PTC 管桩处理深厚软土路基施工技术
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摘要：PTC管桩处理软土路基具有单桩承载力高、施工速度快、无噪音无污染、质量稳定、造价合理等优点，加固深度可达40m以上，为深厚软土路基处理提供了有效方法。以某高速公路的互通连接线用 PTC管桩加固处理深厚软土路基为例，介绍其施工技术。该工程路基工后最大沉降小于7cm，效果显著。
关键词：PTC管桩；软土路基；施工技术
PTC管桩(预应力混凝土薄壁管桩)是采用高强混凝土和预应力技术发展的一种混凝土等截面圆筒薄壁构件。工厂化生产，运至现场后，压入软土路基。其处理方法具有单桩承载力高、施工速度快、无噪音无污染、质量稳定、造价合理等优点，在公路软基处理、新老公路拼宽控沉方面得到广泛应用，处理深可达40m以上，为深厚软土路基处理提供了有效方法。
1 工程及地质概况
某高速公路的互通连接线大部分路段穿越软土地基，局部路段为深厚软土地基，沿线河网交错，结构物众多，填土高度大。在K2+200～+342，K2+442～+502路段，地层表部为0.5-3.0m厚灰褐色亚粘土，中部为厚8-15m淤泥质亚粘土，底部为中密状粉砂、泥岩，地基应加固处理。土层物理力学指标见表 1。
2 处理方案分析与选择
深厚软土地基处理方案设计是以有效控制地基的沉降量为原则，兼顾经济，方便施工。目前主要有水泥搅拌桩(干法、湿法)、CFG桩、Y型沉管桩、PTC管桩等复合地基处理方法，其适用范围、技术经济性各有特点。
2.1 水泥搅拌桩
水泥搅拌桩法施工速度较快、加固效果好，软土深度不大于10m时造价低，但受土质条件限制较多，存在施工工艺参数不易控制、加固深度浅 (一般12-14m之内)、深层成桩困难、深层加固效果难以保证等问题。
2.2 CFG桩复合地基
CFG桩为水泥粉煤灰碎石桩，由碎石、石屑、砂、粉煤灰掺水泥加水拌和，用各种成桩机械制成的强度等级在C5-C25间可变强度桩。其加固深度可达18m，当软土深度10-15m时经济合理，但采用振动法有扰动，长管螺旋钻施工需要工作面大。
2.3 Y型沉管桩
Y型沉管桩发挥了等截面非圆形桩侧表面积增大、摩阻力提高的特点，大幅提高基桩承载力，是一种较好的新型桩基技术。但由于Y型沉管桩由于沉桩时的挤土效应和锤击法施工时的振动效应，不宜在建筑物集中的区域施工，施工质量不仅受地质影响，而且还受施工队伍的素质、经验的影响。
2.4 PTC 管桩
PTC管桩可压入持力层 1-2m，将荷载直接传递至持力层，设置桩帽、碎石褥垫层扩散荷载，降低桩间土承载力，减少路基沉降。当填土高度超过3倍地基极限高度时，宜选用管桩法。
根据该高速公路互通连接线工程地质特征 (下卧承载力较高的持力层，表层有硬壳层，中间层厚且承载力低) ，经综合比较分析，选用PTC管桩处理方案。
3 PTC管桩处理深厚软土路基特点
3.1 处理软基范围广
PTC管桩是由桩侧阻力和桩端支承力共同承受上部荷载，能穿透普通软土层及粉砂粘土层，可选择强风化岩层、全风化岩层、坚硬的粘土层或密实的砂卵石层等多种土质作为持力层，且对持力层起伏变化大的地质条件适应性强，因此处理软基范围广。尤其适用于堆载预压(排水固结法)和水泥土搅拌桩(含干法和湿法)等方法难以处理的20m以上深厚软土区域。
3.2 施工质量可靠
PTC管桩经高速离心成型和二次湿热养护工厂化制作，管桩水泥混凝土抗压强度可达 70MPa以上。施工中采用静压桩机进行沉桩施工，压桩力可通过压力表直观、安全、准确地反映，因而对桩体承载力的控制、判断精确度高；沉桩长度可直接监测，沉桩质量可靠。
3.3 单桩承载力高
由于PTC管桩桩身混凝土强度高，可压入密实的砂层和强风化岩层，确保桩基础嵌固在较好的持力层上，桩端支承力高。单桩承载力比同截面的沉管灌注桩、钻孔灌注桩高1-4 倍，比水泥土搅拌桩高7-10倍。
3.4 施工速度快
PTC 管桩较其他软基处理方法施工进度快，静压法沉桩施工，在普通地质条件下，3- 5分钟即可压入5m长管桩。沉桩完毕，桩体承载力即可达到最终承载力的80%以上。施工速度快于堆载预压法、水泥土搅拌桩、CFG桩和Y型桩。
3.5 综合造价低
虽然PTC桩每米造价较水泥搅拌桩等方法高，但由于静压法沉桩对桩身破坏小，送桩到位率高，截桩少，处理15 m以上深厚软基其经济性更为明显。PTC管桩施工速度快，工期显著缩短，可提前投入运营；工后沉降小，运营养护费用少，综合造价低。
4 工艺原理
采用PTC管桩桩径40cm (壁厚6cm，C60混凝土) 桩距2.5-3.5m，桩帽边长1.2-1.6m，以顶压式静压法压入持力层，桩体将荷载传递给持力层，可较好地发挥桩端阻力作用；管桩压入软土层对管桩周围土层产生挤压作用，桩端承载力、桩侧摩阻力得到进一步提高，利用管桩的支承作用、桩侧摩擦力承受路基荷载。PTC 管桩顶一般设桩帽，扩大桩顶面积，桩帽上铺筑碎石垫层，根据软土状况考虑是否铺设土工格栅，通过碎石垫层、土工格栅、桩帽的荷载扩散作用，进一步减轻桩间土荷载，从而减少软土压缩，达到控制软土路基沉降的目的。
5 关键施工工艺
5.1 压桩
压桩前应将地下障碍物探明并清除干净，在桩身上划出每米长度标记，以便观察桩的入土深度及记录对应压力值。通过标高测量，在送桩器上做好最后1m及最终送桩深度标记，通过水准仪配合控制。合理调配管节长度，每根桩的管桩接头数不宜超过4个；桩的接头位置应相互错开0.5m以上。压桩顺序应遵循减少挤土效应，避免管桩偏位的原则。一般应先深后浅，先大后小；尽量避免桩机反复行走，扰动地面土层；循行线路应经济合理，使得吊桩、喂桩方便。根据现场地质情况，可沿道路一端至另一端、路幅一侧至另一侧蛇形顺序压桩。压桩前应按所选桩机型号对预应力管桩进行试压，以确定压桩的技术参数。压好第 1节桩至关重要，首先要调平机台。管桩压入前要准确定位、对中，在压桩过程中，宜用两台经纬仪在互相垂直的两个方向，监控桩的垂直度 (垂直度偏差不大于0.5 % )，压桩速度一般以1.0-2.0m/min为宜。施工过程应对压桩进行全程监控测量，并随时对桩身进行调整、校正，以保证桩的垂直度。详细记录每入土1m时压力表的压力值。在压桩过程中，应随时检查压桩压力、压入深度，当压力表读数突然上升或下降时，应停机对照地质资料进行分析，查明是否碰到障碍物或产生断桩等情况。
5.2 接桩
下节桩段的桩头宜高出地面0.5m，接桩时上下节桩段应保持顺直，错位偏差不大于2mm。接桩就位纠偏时，不得采用大锤横向敲打。桩对接前，上下端板表面应采用钢丝刷清刷干净，坡口处应刷至露出金属光泽；加上定位板，再把上段桩吊放在下段桩端板上，依靠定位板把上下桩段接直，接头处如有空隙，应采用楔形铁片全部填实焊牢；接桩上下接段轴线偏差不大于5mm，节点弯曲矢高不大于桩段的0.1%；焊接宜在桩四周对称进行，待上下桩节固定后拆除导向箍再分层施焊；焊接层数不得少于两层，第一层焊完后必须把焊渣清理干净，方可施焊第二层，焊缝应连续、饱满；焊好后的桩接头应自然冷却后方可继续施压，自然冷却时间不宜少于8分钟；严禁采用水冷却或焊好即施压；桩冷却后涂刷一层沥青防腐层，涂好后继续压桩。如有多节管桩，重复以上工序。
5.3 终压
终压须对标高及送桩压力进行双控，送桩压力偏差应在±5%以内，终压后的桩顶标高偏差为±50 mm。
通过对某高速公路互通连接线基桩施工后所进行的低应变与高应变动力检测结果表明，其单桩承载力均能满足设计要求，Ⅰ类桩占95%以上，工后路基最大沉降量小于7 cm，控制路基沉降效果明显。
参考文献：
1、李治平．水泥搅拌桩加固公路沼泽软土地基试验研究．路基工程，2008 ( 1) ：75-76
2、杨轶．管桩的应用和研究现状分析．中外建筑，2007 ( 9) ：110-112
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
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