1、文 章编号：1008-3812（2022）06-017-04辽宁省交通高等专科学校学报JOURNAL OF LIAONING PROVINCIAL COLLEGE OF COMMUNICATIONS 第 24 卷第 6 期 2 0 2 2 年 1 2 月 Vol.24 No.6 Dec.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
2、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
3、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
4、。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 2 m，桩 径 0.4 m，分 别 以 30 m、32 m 和 35 m 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
5、 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：TU 473.1 文献标 识 码：B 收稿日 期：2022-08-01 作
6、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 S 1 号 桩 为 例。第 一节 10 m：在 4 分 钟 内进 行 30 次 锤击。其 中，锤击 前 2 m 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 8 m 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
7、 在 0.5%以 下；第 二 节 10 m：通过 CO 2 气 保 护 焊 接，共 进 行 25 min 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 10 m：对 桩 和 焊 接 时 间 总 共 40 min，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 30 m 长 的试桩 全 部 打
8、入 地 面 共耗 时 17 min，锤击 次 数 为 791 次，最 后 1 m 共 进 行 85 次 锤击。S 2 号 桩分 为 10 m、11 m 和 11 m 进 行 锤击，共 锤击 32 分 钟，锤击 次 数 为 840 次，最 后 1 m 共 进 行 96 次 锤击；S 3 号 桩分 为 12 m、12 m 和 11 m 进 行 锤击，共 锤击 21 分 钟，锤击 次 数 为 873 次，最 后 1 m 共 进 行 97 次 锤击。S 2 号 桩 和 S 3 号 桩的 施 工 方法 同 S 1 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
9、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 1300 KN。（2）检测结 果 分
10、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 1300 KN 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 0.29 L 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
11、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 1 min 之后 才 可 将 其 打 入 土 中。此 外，落 锤 高 度 应 为 2.5 m-3 m，每 锤 应 有 180 t 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：（
12、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 520 780 1040 1300 1560 1820 2080 2340 2600 S 1
13、级 沉 降 量/mm 1.34 0.58 0.58 0.66 0.82 0.86 0.85 0.95 1.20 总 沉 降 量/mm 1.34 1.94 2.54 3.22 4.06 4.94 5.81 6.78 8.00 S 2 级 沉 降 量/mm 1.48 0.36 0.74 0.61 0.81 1.00 0.88 0.86 1.12 总 沉 降 量/mm 1.48 1.86 2.62 3.25 3.90 5.10 6.00 6.98 8.02 S 3 级 沉 降 量/mm 1.25 0.53 0.62 0.67 0.80 0.86 0.88 0.91 1.21 总 沉 降 量/mm 1
14、.25 1.80 2.44 3.13 3.95 4.83 5.73 6.66 7.89 18 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 1 m 的 锤击 数 在 250 次 以上，若 管桩 在 加设 桩 尖 后 的 最 后 1 m 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
15、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。
16、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
17、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 DD 63 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
18、 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
19、 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
20、 观 测。首 先 将 桩 尖插 入 土 中 500 mm，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
21、 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
22、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
23、 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 100 m 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
24、 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）：1-3.3 Song X.Integrated detection technology research of dy
25、namic compaction ground treatment J.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（S 2）：
26、271-277.图 7 经 纬 仪测 点图 Study on Test Technology of Pipe Pile in Soft Soil of High Railway Foundation Fu Yan Abstract Taking the soft soil subgrade of a high-speed railway as the research background,the con-struction precautions are clarified through the way of pile test,and on this basis,the optimiza
27、tion scheme is put forward,including adding pile tip,improving pile cap of pile feeder and adding supporting facilities.The results show that the improved construction scheme has higher construction efficiency and better eco-nomic and social benefits.Keywords high-speed railway base,soft soil,pipe pile reinforcement,line positioning 20
