PHC管桩在文赋铁路软土地基加固中的应用。
文赋铁路是浙江温州至福建福州的高速铁路，设计时速200KM/h，本试验段在福州市附近的连江县境内进行，长度为DK275+000 ~ DK275+400 m，预应力管桩加固段310m m，DK275+270处有灌溉涵洞，对该涵洞基础进行加固。其中φ400mm桩46根，φ500mm桩1，307根，单桩设计容许承载力900KN。桩呈正方形排列，最小桩间距2m，最大桩间距3m。正式施工前，用静力压桩机和柴油锤进行了8根工艺试桩。
2.工程地质和水文概述
工程场地均被第四系地层覆盖，上部为全新统滨海滩-溺谷相沉积。底部粘土属坡积成因，下伏基岩为燕山期凝灰岩和侵入岩，地下裂隙中地下水发育，埋深0 ~ 1m。各层地基土的岩性及主要物理力学指标如下:
(1)粉质粘土，褐黄色~灰绿色，硬塑，局部混少量砾石。表层为0.4~0.6m的种植土，含植物根系，该层厚度为0.4~2.1m，局部分布于施工场地。
(2)淤泥，浅灰色，流塑。手感细腻，分布均匀，含少量腐殖质，有机质含量2.8~7.9%，局部混有细砂透镜体。由于地处临海的山前平原，其水平和垂直分布随基岩面的起伏变化较大。具有高压缩性和低强度的特点，敏感性标准值为7.1，属于敏感性粘性土。层厚10.5～19.7米.
(3)粉质粘土，褐黄色、灰绿色、浅灰色等。，软硬分布不均，因海陆交互作用，夹粗砂、砾石、砾质土、淤泥质粘土等透镜体，厚度3.6 ~ 28m
(3)-1 ~ (3)-7淤泥质粘土，浅灰色，流塑，混少量腐植物及贝壳，0 ~ 6.0m后；局部砾石土、粗砂、淤泥、砾石砂、砾石土透镜体，灰色夹灰黄色，中密，饱和。
(4)花岗岩，全风化砂质，标贯击数n = 25 ~ 50击，厚度>；2m；
(5)凝灰岩，灰绿色或灰白色，全风化砂质，标贯击数n = 16 ~ 35，厚度>；10m。
3、施工准备
3.1，施工便道
施工前的机械进场和施工中的管桩进场都经过施工便道，重型车辆在上面行驶，对施工便道的承载能力要求较高。本工程施工便道底层用片石碾压，去除原地面的淤泥，使便道以后不会有“弹簧土”，中间层用隧道施工弃土填筑，便道上层用2-4cm的碎石、石屑铺筑。
所用材料基本上是下粗上细，既能保证便道的稳定，又能使便道表面平整，易于修补。施工便道应尽可能平直，以减少不必要的弯曲。在施工区域内，便道应在打桩范围之外，这样打桩机的施工不会影响便道的畅通，施工好的管桩也不会被行驶的车辆挤压。
3.2、工作垫
这个实验段的施工现场，原本是当地人的水田，表层土壤为常年种植土，承载力较差。而单个带配重的静力打桩机会有300多吨，需要在施工区域铺设工作垫层，提高地基承载力，保证打桩机在施工过程中不会下沉。一般要求工作垫层铺设后承载力不小于100KPa。工作垫层的材料可以是隧道爆破的弃土，但不能用大块的毛石，否则施工时容易造成桩位偏移。由于静力压桩机庞大的机身，工作垫层的铺设宽度应足够。在此施工中，工作垫层的铺设宽度应通过将最外面的桩加宽5米来控制。
3.3、测量放样
根据设计交付的导线数据，应对导线点进行复测。经复核，根据施工图纸和现场施工条件，在ⅰ路左侧30m处，沿线每隔25m设置一个控制点，作为放样桩位时经纬仪的装镜点和后视点。控制点距离最外侧管桩18.8m，仍有挤土效应，需用全站仪每周检查校正一次控制点。
根据实际打桩路线图，按施工区域测量定位控制网。一般一个区域根据每天的施工进度放样10 ~ 20根桩，在桩中心的地面插一根长约30 ~ 40 cm的小竹桩，并用红漆标出。以工程桩位为中心，按直径用白灰画圆，便于插桩找正。自检后，放出的轴线和桩位应由监理工程师复核。沉桩过程中，应经常复核控制点，并做好定位记录和技术复核记录。
3.4.施工机械和管桩材料的选择
该施工采用静压锤击技术。静力压桩机具有无噪音、无振动、无污染的优点。锤机具有嵌岩能力强的特点。
施工静压采用YZY-750T全液压侧夹式打桩机。锤具机采用滚管行走的柴油锤桩机，锤具型号为HD50。所有施工机械都有检验证书。桩锤的选择主要考虑柴油锤能量大、施工速度快、效率高，以及“重锤轻敲”的原则。
采用建华管桩公司生产的PHC管桩，混凝土强度为C80。严格按照先张法预应力混凝土管桩(GB13476-1999)制作，高压高温养护，单桩竖向承载力2820KN。
4、施工流程
4.1，静力打桩机
4.1.1，打桩过程
桩机安装到位后，移动到需要行驶的位置，启动平台支腿油缸，调整水平。吊装预制桩，先系好吊装用的钢丝绳和索具，开动机器吊装预制桩，使桩尖垂直对准桩位中心，慢慢放下插入土中。当桩尖插入桩位，夹具夹紧管桩后，轻轻启动压桩缸。当桩埋至50cm时，再次校正桩的垂直度和平台的水平度，确保桩的纵横偏差不超标。然后启动压桩气缸，慢慢压下桩，控制压桩速度。桩头离地面一米左右停止压桩，吊车吊起另一根桩开始接桩。接桩时，新桩接头的轴线要与原桩接头的轴线一致，两个焊接面上的泥土、油污、铁锈要事先清理干净。上下桩之间的缝隙要用铁垫片焊牢，焊接时要采取措施对称焊接，以减少焊缝变形造成的接头弯曲。焊缝应连续且饱满。接桩处的焊缝应自然冷却不少于1分钟。接桩时，应在下一节桩头安装导向箍，以便将新接桩节导向到位。找到上桩的方并用4-6点对称点焊固定，然后取下导向箍。管桩焊接施工应由有经验的焊工按照技术规程的要求进行。接桩时，在新接桩固定前，也要用经纬仪在90度夹角的两个方向观察垂直度，并调整打桩机的水平。
4.1.2，压力停止标准
本试验段φ40cm管桩和φ50cm管桩的终压分别不小于2000KN和2500KN。桩端持力层采用硬塑粘土层或全风化基岩，满足要求后稳压三次，每次不少于2分钟。
4.2、锤打机
打桩过程
测量人员根据边桩控制桩位，用J2经纬仪定位放样后，在桩位上以米为单位标出长度，以便观察桩的埋深，记录每米锤击数。第一节管桩吊装就位插入地面时的垂直度偏差不大于0.5%，并在90度两个方向同时观察校正；施工时要保证桩锤、桩帽、桩身的中心线重合，否则管桩在偏心锤的打击下容易弯曲折断。焊接接桩时，桩头应高出地面0.5 ~ 1.0m，上下桩段应保持平直，错位偏差不大于2mm。待焊好的桩头自然冷却后，方可继续锤击，时间不得少于8min。焊接后严禁用水冷却或敲击。打桩时，锤垫采用厚度为15cm的直木垫，桩垫采用麻袋和木胶合板。压缩后厚度约为12cm，锤击时应经常检查，及时更换。管桩总锤击数不宜超过2000击，最终1m锤击数不宜超过280击；送桩前检查桩的垂直度；在软土层中施工，每根桩应连续打入，停歇时间不宜过长。
4.2.2锤子标准
本次仅施工φ50cm管桩，要求桩端进入硬塑粘土层或全风化基岩。要求最后三排贯入度为20 ~ 40 mm，最后10击贯入度小于20 mm时关锤。
5.试验结果
本试验段PHC管桩施工后，委托中科院武汉岩土力学研究所分别采用静载和小应变检测，检测按照JGJ106-2003标准进行。小应变检测133桩，其中ⅰ类桩占92%，ⅱ类桩占8%，未发现ⅲ类或ⅳ类桩。静载方面，13根桩采用慢速维持荷载法，最大荷载1，800 kn(单桩设计承载力的2倍)，初始荷载360KN，然后每级加载1，800 kn。从Q-S曲线来看，曲线平缓，没有明显的陡降。S-lgt曲线平缓规则排列，最大沉降量为27.61 mm，单桩竖向极限承载力满足要求。
6、施工经验
6.1、工作垫材料的选择
工作垫层是用来提高原表面的承载力，使打桩机在施工时能顺利行走，但不能影响后续施工。如果工作垫层的材料中有很多大块的片状，就会影响管桩施工时的桩位和垂直度；而粒径过细的材料对提高淤泥质土或多年生种植土表土的承载力作用不明显，所以工作垫层材料的选择要适当，材料粒径可以大，但不能出现大片状。
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6.2.管桩材料的堆放
管桩的打桩应根据桩的规格、长度、使用顺序和距离进行；堆放场地选在平坦坚实的地方，使桩堆放后不会引起过大的沉降，最底层与地面接触的垫木要加宽加高。堆垛时，在桩下放置两个垫铁，支撑点的位置在两点式起重机的吊点上，同一楼层的两个垫铁的顶面保持在同一水平面上；重叠堆放时，每层应放置垫木，每层垫木应上下对齐；堆垛数量不得超过三个；垫木选用抗压木枋。
6.3、挤压效应
静压法施工的预应力管桩属于挤土型，沉桩时经常扰动桩周土体结构，改变土体应力状态，产生挤土效应。打桩机施工时焊接时间过长；桩接头多，焊接质量不好或桩端卡在硬夹层内；施工方法和顺序不当，每天桩数过多，压桩速度过快，桩数过多排列过密等。，会加剧挤土效应。也有可能某一土层的不排水抗剪强度低，压缩性高。静压过程中，桩打入土中，会导致冲击剪切破坏，同时桩周土会被挤出，孔隙水被这种冲击剪切挤压形成不均匀水头，产生巨大的超孔隙水压力，而上部杂填土层没有清理干净，会使土体向上的应力无法释放，增加地基土的侧向应力。本工程位于开阔地带，施工区左侧50米处有一条小河，成为天然的防塌沟，使河外的民房不受影响，而靠近施工区的边桩在周检中发现有位移，但位移不大。
挤土效应的防治意义重大，尤其是在周围建筑物密集的地区。一般做法是先清除表面杂填土，开挖防挤压沟，设置应力释放孔，合理安排打桩顺序。根据周围环境和施工现场的土壤夯实程度，静距离会先开始施工，再从远距离开始施工。如有必要，每天应控制打桩次数。如果允许管桩内腔灌入土中，采用开口桩尖也能有效减小挤土效应。
6.4、最终压力标准
PHC桩是端承桩，其止压标准的合理与否将直接影响到桩能否满足设计承载力要求而不被压坏。实践证明，在桩材质量合格、沉桩正常的情况下，压桩压力对桩身的破坏大多与压桩标准控制不合理有关。同时，PHC桩具有脆性破坏和低拉应力的特点。当压力较大，桩架配重不够时，桩机提升架产生的冲击力很容易造成PHC桩开裂或损坏，压桩的情况也时有发生。因此，在PHC桩施工中，正确合理地控制止压标准是一项重要的技术。PHC桩停压标准的控制主要考虑以下两个方面:施工中详细了解工程地质条件及相关设计要求，正确把握桩进入持力层深度与最后三次贯入阻力达到1.8 ~ 2.0倍单桩设计承载力的关系，累计沉降≤10mm；而施工中的终压是根据施工中瞬时荷载下土的侧向约束来确定的，所以终压可以大于单根管桩竖向承载力的两倍。其应力模式接近轴向受压构件的应力模式，最终压力可由以下公式近似得出:
P=(0.67R-σce)A0
r——混凝土立方体抗压强度
σce-混凝土的有效预应力值
A0——PHC桩的横截面积
本次施工双单桩承载力为1800KN，实际控制中以2500KN以上的压桩力作为压桩标准。根据以下经验公式，单桩承载力可由最终压力2500KN估算，远不能满足设计要求:
Quk=αPp
PP-最终压力(KN)
α ——通过分析几个工程的静载试验值和压桩终值得到的经验系数，根据土质情况取0.7 ~ 1.5。
6.5、桩顶位移
在施工过程中，相邻桩会产生侧向位移和桩身上浮。有以下几个原因:
a、桩埋好后，遇到较大的硬障碍物，将桩尖推到一边。
b、两桩或多桩施工，两桩不在同一轴线上，造成曲折。
c、桩数多，土饱和密实，桩间距小。沉桩时，土被挤到极限密度并向上鼓出，相邻桩上浮。
D.软土地基密集群桩施工过程中，沉桩引起的孔隙水压力将相邻桩推向一侧或上浮。
为有效减少桩顶位移，施工前应清理桩位下的障碍物，并对桩构件进行检查。发现桩身弯曲超过规定值(L/1000且≤20mm)或桩尖不在桩的纵轴上，不宜使用。在稳桩过程中，如发现桩不垂直，应及时纠正。接桩时，要保证上下桩在同一轴线上，接头要严格按照操作要求执行。应采取井点降水、排砂、盲沟等降水或排水措施。沉桩期间，不得开挖基坑，待沉桩完成后，在适当的间隔时间内方可开挖。间隔时间应根据具体的地质条件、基坑开挖的深度和面积、桩的密度和孔隙水压力的消散情况确定。一般来说，认为是两周左右。
6.6、其他问题
a、施工中相邻两桩地质条件差异较大，导致送桩过深的问题。因为我们后面还要打承台，所以桩太深的管桩打承台难度极大，容易造成相邻桩的水平位移。笔者认为送桩深度不宜超过两米。
b、本施工中，锤击桩机的管桩采用普通焊条焊接，静压桩采用二氧化碳气体保护焊焊接；从小应变检测可以明显看出，普通焊条焊接的接头比二氧化碳气体保护焊焊接的接头差。建议在今后的施工中，管桩接头的焊接尽量采用二氧化碳气体保护焊。
c、根据安全管理的有关规定，必须建立健全项目的相关管理制度，落实项目内部的安全管理责任制，建立考核制度，落实奖罚措施，完成打桩机的资质和特种作业上岗证。此外，还必须注意以下事项:
1.起重机作业前，应润滑转动部件，检查部件的紧固程度，看钢丝绳是否磨损。
2.起重臂下严禁站人，重物停在空中时，司机不得离开操作室。
3.起重范围不得超过起重性能中规定的指标。在压桩开始前，起重机和起升机构必须在压桩前松开提升钢丝绳和吊钩，以免拉断钢丝绳和弯曲吊臂。
4.接桩时用于焊接的各种气瓶应做好标记。气瓶距离明火点应大于10m，气瓶间距必须大于5m。气瓶必须有防震圈和保护帽。使用和存放时，禁止平放或倒置。
5.停止作业时，短鞋需要运行到打桩机中间位置，停在平地上，其余油缸缩回。切断电源，操作人员可以离开打桩机。
6.完工桩的桩头应加盖，以防行人或杂物掉入。
7.结束语
PHC桩的单位承载力成本低于其他桩型，综合经济效益指标优于其他桩型。通过本次试验段的施工，我们对该桩的施工工艺有了更深入的了解。本文所述的施工经验，仅供同仁参考。
随着PHC管桩的广泛应用和发展，以及理论研究和工程实践的不断积累，PHC桩的施工技术将不断完善。
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