人员数量，接桩速度更快，对桩准确度更高。4.2施工工艺4.2.1桩位防线定位（1）防线定位：以施工图坐标为目标，通过全站仪测量定位桩位。定位完成后，记录桩点和标高，便于轴线的恢复和检查，将控制轴线引到安全位置。（2）复核轴线：在施工前再复核一次轴线和桩位，并对轴线尺寸和桩体位置等进行检查，以确保各项指标满足要求；（3）高程控制：通过水准仪测量桩位高程，在测量完后保护好基准点，并定期复测以确保精度满足要求6。4.2.2桩体吊运（1）按要求，生产预应力管桩的厂家应提供质保书等材料，在预制桩进场后按有关要求进行检查，确保满足要求后才可使用。（2）预应力管桩的堆放场地应平整和坚实，堆放高度应控制在2层以下。（3）在运输和堆放时保持管桩平衡，轻吊轻防，避免损伤到管桩。一般通过二吊点法驳运预应力管桩，如图5所示，通过一吊点法拖桩，如图6所示。4.2.3打桩机相关要求基于背景项目的试桩情况使用DD63型柴油锤桩机，且为确保打桩质量和安全，施工时须确保桩架强度和刚度等满足要求。桩帽和垫层的设置满足如下要求：（1）桩帽适合做成圆筒型，确保强度和刚度等满足要求。（2）打桩施工时，在桩帽和桩头间设置弹性衬垫，并经常性检查，及时更新和补充损坏的衬垫。（3）送桩器的长度应大于送桩深度，且送桩器上下端面应垂直于轴线。（4）现场备有各种施工用具，且配备测量仪器，确保随时对桩身垂直度进行测量。4.2.4管桩施打（1）打桩前，复核和纠正各桩轴线；施打管桩时，每日复测和校正轴线控制桩；打桩时平稳机身，准确就位；插桩时确保锤、桩帽和桩身保持垂直，不得有偏移出现。（2）观测垂直度：为确保垂直度满足要求，图3改进后送桩器示意图图4现场卷扬机图6拖桩吊点图图5水平吊装放桩吊点图19辽 宁 省 交 通 高 等 专 科 学 校 学 报2022年通过经纬仪对插桩和接桩定位进行桩正面和侧面的垂直观测，具体如图7所示，若施工条件允许可使用全站仪进行观测。首先将桩尖插入土中500mm，通过垂球对桩机和桩架位置的调整以确保垂直，随后调整首节桩垂直度，确保垂直度偏差在0.5%以下。桩体入土深度通过设计标高和地面高程进行计算，并在桩杆上用红色标线进行标记，最后通过全站仪控制桩顶标高。（3）抱箍安装。在所打入桩头上安装抱箍并锁紧，拖动下根桩体并提升到位。在桩上固定定位设备，移动桩位使预制桩和抱箍紧靠，放桩后即可拆除抱箍。在对垂直度和重合度等检查完成并确保满足要求后即可进行焊接，在接桩工作完成后即可继续打桩。若有桩头不完整的情况出现，通过采取措施垫平，满足要求后即可进行打桩。采取起锤轻压或者轻击数锤的方式进行打桩初期施工，并观测桩身和桩架的垂直度，确保满足要求即可正常打桩；打桩初期应小落距，在稳定桩体后再按设计落距打桩。为确保打桩冲击力均匀且分散到桩身中，打桩所用桩帽和衬垫应合适且满足要求。通过铸钢或者钢板制作桩帽，使用硬木制作锤垫，使用松木或纸垫等制作桩垫。桩帽和桩的接触面平整，且和桩身保持同一直线，避免打桩时出现偏斜。若桩锤自带桩帽，则需要在桩顶设置木块。在桩体需深入土中一定深度时，采用送桩的方式进行施工。一般使用钢材制作送桩器，其具体尺寸结合场地等进行考虑。为达到快速定位的目的，将刺凸安装到送桩器头部。在打桩时，做好桩身位移和倾斜情况的监控，出现问题时及时纠正。在预制管桩接近设计位置或打桩时出现硬土层的情况时，将落锤高度控制在100m以下，避免打烂桩头。当沉桩到设计深度时，需观测贯入度和入土标高，达到设计位置后移动到新桩位。5结语铁路工程软土路基往往具有沉降过大和承载力不足的病害，对于铁路安全较为不利。本文针对某软土地区的高速铁路为研究背景，结合其软土分布深度薄，厚度不均匀等特点，结合现有施工经验，针对性提出管桩加固技术，并通过试桩等方式详细探讨了施工要点，为后续类似施工提供参考。参考文献1 黄瑞章.道路工程软土地基处理方案选择研究 D.福州：福建农林大学，2013.2 陈凤英.桩长对高速铁路CFG桩复合地基承载力特性影响研究 J.城市建设理论研究（电子版），2014（14）：1-3.3Song X.Integrated detection technology research of dynamiccompaction ground treatmentJ.Geotechnical Investigation&Surveying,2015,15（5）：135-142.4 郑刚，李帅，刁钰.刚性桩复合地基支承路堤稳定破坏机理的离心模型试验 J.岩土 工程学报，2013，34（11）：1977-1989.5 章学良.素混凝土组合桩复合地基工程特性研究 D.成都:西南交通大学，2012.6 张忠苗，刘俊伟，谢志专，等.新型混凝土管桩抗弯剪性能试验研究 J.岩土工程报，2011，33（S2）：271-277.图7经纬仪测点图Study on Test Technology of Pipe Pile in Soft Soilof High Railway FoundationFu YanAbstractTaking the soft soil subgrade