高速公路软基处理单壁螺纹塑料套管桩施工工法.docx

高速公路软基处理PTTC桩施工工法
一、前言
沿海及内地湖泊地区存在着众多复杂的软土地基，在该区域修建高速公路或铁路、市政、水利等路基或堤坝工程，必须对地基进行加固处理。由于刚性桩复合地基处理方法具有加固效果好、处理深度深、工期短等优点，在路堤软基加固工程中得到广泛应用。当刚性桩应用于路基、堤坝工程时，又常称为路堤桩。常用的路堤桩有各种沉管灌注桩(包括振动沉管素混凝土桩、Y(X)形等异型灌注桩、大直径现浇薄壁管桩等)、碎石注浆桩和预应力管桩等，但采用这些方法软基处理后的工程质量、工程造价均难以达到较为理想的效果，其软基处理路段的沉降和跳车现象仍十分严重。在申嘉湖杭高速公路软基处理中应用的PTTC桩由于其表面带有螺纹，具有较大的桩侧摩擦阻力和承载力，且整体造价较低，因而，该新技术的应用为深厚软土路段消除桥头跳车、路基不均匀沉降及高速公路拓宽等问题都提供了新的思路，极大地改善了人们一直广泛认为软基处理施工中难以控制质量、造价的问题。
二、工艺特点
1、采取静压沉桩施工，套管先沉，桩身混凝土现场浇筑的施工工艺，噪音小，污染小，施工工艺简便。
2、PTTC桩属于现浇混凝土桩的范畴，与常规的振动沉管现浇混凝土桩相比增加了单壁螺纹塑料套管，充分发挥外部螺纹与周边土体较大摩阻力作用，提高了承载能力，质量可靠。
3、可以先成批打设套管，再成批灌注混凝土，对周围环境影响小，施工进度快，易于控制，工程造价较低。
4、桩长和桩身强度可根据地质条件现场变强度、变桩长调整设计，适应性强。
5、施工质量容易控制、整桩质量较高，软基处理效果较好。
三、适用范围
一般适用于填土高度≥5．0 m的填方路段、设置挡墙路段、路堤拓宽路段以及桥头、通道等结构物与路堤的衔接部位，以满足路基稳定的要求，减小差异沉降和协调变形。一般软土深度厚度在5 m～20 m，并要求软土地基下部有承载力相对较高的土层作为桩端持力层，并要求桩端持力层静力触探锥尖阻力不小于1 000 kPa
四、工艺原理
PTTC桩是单壁螺纹塑料套管现浇混凝土桩（Plast ic TubeCast - in- place Conceret e Pile）的简称，它是由预制桩尖、单壁螺纹塑料套管、套管内混凝土、顶部桩帽四部分组成，按一定的间距将塑料套管打入需要加固的地基中，套管内用混凝土浇注成桩，并浇注桩帽、铺设垫层和土工格栅形成桩承式刚性桩复合地基的地基处理方法。其工程设计是塑料套管桩采用单壁、内外均是螺纹的PVC塑料套管，管外径16cm，桩体、盖板采用C25混凝土浇筑,盖板尺寸为Φ50×20cm。原理是将套管按一定间距采用静压辅助振动沉管桩机逐根打入持力层中，套管为底部封闭，顶部开口，待分段区块塑料套管全部打设完毕后，再统一开挖盖板土模，安放钢筋笼及盖板配筋。统一对埋设在地基中的套管用C25混凝土连续浇注成桩,套管不再取出。待桩身混凝土达到一定强度后，在盖板顶铺设钢塑格栅等水平加筋体；桩体、垫层、水平加筋体及路堤共同构成塑料套管桩桩承式加筋路堤系统。

PTTC桩结构图

塑料套管桩断面布置示意图
五、工艺流程及操作要点
（一）、工艺流程
施工准备—制作桩尖—桩机就位—放置套管、静压振动沉管—拔管—抽水、截管和检查套管的深度—桩帽基础开挖、模板安装—放置钢筋笼—放置盖板底层、顶层配筋—浇注混凝土成桩—桩身质量检测。 对场地内塑料套管抽水、截管和检
查，开挖桩帽土模、放置钢筋笼、
盖板底、顶层配筋后集中浇注混凝
土，完成桩和盖板的施工
上提拔出沉管，桩机移位、进行后续塑料套管的施工
场地内塑料套管打设完成后，进行塑料套管检查
塑料套管套入沉管
静压辅助振动，打设至加固深度，同时向塑料套管内注水
按设计桩长准备塑料套管并与预制桩尖连接
桩机就位，对中
测量放线、确定桩位
清表整平、铺设20cm垫层
铺设钢塑格栅，并与盖板连接
养生后铺设20cm 垫层
整平平面至整平高程
报验，经批准后进行路基施工
养生后报验、经批准后进行后续塑料套管的施工

PTTC桩施工工艺流程图

单壁螺纹套管桩施工工流程示意图
1、 施工准备
（1）、机械设备
单壁塑料螺纹套管混凝土桩的施工必须配备性能可靠、符合标准、种类齐全的施工机械和设备，在施工前做好机械设备的保养、试机工作，确保在施工期间一切正常作业。
桩机选择可采用常用的插板机、振动沉管机等机械。使用振动沉管机械时，应控制钢套管的直径比单壁螺纹塑料套管略大约1cm。根据设计桩长，确定桩机的机架高度和钢套沉管的有效长度，桩机的机架高度和钢套沉管的有效长度在配置时应比设计桩长高出6~8m。在试桩前应对已配重桩机沉管处的抬架支撑反力进行计算和标定，要求不小于单桩设计承载力的2倍。在桩机机架上画出以米为单位的长度标记，用于沉管时观察、记录入土深度。
（2）、场地
对沉桩施工区域做好场地平整，并在路基沉桩施工区域内两侧3m范围内铺设20cm厚的清宕渣作为垫层。沉桩作业场地周围应设置排水明沟和盲沟，保证施工场地内无积水。沉桩施工范围内的地上、地下障碍物、管线等应清理或改移完毕。对邻近沉桩区域附近范围内需要保护的建筑及管线采取合适的保护措施，并做好相应的检测。
（3）、技术准备
施工前，认真熟悉施工图纸和设计文件，根据设计图纸画出施工区域内的套管桩布桩图，根据布桩图对施工区域和桩位进行放样，并洒上石灰线、插入竹竿。同时，需了解该区域内的地质、水文情况。
2、制作桩尖
预制桩尖采用C25钢筋混凝土，直径约30cm，并设置有固定套管的塑料套管接头，预制桩尖以打设过程中不破碎，能保障塑料套管的顺利打设为主要控制标准。
3、试桩
沉桩前应先进行试桩施工，采用静载法通过试桩确定桩机配重、提管速度、桩长、桩顶标高、沉桩压力和混凝土坍落度等施工相关技术参数。
4、钻机就位、对中
待桩机就位后，调整沉管与地面垂直，确保垂直度偏差不大于1％。
5、放置套管、静压振动沉管
放置套管。根据加固桩长的要求，将出厂的套管切割（连接）成合适长度，要求打设至加固深度后套管顶部高度不小于要求的桩体顶标高并适当富裕；将切割好的套管与桩尖连接密封牢固，然后将带有桩尖的套管从钢管底部放入钢管中，桩尖与桩位对准，扣准埋设好的预制桩尖开始沉管，沉管过程中注意调整桩机的稳定，严禁倾斜和错位。机械沉管的下沉速度一般约为2 m/min，待沉管至设计标高并抬架时应开动马达，原地留振不小于10 s，以确保桩尖进入持力层不小于桩径的1.5 倍，并注水对塑料套管进行保护，注水的最终深度应达到管口标高以下500 mm，桩的打设深度由设计桩长，辅以贯入度控制，贯入度控制标准为：20cm左右/min，贯入度具体控制指标可根据试桩确定。若地质条件与地质勘查报告存在较大差异，以实际由灌入度控制的打设深度为准，确保桩端嵌入设计硬土层。
6、拔管
拔管时速度一般控制在0.8～1.0 m/min，拔管速度保持均匀一致，在拔管过程中不允许反插。将钢管拔出而将塑料套管留在地下，移机至下一个桩位，重复工艺，继续埋设套管。
7、抽水、截管和检查套管的深度。
抽水并将多余的套管进行截管和整理后（一般套管留设超出桩帽底标高150 mm），对套管进行深度检查，并随时保护套管内的清洁，尽量不让杂物进入,可采用塑料薄膜或者木板覆盖管口。

8、桩帽基础开挖、模板安装
在垫层中沿塑料套管中心开挖直径约为50cm，高约为20cm的圆孔（或方孔）。桩帽外模板可采用土模或者预制的成品塑料盖板模。若采用土模，施工时人工在桩顶四周按照桩帽的尺寸开挖土模坑，铺垫50 mm厚细石瓜子片再抹20 mm厚水泥砂浆做垫层，形成土模。若采用成品塑料盖板模，则直接将预制好的成品塑料盖板模板套于塑料管顶部，固定完毕。
9、放置钢筋笼
桩帽钢筋笼现场预制，长度3.5m，施工时候将预先制成的钢筋笼放入塑料管中，并放平整后可采用短钢筋或者砂浆垫块临时固定。钢筋笼超出桩顶22cm，与盖板底、顶层配筋连接，保护层采用砂浆垫块控制，保护层厚度不小于25 mm。
10、放置盖板底层、顶层钢筋，并与连接钢筋绑扎连接。
11、场地内集中浇注混凝土完成桩和盖板的施工，混凝土浇注过程中采用小型加长振捣棒振捣
12、待混凝土强度到一定要求后对成桩进行检测。
（二）、操作要点
1、PTTC桩采用的套管应为单壁、内外均是螺纹的PVC塑料套管。套管强度应保证混凝土浇注前后不损坏，最大外径16cm。
2、本方法采用打设套管和浇注混凝土工序分开进行的方法，以提高施工效率以及保证桩体混凝土的连续性，同时由于在浇注混凝土之前套管内为全空，可以对打设的深度进行很方便的检查，即对套管的深度检查即可，质量很容易控制，因此不宜采用边打设套管边在套管内浇注混凝土的方法进行施工。
3、为了保证桩体与扩大桩尖的紧密结合，套管应与桩尖事先连接，并将套管事先从打设机械的沉管底部放入后再进行打设，不宜采用先沉管后从沉管上部开口处将套管放入的方法。
4、混凝土为细石混凝土，试桩时确定混凝土的坍落度，保障混凝土的流动性。混凝土浇注过程中采用小型加长振捣棒进行振捣，保障混凝土的密实和浇注质量。
5、套管混凝土桩单桩极限承载力标准：28天单桩极限承载力140KN，90天单桩极限承载力180KN。
六、材料与设备
1、单壁螺纹塑料套管
塑料套管的质量控制标准为：单壁、内外均是螺纹的PVC塑料套管。最大外径不小于160mm，最大内径不小于142mm，扁平试验（变形40%时）不分层、无破裂。接头采用标准的160mmPVC管材直通接头，平均内径在160.1mm~160.7mm之间，承口最小深度不小于45~50mm，标准坠落试验应无破裂。根据不同的深度对套管的壁厚及环刚度进行控制及搭配，根据以往工程经验，埋深在10m以内，采用壁厚不小于1.0mm，环刚度（KN/m2）不小于6级、每延米重量不小于1.0kg的塑料套管；埋深在10~16m区间采用壁厚不小于1.5mm、环刚度（KN/m2）不小于10级、每延米重量不小于1.5kg的塑料套管；埋深在16~20m区间采用壁厚不小于2.0mm、环刚度（KN/m2）不小于15级、每延米重量不小于2.0kg的塑料套管；塑料套管的具体参数指标应根据地质条件及试桩情况进行相应调整，套管强度应保证打设过程中不挤破，混凝土浇注前后不损坏。
2、混凝土
桩身和盖板采用C25混凝土，混凝土的配合比应符合规范要求。水泥混凝土骨料最大粒径不超过2.5 cm，混凝土坍落度为18～22 cm；试桩时确定详细的混凝土配合比及坍落度；施工期间在浇注混凝土过程中应同时将混凝土留样并制作试块，对其进行抗压强度试验。
预制桩尖采用C30混凝土，直径约30 cm，并设置有固定套管的塑料套管接头。预制桩尖以打设过程中不破碎，能保障塑料套管的顺利打设为主要控制标准。
3、钢筋
钢筋笼主筋采用φ6.5钢筋，5个圆形箍筋，箍筋由φ6.5，长度0.4m的钢筋制作。
4、机械设备
序号
名称
数量
单位
备注
1
静压辅助振动沉管桩机
1
台
PC-300型
2
小型加长振捣棒
1
台
加长3.8、5.1
3
吸水泵
1
台

4
专用切割工具
1
台
切割刀
5
小推车
2
台
0.3m3
6
全站仪
1
台
GTS-332N，精度±1.5mm
7
水准仪
1
台
DSZ2，精度±2mm+2ppm，2＇＇
七、质量控制
（一）、主要控制措施
1、PTCC桩体间距较小，一般采取隔排连打的施打工序，隔排跳打的时间不小于7 d，从路基中间向路两侧推进施工。停桩判定根据设计要求，可采用抬架留振和设计标高两种方法：
（1）、抬架留振法：即不管桩是否沉到设计标高只要桩机抬架并留振10 s 不再下沉就可终孔，当沉至设计标高还未抬架时须继续往下沉管直至抬架。
（2）、设计标高法：当设计明确桩的终孔标准为沉至设计标高不管持力层情况时可采用此法，此时要准确测定地面标高以便控制。在施工中应严格控制拔管速度，严格控制混凝土坍落度，合理安排施工顺序。
2、塑料套管桩应满足环刚度和扁平试验的要求，塑料套管接头处和塑料套管与桩尖接头处应采用胶水辅助粘结，以防止打设后地下水渗入塑料套管。打设过程中应防止打设相邻塑料套管时候挤破已打设的塑料套管，若施工中发现已打设的塑料套管存在挤破时，应对塑料套管的环刚度、壁厚、施工速度和施工顺序进行调整。
3、混凝土控制：桩身、盖板混凝土设计28d无侧限抗压强度≥25Mpa，桩尖混凝土设计28d无侧限抗压强度≥25Mpa。
4、满足塑料套管打设质量的各种参数，如：塑料套管环刚度、厚度等；校核设计中选取持力层的深度。
5、每根塑料套管桩打设后，应立即对塑料套管的打设质量进行检查，若发现塑料套管破损，应在原桩位附近复打1塑料套管。
6、桩身混凝土浇注前，应对塑料套管进行抽水，并进行检查。
7、混凝土浇注过程中，应采用小型加长振捣棒进行振捣，保障混凝土浇注质量。
（二）、桩身质量检测
1、桩身完整性及混凝土浇注质量采用小应变检测。检测数量为总桩数的5%。
2、对桩的承载力采用静荷试验进行监测。待桩体强度达到28天后对成桩进行承载力检测。单桩（或带盖板单桩）检测数量单侧桥头（箱通、涵洞）不少于1根，且不少于桩总根数的1‰
3、混凝土浇注过程中预留混凝土试块，对浇注的混凝土进行检测。单侧桥头（箱通、涵洞）不少于1组试样，对其进行抗压强度试验，并符合设计要求。
（三）、主要控制指标
项目检测评定
项次
检查项目
规定值或允许偏差
检查方法及频率
1
桩距/mm
±50
钢尺量，抽查成桩数5%
2
桩径/mm
不小于设计值
钢尺量，抽查成桩数5%
3
桩长/mm
不小于设计值或贯入度控制值
吊绳测，全部成桩数
4
竖直度/%
≤1
全部成桩数
5
桩帽尺寸
不小于设计值
钢尺量，抽查成桩数5%
6
预制桩尖尺寸
不小于设计值
钢尺量，抽查成桩数5%
7
单桩承载力
不小于设计值
静载荷试验，抽查成桩数0.1%
8
桩身完整性
无明显缺陷
低应变测试，抽查成桩数5%
9
混凝土28d强度
≥25Mpa
预留试块，每段落不小于3组
八、安全措施
1、PTTC桩施工前，根据国家和地方有关安全法律、法规和行业性安全规程，编制专门的专项安全方案。
2、施工人员上岗前，要进行相应的安全教育和培训，并进行“三级”交底制；特种人员上岗必须有相应的操作证，严禁无证上岗、违章作业。
3、所有进入施工区域的人员需佩戴安全帽，穿戴工作服。
4、施工时，要有专人负责指挥，注意各工序的衔接和相互配合，以免出现机器误伤人事故，同时，操作机器时，要严格遵守相应机械的操作规程。
5、施工时，要严格按照专项施工技术方案、施工工艺和施工操作规程中的安全措施进行施工。
6、施工区域要设置安全警示标志标牌。
九、环保措施
1、遵守国家和地方政府关于环境保护的法律、法规和规定。
2、遵守《建设项目环境保护管理条例》和《公路建设项目环境影响评价技术规范》（JTJ005-96）的规定。
3、贯彻执行ISO14001环境管理标准，建立环境管理体系和相应的规章制度，识别环境因素和危险源，控制重大环境因素和危险源，确定目标，落实责任，定期组织检查。
4、要根据施工区域到居民区的的距离来确定是否夜间施工，避免打桩机噪音对居民生活的影响。
5、套管桩混凝土在用小推车浇注的过程中，要防止混凝土洒落到公路或村道上。
6、套管、钢筋笼在存放的过程中，要码放整齐，下垫上盖。
7、施工便道要及时洒水，避免施工扬尘。
十、节能措施
1、遵守国家、行业、地方及企业关于节能的法律法规及相关规定。
2、开展节能宣传教育，设立节能专项资金，用来奖励为节能作出贡献的单位和个人。
3、合理安排施工进度，使材料、人工、机械等资源均衡投入，实现资源的最大节约和能源的最低消耗。
4、合理控制施工机械设备的能耗与改进施工工艺、确保工程质量结合起来，达到节能减排、降低施工成本的目的。
5、材料按计划采购，合理堆储，避免材料的超购和剩余。
6、加强质量管理，一次验收合格，避免返工。
十一、效益分析
1、与预应力管桩的比较：预应力管桩施工其机械化施工程度高、施工投入大，虽然操作简单，易控制，在承载力、抗弯性能、抗拔性能上均易得到保证，应用范围广，但工程造价相对较高。
2、与水泥搅拌桩的比较：水泥搅拌桩施工较简单，承载力提高幅度大、工期短、无挤土效应，施工质量不容易控制，桩体质量不均匀，承载力不高，抗拔性能低，同时对环境污染较大，适合应用于复合地基处理中，且工程造价也并不低廉。
3、贫砼灌注桩：贫砼灌注桩和钻孔灌注桩施工机理相同，施工工艺较成熟，用其处理过的软基，承载力能得到较大保证。但其施工工艺较为复杂，工期耗时较长，泥浆对周围环境污染较大，且工程造价较高。
4、PTTC桩不需要像预制桩那样采用大量钢筋和大型运输以及打设机械设备，也不需要事先配桩，打设机械和混凝土可以连续施工从而降低施工费用，与预应力管桩相比，可节约造价20％。
5、PTTC桩施工过程中淤泥等建筑垃圾产生量少，土体扰动小，污染小，对周边环境的影响小，处理效果明显，是一种绿色环保的软基加固技术，具有良好的社会效益。
6、该施工工艺施工设备投入少，进出场运输方便，工艺较为简单。同时，可以先成批打设套管，再成批灌注混凝土，较其他施工工艺，施工工期较短，具有较好的经济效益。
十二、应用实例及推广前景
1、应用实例
（1）、作为PTTC桩在国内首次应用的申嘉湖杭高速公路练杭段（练市至杭州）地处江南水乡，水网密集，河泊纵横，地质条件复杂，软土地基深厚，软基路段全长30.82公里，占到总里程的60%，用PTTC桩处理软基后，效果良好。
申嘉湖杭高速公路练杭段PTTC桩软基处理工后沉降量统计表
段落
长度
(m)
目前沉降量计算确认时间
桩号
至目前路基
沉降量Sp(m)
FK0+146.5—FK0+160.5
14.0
2009-10-11
FK0+150
0.090
FK0+160.5—FK0+175.5
15.0
2009-10-11
FK0+170
0.090
FK0+175.5—FK0+190.5
15.0
2009-10-11
FK0+180
0.090
FK0+190.5—FK0+200.5
10.0
2009-10-11
FK0+195
0.090
FK0+200.5—FK0+245
45.0
2009-10-11
FK0+220
0.090
平均

0.090
GK0+380—GK0+409
29.0
2009-10-11
GK0+400
0.076
GK0+409—GK0+421
12.0
2009-10-11
GK0+410
0.068
GK0+421—GK0+436
15.0
2009-10-11
GK0+430
0.074
GK0+436—GK0+449
13.0
2009-10-11
GK0+440
0.113
GK0+449—GK0+494
45.0
2009-10-11
GK0+450
0.126
平均

0.091
（2）、上海中环线浦东段新建1 标工程小黄浦桥桥台西侧PTCC桩软土地基加固总工程量14000 m，总桩数396 根，施工周期24 d，平均33 根/d。该工程的实践证明，PTCC桩对10～25 m深层软土地基进行处理施工安全可靠，操作简便易行，施工造价低廉，能够满足地基沉降的设计要求，具有很好的经济效益。
2、推广前景
我国长江中下游地区河流、湖泊星罗密布，路基施工中，绝大部分段落需要软基处理，面对工程中单价较低、工期较紧的特点，PTTC桩因其沉降收敛快、总沉降量较小和工后沉降小而成为深厚软基处理的优选。自2006年从国内首次应用以来，目前已成功应用于浙江申嘉湖杭高速公路练杭段、杭金衢高速公路浦阳互通工程、江苏243省道工程、上海中环线浦东段工程、台州甬台温铁路连接线工程等多项工程的软基处理中。具有广阔的应用市场和推广前景。