公路工程软土层预制管桩整体式复合托板轻质路堤施工工法.pdf

1、1公路工程软土层预制管桩整体式复合托板轻质路堤施工工法公路工程软土层预制管桩整体式复合托板轻质路堤施工工法1、前言1、前言随着长三角经济的迅速持续发展，交通流量迅猛增长，道路修建规模日益增大。长三角地区，广泛分布着天然含水率高、孔隙比大、压缩性高、抗剪强度低的软土层。因此在软土层地区修建公路，存在稳定性差、不均匀沉降大的问题，严重影响了道路质量和使用，为克服上述困难需对软土层进行处理。目前，应对上述问题的主要措施有换填法、注浆法和排水固结法等。换填法虽然可使软弱土层的承载力得到一定程度的提升目施工方便，但换填法最大有效处理深度不超过 5m，因此极大地限制了其适用范围。注浆法以加固浅层软土为主，

2、对软土层较深的区域很难将水泥浆灌入较深软土层进行注浆固化提升承载力，同时对于注浆压力的控制不当易导致注浆不均匀，从而导致路面出现波浪。为了有效解决以上矛盾，我司研发出一种软土层预制管桩整体式复合托板轻质路堤施工技术，该技术利用预制管桩路堤结构施工技术，通过打设预制管桩提高结构承载力；并在桩顶设置薄钢筋混凝土连续板，相比较传统桩帽，薄钢筋混凝土连续板能加强与桩顶的连接强度；设置竖向排水板，有利于软土层中水的排出。经实践证明具有显著的经济效益和社会效益。2021 年 5 月 17 日经教育部科技查新工作站查新（编号：202136000L150120），未见与该工法综合关键技术相符的内容，在所检国家

3、级、省级工法中也未见述及。该项技术成功应用到本公司施工的霍山县淠河西路、酒源大道道路及配套工程、霍山经济开发区纬六路（创业大道至 G105）道路工程等工程中，实践证明其核心技术成熟，效益显著，经鉴定达到了国内领先技术水平，为推广该项技术，经不断完善及总结形成本工法。2、工法特点2、工法特点2.0.1 有效保证接桩焊缝质量。焊缝保护装置是由钢绞线捆绑在预制管桩钢套箍外侧的耐磨橡胶组合衙成，焊缝保护装置能确保桩与桩焊接后的焊缝位置，减少外界影响，焊接后即可进行沉桩施工，同时保证了焊缝质量，从而提高了施工速度。2.0.2 路基结构稳定性大幅提高。通过设置浅层固化板，有效地对桩顶周围土壤进行固化，能均

4、匀承受桩顶部薄钢筋混凝土连续板向下传递的力，避免产生大面积不均匀沉降，提高路基的稳定性。2.0.3 排水效果好。整体式复合托板设置有竖向排水板，竖向排水板连通地下软土层和碎石2层，其下端外包反滤土工布，防止淤泥堵塞排水板，从保证施工期排出软土层中的水分，固结土壤，防止产生过大的工后沉降。2.0.4 实现轻质路堤。施工过程中设置有泡沫混凝土抗碾压层，泡沫混凝土的干体积密度较低，大大降低了路基结构上部荷载，防止发生桩顶薄钢筋混凝土连续板应力集中压碎现象。2.0.5 对周围环境影响小。本工法采用静压桩机打设预制管桩，施工噪声小，同时采用集中浇筑混凝土工艺，不需要现场拌和混凝土，减小了对环境的污染。3

5、 3、适用范围、适用范围本工法属于路基工程领域，适用于软土地区公路中的软土路基处理工程，尤其适用于深厚软土地基地区。4 4、工艺原理、工艺原理预制管桩整体式复合托板轻质路堤结构是由预制管桩基础、整体式复合托板和轻质路堤结构组成。预制管桩打入相对持力层，承受上部路堤结构的荷载；上部路堤结构采用土工格栅加筋和泡沫混凝土工艺，减轻了路堤结构的自重同时提高整体稳定性。预制管桩按一定间距，采用打桩机逐根打入需要加固的地基中，预制管桩接桩部位设置有焊缝保护装置，焊缝保护装置由钢绞线和环形耐磨橡胶组合而成；接桩完成后，环形耐磨橡胶通过钢绞线绑扎固定于预制管桩的焊接部位外侧，保证焊接质量。预制管桩桩顶周围土壤

6、进行固化处理，形成浅层固化板：浅层固化板上设置薄钢筋混凝土连续板，形成整体式复合托板，预制管桩桩顶嵌入薄钢筋混凝土连续板：整体式复合托板贯穿有竖向塑料排水板，竖向塑料排水板连通软土层和碎石层，将软土层中多余水分排出，固结土壤。然后铺设碎石层、反滤土工布、泡沫混凝土抗碾压层、岩渣层及路面结构，形成管桩路堤系统，达到提高软土地基承载力的目的。预制管桩整体式复合托板轻质路堤结构图如图 4.1 所示。图 4.1工艺原理图35 5、施工工艺流程及操作要点、施工工艺流程及操作要点5 5.1 1 施工工艺流程施工工艺流程施工准备打设预制管桩预制管桩接桩安装竖向排水板浇筑浅层固化板浇筑薄钢筋混凝土层铺设碎石层

7、铺设复合土工膜铺设泡沫混凝土层路面结构施工图 5.1施工工艺流程图5 5.2 2 操作要点操作要点5.2.1 施工准备预应力管桩在打设前。主要进行设备安装维修调试和施工场地平整并保持排水通畅：确定桩基轴线，根据轴线放出桩位线，用木橛或钢筋头钉好桩位，并用白灰作标志，便于施打。本工法采用液压式打桩机对预应力管桩进行打设，打桩机进场对准桩位，根据设计桩长确定机架高度，并对设备进行调试。45.2.2 打设预制管桩拴好吊桩用的钢丝绳和索具，将索具绑在桩上端吊环附近处，一般不宜超过 30cm，然后起动机器起吊预制管桩，使桩尖垂直对准桩位中心。缓缓放下插入土中。压桩开始时速度不宜过快，当桩尖插入桩位土体

8、0.5m 后，压紧预制桩，再次校正桩的垂直度，观测桩身、桩架是否垂直，桩机平台是否水平。压桩过程中应控制沉桩速率，以减小土体孔隙水压力的增长速率。防止对周围土体及相邻桩发生严重挤压。造成土体隆起及相邻桩偏移。打桩顺序根据基础的设计高程，先深后浅；依桩的规格宜先大后小。先长后短。由于桩的密集程度不同。可自中间向两个心向对称进行或向四周进行；也可由一侧向单一方向进行。打设预制管桩施工如图 5.2.2 所示。图 5.2.2预制管桩打设施工图5.2.3 预制管桩接桩预制管桩接桩一般采用端头板电焊连接法，端头板为圆环形铁板，外缘一周留有坡口，供对接时烧焊用。一般在端头板距地面 1m 左有时进行接桩。接桩

9、前需对端头板进行清理并设置焊缝保护装置，焊缝保护装置是将环形耐磨橡胶套于预制管桩外围。用钢绞线绑扎固定于焊缝下方 815cm 处，待焊接接桩工序完成后将环形耐磨橡胶翻起，包裹整个焊接部位后，用钢绞线将环形耐磨橡胶绑扎固定于焊缝上方 815cm 处，保证焊缝质量。接桩过程中，上下桩节之间间隙应用铁片垫实焊牢，端头板外缘焊缝应连续焊满。如图 5.2.3 所示。图 5.2.3预制管桩接桩施工图55.2.4 安装竖向排水板预制管桩打设完毕后，在桩顶网周埋设厚 5mm 的热轧钢板，用于保护桩身不受破坏。利用挖掘机对桩顶周围软土进行挖掘，挖至距桩顶 40cm 处。竖向排水板采用长度控制在 40-45cm，

10、利用插设设备将塑料排水板打设入软土地基中。塑料排水板按水平方向或竖直方向间距 510m 打设。如图 5.2.4 所示。图 5.2.4竖向排水板施工图5.2.5 浇筑浅层固化板在塑料排水板安装完成后进行浅层固化板浇筑。利用挖掘机对桩周软土层进行开挖，挖至距桩顶 50cm 处；将挖出的软土进行固化处理，在软土上喷洒固化剂如水泥或石灰，灰土比例一般控制在 2:8 或 3:7；用全站仪按坐标法测量恢复中线，每 10m 设一排桩，并根据路基设计宽度，放出路基边线，为保证路基有效压实度和边坡的稳定，在放路基边线时应使两侧边线各宽出20-40cm；按测定的高度和宽度对土体表面进行大致整平，整平方法一般采用人

11、工配合推土机，将搅拌均匀的固化土运至施工场地进行分层摊铺，分层摊铺的同时进行分层压实，压实过程必须在固化土保持最佳含水率时进行，压实过程应遵照“先轻后重，先慢后快，先两边后中间，先静压后振动”的原则，浅层固化板浇筑完成后进行养护。浅层固化板施工如图 5.2.5 所示。图 5.2.5浅层固化板施工图5.2.6 浇筑薄钢筋混凝土层浅层固化板浇筑完成后，进行薄钢筋混凝土层浇筑。薄钢筋混凝土层采用钢筋混凝土现浇方6式施工，混凝土采用集中拌和，所有混凝土均由搅拌站供应，混凝土采用输送车运输到位后直接浇筑。薄钢筋混凝土层中的钢筋由加工棚统一加工成型后拉至现场绑扎安装，钢筋应绑扎结实 在钢筋交叉点处，应用直

12、径 0.72mm 铁丝，按逐点改变绕丝方向（8 字形分布）交错扎结，并使钢筋相互靠紧。浇筑混凝土采取水平分层一次浇筑成型，浇筑厚度控制在 30m 以内，浇筑混凝土应连续进行，因故必须间断时，其间断时间应小于前层混凝土的初凝时间，浇筑用强度等级为 C30的混凝土。浇筑混凝土时采用插入振动器振捣密实。插入式振动器振捣时，其移动间距不应超过振动器作用半径的 1.5 倍，并注意与桩身或竖向排水板保持 50-100mm 的距离；每一处振动完毕后，应边振边徐徐提出振动棒：振动时振动棒避免碰撞竖向排水板、钢筋及其他预埋件：对每一振动部位，必须振动到该部位混凝土停止下沉，不再冒出气泡，表面呈现平坦、泛浆为止。

13、薄钢筋混凝土层施工，如图 5.2.6 所示。图 5.2.6钢筋混凝土层施工图5.2.7 铺设碎石层待薄钢筋混凝土层浇筑完成达到初始强度后，在其上部铺设碎石层，用于排出软土地基中的水。摊铺时，要严格控制好设计高程，级配碎石材料运至薄钢筋混凝土层上后，用推土机粗平，人工细平后，再用压路机碾压密实，压实后应进行洒水养护。每摊铺 60m 左右，即可进行碾压工序，开始碾压工序应用轻碾，由路两侧向路中心逐次碾压，边缘处应先碾压 34 遍。碾压全过程均须随碾压随洒水，保持在最佳含水率的情况下碾压。碎石层施工如图 5.2.7 所示。图 5.2.7铺设碎石层施工图5.2.8 铺设复合土工膜7碎石层铺设完成后，采

14、用人工滚铺方式将反滤土工布平铺于碎石层上，平铺时保证铺面平整道路两侧各预留 100cm 土工布用于反包上层的泡沫混凝土抗碾压层。反滤土工布采用缝合的方式连接，缝合的宽度一般为 0.1m 以上；所有的缝合必须要连续进行，土工布必须重叠至少150mm；最小缝针距离织边（材料暴露的边缘）至少为 25mm。如图 5.2.8 所示。图 5.2.8铺设复合土工膜施工图5.2.9 铺设泡沫混凝土层泡沫混凝土施工是通过气泡机的发泡系统将发泡剂用机械方式充分发泡，并将泡沫与水泥浆均匀混合。然后经过发泡机的泵送系统进行现场浇筑施工。施工前，根据设计要求通过试验确定最佳配合比，材料选用强度等级 32.5 以上的普通

15、硅酸盐水泥，水洗粗砂和复合删发泡剂，加料顺序依次为水泥、沙子、发泡剂、水。浇筑泡沫混凝土前应将底面湿润，根据设计厚度在施工区域四周悬挂高程控制线，然后将搅拌均匀的泡沫混凝土逐层浇筑至高程处，并进行找平处理进入养护阶段。5.2.10 路面结构施工路面采用沥青面层。按现场要求进行试验，确定沥青混合料配合比，在场内选定一小段平整的路段，进行试拌、试铺，合格后再到主线上进行施工。摊铺机的摊铺速度应根据拌和机的产量、施工机械配套情况及摊铺厚度、摊铺宽度，按 24m/min 予以调整选择，做到缓慢、均匀、不问断地摊铺。摊铺完成后，使用压路机对沥青路面进行碾压，碾压过程中采用钢轮压路机与轮胎压路机相结合的方

16、式，先用钢轮压路机后用轮胎压路机。路面结构施工如图 5.2.10 所示。图 5.2.10路面结构施工图86 6、材料与设备、材料与设备6 6.1 1 材料材料6.1.1 预应力管桩预应力管桩规格众多，因为管桩桩节长短不一，通常为 416m 一节，搭配灵活，接长方便，在施工现场可随时根据地质条件的变化调整接桩长度，节省用桩量。因为管桩桩身强度高，加上有一定的预应力，桩身可承受重型柴油锤成百上千次的锤击而不破裂，而且可穿透 5-6m 的密集砂隔层。预应力管桩具体参数如表 6.l-1 所示。表 6.1-1预应力管桩主要参数外径（mm）壁厚（mm）混凝土强度等级节长（m）承载力标准值（KN）30070

17、C60-C805-11600-90040090C60-C805-12900-1700500100C60-C805-121800-2350550100C60-C805-121800-28006.1.2 PVC 管PVC 管材表面硬度和抗拉强度较好，管道安全系数高：PVC 材料抗老化性好，正常使用寿命可达 50 年以上：管道摩阻系数小，水流顺畅，不易堵塞，养护工作量少：管道线膨胀系数小，受温度影响变形量小，导热系数和弹性模量小。与铸铁排水板相比抗冰冻性能优良。6.1.3 泡沫混凝土泡沫混凝土是通过气泡机的发泡系统将发泡剂用机械方式充分发泡，并将泡沫与水泥浆均匀混合。在混凝土内部形成封闭的泡沫孔，使

18、混凝土轻质化。泡沫混凝土的干体积密度是普通混凝土的 1/81/5。泡沫混凝土主要物理性能指标见表 6.1-2。表 6.1-2泡沫混凝土主要物理性能干密度等级A03A04A05A06A07A08干表观密度（Kg/m3）330400500600700800导热系数(W/m.k)0.080.100.120.140.180.216.1.4 反滤土工布反滤土工布采用针刺无纺土工布，规格为 250g/m2，相邻反滤土工布间的搭接长度不小于250mm，具体参数要求参见表 6.1-3。表 6.1-3土工布具体参数单位面积质量偏差厚度幅度偏差断裂强度断裂伸长率CBR 顶破力等效孔径撕破强度7%2.4mm-0.5

19、%9.5Kg/m25%-100%1.5KN0.07-0.2mm0.24KN6 6.2 2 机具设备机具设备预制管桩路堤结构施工工法主要用到的机具设备有：挖掘机、水泥发泡机、推土机等。主要9机具设备数量及用途见表 6.2。表 6.2主要机具设备数量及型号序号名称型号功率（KW）配置数量备注1挖掘机CAT32087-1105软土开挖2自卸车-22710土方运输3推土机D62104场地平整4水泥发泡机XFL-40372制作泡沫混凝土5洒水车GS80002201养护6静力压桩机ZYJ80152搭设预制管桩7混凝土泵HBTS 系列30-9018插入式振动器FH2-501249电焊机ZX7-6303527

20、 7、质量控制、质量控制7.17.1 质量控制标准质量控制标准本下法主要遵照执行的现行规范、规程、标准主要有：序号编号规范、规程、标准备注1JTG 34502019公路路基路面现场测试规程现行2CJJ36-2016城市道路养护技术规范现行3CJJ1-2008城镇道路工程施工与质量验收规范现行4GB50092沥青路面施工及验收规范现行5CJJ66路面稀浆封层施工规范现行6CJJ1-2008城市道路工程质量检验评定标准现行7 7.2 2 质量保证措施质量保证措施7.2.l 预应力管桩1、堆桩场地要平稳坚实，不得产生过大的或不均匀沉陷，堆放层数不宜超过三层。不同规格的桩应分别堆放，堆放位置和方法应根

21、据扣桩位置、吊运方式以及扣桩顺序综合考虑。2、桩位定位采用二次经纬仪校正复核，并经监理公司复核认可，测放精度2cm。定期复核测量控制点。3、管桩在起吊、装卸、运输过程中，必须做到平稳，轻起轻放，严禁碰撞、滚落。4、采用双向经纬仪校正桩身垂直度，经纬仪应放在距桩机约 20m 处，成 90 度方向设置。如发现垂直度超标(0.5)，应及时调整、重新压桩。7.2.2 泡沫混凝土现浇泡沫混凝土的尺寸偏差和外观质量应符合表 7.2 的规定。10表 7.2现浇泡沫混凝土的尺寸偏差和外观项目指标表面平整度允许偏差（mm）10裂纹裂纹长度率（mm/m2）,平面400裂纹宽度（mm）1厚度允许偏差（%）5表面油污

22、、层裂、疏松不允许7.2.3 土工合成制料1、外观要求：复合土工膜不允许有针眼、疵点和厚薄不均匀；土工织物不允许有裂口、孔洞、裂纹或退化变质等材料。2、运输：若采用折叠装箱运输，不得使用带钉子的木箱，以防运输途中受损；若采用卷材运输，应注意防止装卸过程中造成卷材表层的损坏承包人在采购土工合成织物时，应按卷制下料长度留有适当余量。3、储存：土工合成材料在安装展开前要避免受到损坏。土工合成材料应该堆放于经平整不积水的地方，堆高不超过四卷的高度，并能看到卷的识别片。土工合成材料必须用不透明材料覆盖，以防紫外线老 化。在储存过程中，要保持标签的完整和资料的完整。4、土工织物铺设：每天铺设结束前，对当天

23、所有铺设的土工布表面进行目测，以确定所有损坏的地方，并作上标记，尽可能立即进行修补，确定铺设表面没有可能造成损坏的外来物质，如细针、小铁钉等。8 8、安全措施、安全措施8.0.1 按照国家规定实行项目安全责任制，并制定安全责任分级负责制，使安全责任落实到人。8.0.2 设置值班员制度，认真进行工序检查。施工前，应逐级进行安全技术教育及交底，落实所有安全技术措施和人身防护用品。8.0.3 施工现场必须设置醒目的警示标志，采取警戒措施派专人负责，非工作人员不得随意进入施工现场。施工人员进入施工：现场必须戴安全帽、扣紧帽带，高空作业必须系安全带，安全带应高挂低用，挂点牢靠。8.0.4 桩机安装或拆卸

24、时，若使用超重机械，须遵守特种作业管理办法，设置专业人员指挥，吊装时操作人员精力要集中并服从指挥号令严禁违章作业。8.0.5 泡沫混凝土制作前，应对发泡机、搅拌机、液压泵等进行榆查，且在试运转正常的情况下，方可开机施工。8.0.6 施工时应提前做好防止恶劣天气影响施工，遇恶劣天气时，应停止工作，加强对现场材料、机具的保护。8.0.7 压路机、平地机、自卸车等机械起步时，操作人员必须在确认前后左右无障碍和人后，方可鸣笛起步。多台机械在同一区域施工时前后两机相距不应小于 8m。119 9、环保措施、环保措施9.0.1 依据中华人民共和国环境保护法防治因施工对环境造成的污染，施工组织设计中应有防治扬

25、尘、噪声、废水等污染环境的有效措施。9.0.2 施工现场提倡文明施工，建立健全控制人为噪声的管理制度，尽量减少人为大声喧哗，增强全体施工人员防噪声扰民的自觉意识。9.0.3 严格遵守国家和地方的有关控制环境污染的法规，生活污水、施工污水不随意排放，制定污水、废水处理措施，做到达标排放。9.0.4 土方运输时，用帆布进行遮盖或适当洒水湿润，防止扬尘。9.0.5 尽量保护道路用地范围之外的绿色植被，若因修建临时工程破坏绿色植被，拆除临时工程后必须恢复原样。9.0.6 施工完工后，及时对场地进行平整和恢复，认真清理沿线杂物，拆除临时建筑，恢复原有地貌，并将施工废料、生活垃圾定点掩埋。1010、效益分

26、析、效益分析10.1 技术效益预制管桩托板整体式路堤结构处理软土地基属于一项新型技术，通过设置竖向排水板贯穿浅层固化板和薄钢筋混凝土连续板，连接软土地基层与碎石层；竖向排水板下端外包反滤土工布，有效防止泥土堵塞排水板而影响排水效果。竖向排水板的设置能在施工期排出地下水，防止产生过大的工后沉降。浅层固化板能有效承受桩顶部薄钢筋混凝土连续板向下传递的力，上部采用泡沫混凝土抗碾压层，实现了轻质路堤。该技术在实际工程建设中应用，既节省了资金，同时也保证了地基处理效果，具有良好的技术效益。10.2 经济效益本工法针对传统软土地基处理进行了优化完善，通过组合使用预制管桩基础和轻质路堤结构，增加了路堤结构的

27、稳定性，大大降低了路基结构上部荷载，延长了使用寿命。本工法施工简便安全、速度快，有利于缩短工期，比传统路堤结构施工工艺节约 2 工日m2，相对缩短工期 15。以霍山县淠河西路、酒源大道道路及配套工程为例，与传统施工工法相比综合节约造价 16%，约33 万元，缩短工期 15%左右，约 36 天，取得了显著的经济效益。10.3 环境效益本工法在整个施工过程中，合理规划施工用地，尽量减少占用地，在材料配制过程中，采取适当围挡措施，避免扬尘。施工过程中的垃圾、弃渣、排水等做无害化处理，能够很好地保证施工周围的环境，做到环保无污染。施工完工后，及时对场地进行平整和恢复原貌。1111、应用实例、应用实例1

28、1.0.1 工程概况霍山县淠河西路、酒源大道道路及配套工程，位于霍山县，2019 年 10 月 31 日开工至 2020年 6 月 30 日竣工。该工程处于软土地区，软土厚度不均匀，以淤泥及淤泥质土为主，天然含水12率大、大孔隙结构、具高压缩性，地基承载能力一般较小，工程性质差。该工程采用软土层预制管桩整体式复合托板轻质路堤施工工法，能有效固化软土，避免工后产生大面积不均匀沉降，提高路基的稳定性，实现了轻质路堤，综合节省费用 16，而且施工简便安全、速度快，有利于缩短工期，与传统路堤施工工艺相比，相对缩短工期 15。11.0.2 工程概况霍山经济开发区纬六路（创业大道至 G105）道路工程，位于霍山县经济开发区，2020 年 10月 15 日开工至 2021 年 4 月 25 日竣工。施工过程中采用软土层预制管桩整体式复合托板轻质路堤施工工法，避免工后产生大面积不均匀沉降，提高路基的稳定性，实现了轻质路堤，综合节省费用 15，而且施工简便安全、速度快，有利于缩短工期，与传统路堤施工工艺相比，相对缩短工期 14，该工艺具有很大的推广应用价值。