预应力混凝土管桩在铁路桥涵中的应用

1、前言

　　预应力混凝土管桩（简称PC管桩）因具有质量可靠、造价适中、施工快捷、检测方便、对地质条件适应性广等特点，在我国建筑领域得到了广泛的应用，近年来，随着我国铁路建设的高速发展，PC管桩也逐渐在铁路路基、桥涵基础处理中得到推广。

　　2、锤击法和静压法

　　铁路桥涵预应力混凝土管桩基础的设计首先应根据设计荷载和地质条件确定桩所需要的容许承载力[P]及桩长（参见《铁路桥涵地基及基础设计规范》中的打入桩相关公式）,一般铁路桥涵桩基础都是以桩长和标高控制，但对于PC管桩基础，由于我们不能较直观的判断其地质条件，我们还需根据不同的施工方法确定其相关的控制参数，目前应用较广泛的有锤击法和静压法二种。

　　1）锤击法

　　锤击法施工是通过打桩机的桩锤的冲击力将管桩打入土中的一种工艺，其具有施工灵活、桩机对地基耐压力要求低、施工进度快等优点，缺点是对周围地基、建筑物扰动较大、存在噪音污染等。

　　如采用锤击法施工则应利用相关的打桩公式确定其最后贯入度e，打桩进行到所得贯入度（可取最后10击的沉入值的平均值）等于或下于此贯入度为收锤标准。现将我国PC管桩基础工程中常用的打桩公式介绍如下：

　　①格尔塞万诺夫打桩公式

　　Pu—桩的极限承载力（KN）,Pu=2*[P]

　　n—根据桩身材料和桩垫所定的系数,可取n＝1500

　　A—桩的横截面积[cm2]

　　Q—桩锤重量[N]，落锤取其全重，单动汽锤取其锤击部分的重量

　　q—桩重[N],包括送桩、桩帽及桩锤非锤击部分的重量

　　k—恢复系数，可取K=0.4

　　H—桩锤的下落高度[cm]

　　②海利打桩公式

　　W—一次冲击能[N•cm]

　　—锤击效率，按下列公式计算：

　　C—桩、桩帽和土的弹性压缩模量之和

　　（其余参数含义及取值参见公式①）

　　工程实例：某铁路桥设计采用φ50cm预应力混凝土管桩基础，设计桩长

　　20m，单桩容许承载力[P]＝800KN，施工时采用50KN柴油打桩机，落锤高度H=200cm；分别采用上述两种打桩公式计算得最后贯入度e分别为2.11cm和2.18cm，结果比较接近，最后贯入度e采用2cm控制；首先施工2根对角桩，桩长施工至25m时达到要求，然后按照设计容许承载力进行静载荷试验，均合格。

　　2）静压法

　　静压法施工是通过压桩机的自重和桩架上的配重作反力将预应力混凝土管桩压入土中的一种工艺，在沉桩过程中，压桩力可直观、安全、准确地读出并自动记录下来，因而对管桩的承载力控制及判断精确度高，并且还具有对周围环境影响小、施工应力小等优点。

　　采用静压法施工时其主要控制参数为终压值；以往一般简单的把终压力值取为2倍的[P]，即认为终压力值与桩的极限承载力是相等的，但根据建筑工程中的实际经验，对于不同桩长、土质应区别对待，对于桩长较短、地基以淤泥或砂成为主或者持力层遇水崩解或软化时应适当加大终压力值，由于铁路工程的重要性和地质条件的多样性，我们可以较保守的将预应力混凝土管桩的施工终压力值取为2.5倍的[P]。

　　工程实例：某铁路涵洞设计采用φ50cm预应力混凝土管桩基础，设计桩长为11m，单桩容许承载力[P]=720KN,采用静压法施工，终压力值取1800KN，施工压力统计见下表：

　　　　从上表我们可以看出，当施工到设计桩底标高时，基本刚好达到终压力值；同样，施工完成之后进行静载荷实验，结果均能满足设计要求。

　　终上所述，我们可以看出控制锤击法施工的最后贯入度e主要由PC管桩的单桩承载力[P]和施工机械的型号决定，而由于铁路桥涵工程具有线路里程长、工点多的特殊性，在设计图纸中是不可能准确确定最后贯入度e值的，即便是到了施工阶段，所使用的打桩机型号也不可能统一，这样就会给设计、监理、施工等各方面造成较多麻烦；而静压法施工的终压值基本上可以比较简单的由单桩容许承载力[P]确定，并且其在施工过程中的控制也比较简单；并且根据以往的施工经验锤击法施工由于其冲击力较大，如操作不当容易使桩头、桩身、接头等薄弱处产生裂纹，影响桩身质量，施工中对周围土体的扰动相对静压法也要大，对承载力的控制往往不会很准确，容易造成超打，笔者在实际工程中就发现如采用锤击法施工桩长往往会长于设计桩长，所以建议铁路桥涵的管桩基础优先采用静压法施工。

　　3、静载荷实验

　　由于预应力混凝土管桩基础的设计参数取值目前尚无明确的计算标准，管桩

　　施工的最后贯入度及终压力值均与其所处的地质环境有一定的关系，所以无论是采用锤击法或者是静压法施工，设计得出的桩长、贯入度e或终压力值只能作为参考，不能单以某项值控制，桩基施工前还应采用静载荷实验确定其单桩承载力，来验证之前的设计结果是否合理、可靠。

　　一般建筑规范上规定每个单体工程或同一条件下的实验数量为总桩数的1％，并不少于3根，但对于铁路桥涵而言则不大适用，由于铁路桥梁每个单体工程的桩基承载力、桩长均不一致，总桩数较少，如每个单体工程均试验3根桩费用太高，并对施工周期有较大影响；根据管桩的特点，我们可灵活的将地质情况类似，桩长相差不大的作为一个试验批，以验证之前计算取值的合理性为主。

　　4、结语

　　铁路桥涵管桩基础的设计和施工相关理论和经验目前还不大成熟，目前还必

　　须从其它领域的工程实践经验中加以借鉴，但其中又有着较为微妙的区别，需要我们工程技术人员细心把握；随着预应力混凝土管桩在铁路领域的广泛使用和发展，其应用技术一定会得到不断的完善。