植入桩施工工艺在高速公路桩板式无土路基中的应用

汪涛

摘要：主要分析桩板式无土路基预制管桩复合式植入施工技术在高速公路桩板式无土路基这一新型结构上的施工应用，植入桩主要通过桩、柱一体预制管桩现场连接后整体进行植入的施工方法，本文详细分析了植入桩的施工工艺，希望能够有效提升植入桩施工的质量，从而提高桩板式无土路基这一新结构、新技术在高速公路上的应用质量

关键词：桩板式无土路基、预制管桩、桩柱一体、复合植入、微膨胀砂浆

1、桩板式无土路基植入桩的技术应用概述

近年来桩板式无土路基先后在各省份得到推广应用，桩板式无土路基结构主要由“桩”和“板”组成的刚性镂空结构，相较于传统路基无需进行放坡，从而有效减少施工用地，解决了目前公路面临的无土可用、无地可占的发展瓶颈，随着桩板式无土路基的不断推广应用，桩板式路基的“桩”由传统的钻孔灌注桩发展为高标号混凝土预制管桩，且在施工方法上由传统锤击管桩施工方法创新为干挖旋孔后预制桩、柱现场连接，复合微膨胀砂浆固定的桩柱一体法植入式施工。有效的缩短了预制桩、柱的施工工期，减少施工人员的投入，极大的图稿了工作效率。

2、植入桩在桩板式无土路基应用中的施工工艺分析

本文以安罗高速公路罗山至豫鄂省界段高速公路项目为例，该项目全长44.109Km,标段内设计桩板式无土路基全长3.106公里，为本省首次应用，设计为双向4车道，桩板路基宽净宽为2*11.75m,桩板式无土路基设计段落均为软基路段，水稻田及鱼塘大量分布，为达到工后沉降小，减少软基段落影响高速公路后期的使用，降低纵断面，因此该段落设计采用桩板式无土路基植入桩施工工艺。

2.1植入桩施工准备工作

施工前期需详细研究施工图纸，确定桩、柱长度，以及复测原地面标高，核实是否与设计一至，从而有效保证桩、柱连接处的埋入深度，主体工程植入桩施工前，需要在设计段落进行大量的试桩工作，用来确定桩板式路基植入桩施工工艺、机械选型、资源配置，试桩完成后需要进行破坏性单桩静载检测，确认植入桩的极限承载力，验证地基承载力以及桩长是否满足要求，为设计单位提供有效参数，试桩以80-100m距离为宜。

2.2场地平整及测量放样

施工前需要进行场地平整、处理，以满足旋挖钻机、履带吊、挖机、罐车等大型设备的进入，场地处理以山皮石或拆迁废弃物利用为宜，处理完成后需要进行碾压，以确保承载力满足大型机械进入需要，避免地基局部受力产生不均匀的机械沉陷，而影响桩身的竖直度控制；场地平整完成后，由测量人员对桩位进行放样，采用极坐标法分别测放出各桩位的设计纵、横轴线，即过基桩中心点分别引四根护桩，在植入桩施工过程中利用四根护桩进行基桩轴线复核，以便及时发现偏位及时纠偏。

2.3 钻机就位旋挖成孔施工

钻机就位前由现场技术人员对原桩位进行复核，桩位偏差小于10㎜，并用“+”字线定位，定位完成后，根据桩位进行钻机就位，钻机就位后，必须对钻机的钻杆进行竖直度检测和调整，调整好后应将钻杆的调整系统锁定，防止钻杆在钻进过程中发生变化；在钻进过程中，要根据地质情况调整钻机的钻进速度。在黏土层内，钻机的进尺可快些，在砂土层中，钻机的进尺要控制，以防坍孔。植入桩区别于钻孔灌注桩为干孔钻，没有泥浆，在遇砂层地质钻孔中，会出现塌孔现象，现场需采用钢护筒跟进，钢护筒长以超过桩长50cm-100cm为宜。主意钢护筒尺寸需以护筒外径与设计孔径对应，以防钢护筒拔除后在植桩过程中，砂浆损耗较大，导致预制管桩在微膨胀砂浆中的埋深不够，影响桩身整体承载力；当植入桩位于砂层地质时，预制管桩桩底持力层位于砂层，为消除由于钻孔造成对桩端持力层的的扰动，在旋挖钻成孔时对孔深进行控制，需预留5-30cm不钻，在桩身植入时利用震动锤沉桩到设计标高，具体预留的深度需通过试桩确定，预留深度分别按10cm，20cm，30cm分布进行试桩，根据沉桩效果，静载试验结果确定具体预留深度。

2.4专用微膨胀砂浆灌注

复合植入桩桩周采用M15复合水泥微膨胀砂浆，复合水泥微膨胀砂浆应具有足够的强度，并具有微膨胀、无收缩、自流平、缓凝等特性，砂浆出场前进行检测，要求其流动度不得小于200。初凝＞4小时，终凝＜48小时，灌注前安装导管，导管每节长2.0～2.5m为宜，并配1～2节长0.5～1.5m短管，导管由管端粗丝牙连接。导管在开始浇筑砂浆，导管底端到孔底的距离应为 0.5m～0.8m。导管安装完成后开始灌注专用砂浆，在成孔后半小时内进行砂浆灌注为宜，以防孔内地质扰动；注意：专用砂浆须严格计算用量，砂浆过少会导致桩身埋入砂浆过短，从而影响桩身承载力，砂浆过多会导致管桩植入后砂浆溢出，污染施工场地，且造成大量浪费，施工成本增大，以直径φ70cm桩径为例，首盘料砂浆应为0.8m³，灌浆应首灌后导管的底端应埋入专用砂浆中 0.8m 以上。砂浆方量计算方法为：砂浆方量V=V1+V2（其中V1为土体内有效桩长范围内护筒体积减去该段植入桩体积；V2=护筒下方有效桩长范围内开孔体积减去植入桩体积，体积计算公式：V=3.14×d²其中d为半径）。根据本项目地质情况，砂层水泥砂浆灌注过程中均出现渗漏现象，在现场灌注过程中，需超出设计方量的30%-40%，因此在灌注过程中还根据地质情况计算准确砂浆方量。

2.5预制桩、柱连接及整体植入

2.5.1植入施工前需对预制管桩、管柱进行焊接方式连接，连接完成后进行整体植入，预制桩、柱的连接采用端板焊接法，接头强度不应低于桩身强度，二氧化碳气体保护焊焊丝采ER50-6,接桩采用二氧化碳保护焊，由两个焊工沿桩周对称进行。焊接时宜先在坡口周边对称点焊4点-6点，待上下节桩固定后拆除导向箍再分层施焊。焊接层数应为三层，内层焊完后应将焊渣清理干净，方可施焊外层；焊缝应连续、饱满，不得有表面气孔、夹渣、弧坑、裂纹、电弧擦伤等缺陷。接桩方式通常为两种，一是横向接桩法即在平整的场地上横向进行接桩，缺点为地面需硬化，平整度要求严格，需设置接桩架，二是竖向接桩法即在植桩段落非工程桩位置，现行设置接桩孔，将下节预制管桩置于孔内，桩头高出出地面1.0m-l.3m，采用专用定位导向箍将管桩进行固定，固定完成后采用吊车将预制管柱吊起，对接管桩桩头处进行焊接，由两个焊工沿桩周对称进行。焊接时宜先在坡口周边对称点焊4点-6点，待上下节桩固定后拆除导向箍再分层施焊，二氧化碳保护焊冷却时间不宜少于8min，严禁用水冷却或焊好后立即沉桩；

2.5.2 植入前需先行安装植桩专用定位器，由吊车将连接好的桩、柱整体起吊，开始进行植桩施工，定位器放置完成后进行桩位坐标复核及定位器标高测量，有助于控制管桩标高，管桩缓缓通过定位器下放。沉桩之前将PHC桩桩底采用不小于6mm钢板制作桩尖进行焊接封底，防止砂浆流入预制管桩中。桩起吊提升到垂直状态后，将桩尖准确的放在桩位上，缓缓施工将桩插入砂浆1.5m左右位置。在机架前，侧呈90°的两个方向，各距机架25m左右处，架设全站仪，检查调直桩身垂直度。控制桩身垂直度偏差在1%以内。施工过程中要边校正桩身垂直度边往下沉桩，避免由于桩身倾斜产生管桩损坏。不得采用顶拉桩头、桩身等强行纠偏方法。待桩身植入至设计标高后，拧紧定位器至膨胀砂浆凝固后撤出，完成植入桩施工。

注意：当管桩沉入微膨胀砂浆，由于管桩对砂浆的挤压至管桩不在下沉施，通常采用DZ90振动锤对管桩进行振动锤入至设计标高，但此工艺由于振动锤启动后极难控制桩身竖直度，导致桩身偏位过大，易引起后期桩、板无法连接现象发生，而产生废桩现象，因此建议使用液压打拔机进行振动打入，打入时，设置桩帽，桩帽应有足够的强度、刚度和耐打性，桩帽应做成圆筒形，套桩头的筒体深度一般35-40cm，内径应比管桩外径大20-30mm。

3. 结语

随着桩板式路基的不断推广应用，植入桩施工这一施工工艺将不断用于桩板式路基的管桩施工，通过合理的选用植入桩所使用的的机械，采用有效的施工工艺，不断总结改进植入桩施工过程中的方法，将不断提高植入桩施工的质量以及施工进度，促进公路事业在新结构应用上的进一步发展。

参考文献：

1. 王瑷琳.高速铁路桩板结构路基设计有关问题研究[J].路基工程，2016(04): 55-59+64.

2. 吴康宁.高速公路桩板式无土路基工程复合植入桩试验研究[J].内蒙古公路与运输，2016.5(4):22-25.

3. 徐友治.桩板式路基施工技术在高速公路中的应用[J].工程技术研究.2021,6(5).60-61.