某互通立交軟基加固方法選擇及合理性分析

王世忠

(陽曲縣村鎮(zhèn)建設(shè)管理站，山西陽曲 030100)

隨著城市道路橋梁工程項目的不斷增多，軟弱地基處理的方式方法變的越來越重要，軟弱地基處理的好壞，直接關(guān)系到工程建設(shè)的質(zhì)量，因此提高軟弱地基處理方法具有重要的價值和意義。

1 工程地質(zhì)及水文概況

某大型互通立交工程位于快速路與環(huán)線道路交匯處。場地地形平緩，場地標(biāo)高介于785.52 m～789.96 m之間。根據(jù)地方志記載，該區(qū)為有水湖區(qū)，為多年沉降區(qū)，40多年來地面已經(jīng)累計下沉4.1 m，平均每年10 cm。根據(jù)進(jìn)場后開挖的地質(zhì)探坑和旋挖鉆機(jī)鉆孔資料顯示，全區(qū)潛水發(fā)育，埋深0.5 m～2 m。地基土各層的巖土性狀如下:①層雜填土(Q2ml4):呈雜色，由磚塊、粗砂、碎石等建筑垃圾組成，局部混少量生活垃圾。該層土結(jié)構(gòu)松散，組成雜亂，工程性質(zhì)差異大，埋深0 m～0.8 m。②層淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土、粉砂，流塑，上部含少量有機(jī)質(zhì)，中下部土質(zhì)相對均勻，σ=40 kPa(實測)，埋深0.8 m～17.4 m。③層粉土:軟塑 ～硬塑，褐色，常混大量粉質(zhì)粘土，局部常變相為粉質(zhì)粘土，埋深17.4 m以下。

2 前期試驗段不同施工方法效果分析

通過前期橋梁試樁發(fā)現(xiàn)，立交橋區(qū)范圍內(nèi)原地表以下0.8 m～17.4 m均為流塑淤泥質(zhì)地層，先后進(jìn)行6次試樁均未成孔，后經(jīng)過多次專家論證和試驗，最終采用20 m鋼護(hù)筒穿軟弱層，才解決了樁基成孔難題。為解決立交區(qū)域道路軟基加固的問題，初步擬訂分階段采用干插1 m，3 m片石和水泥攪拌樁三種加固措施，并在施作試驗段進(jìn)行驗證。

第一階段在主線墩和匝道墩間的空地干插1 m片石施作了第一段示范段。施工前先揭除原地表的雜填硬殼，再分2次干插片石，每層填筑50 cm，第一層采用挖掘機(jī)履帶碾壓，第二層采用22 t振動壓路機(jī)碾壓。從碾壓效果看，換填片石后地基仍存在較嚴(yán)重的彈簧現(xiàn)場，碾壓前和碾壓中沉降差達(dá)20 cm，碾壓過后又恢復(fù)到原標(biāo)高，處理后的地基剛度遠(yuǎn)不能滿足規(guī)范要求。

第二階段在此區(qū)段內(nèi)繼續(xù)以干插3 m片石施作了第二段試驗段。試驗段基槽開挖深度3 m，開挖過程中基坑不能自穩(wěn)，隨挖隨塌，必須邊開挖邊回填片石保持挖掘機(jī)穩(wěn)定。但拋填的片石很快與槽內(nèi)泥漿混合為泥石，具流動性，不能自穩(wěn)。到頂碾壓時仍然表現(xiàn)為彈簧現(xiàn)場，試驗亦不成功。

第三階段施作了水泥攪拌樁加固試驗段，分別采用1 m×1 m，1.2 m ×1.2 m，1.5 m ×1.5 m 樁間距，施工樁長14 m ～18 m。施工過程中通過樁機(jī)電流值判斷土層軟弱程度。鉆進(jìn)過程中顯示0 m～14 m電流數(shù)值在80 A，至20 m電流增強(qiáng)到100 A以上，證明土層承載力有所提高。具體復(fù)合地基承載力能否達(dá)到180 kPa要通過復(fù)合地基承載力試驗驗證。但對于此類復(fù)雜軟基區(qū)域如何能夠有效控制工后沉降尚無法確定。

3 預(yù)應(yīng)力混凝土(PC)管樁加固軟弱地基

近些年P(guān)C管樁加固軟土路基的應(yīng)用在鐵路、公路項目中不斷增多。該種樁型單位承載力造價是各種樁型中較低的，同時能有效控制工后沉降，適合大型互通立交工程區(qū)的特別軟弱地基加固。

3.1 工藝原理

PC管樁為端承摩擦樁，底部打入持力層，頂部設(shè)置擴(kuò)大樁帽，樁帽頂鋪設(shè)褥墊層傳遞來自上部的荷載，結(jié)構(gòu)詳見圖1。根據(jù)承載力要求，地基加固一般采用φ50 cm管樁，樁間距可設(shè)置成1.2 m ×1.2 m，1.5 m ×1.5 m，2.0 m ×2.0 m。褥墊層可設(shè)計成15 cm碎石+5 cm中粗砂+土工格柵+5 cm中粗砂+15 cm碎石的復(fù)合結(jié)構(gòu)，最終PC管樁與樁間土構(gòu)成復(fù)合地基共同受力。

圖1 PC管樁結(jié)構(gòu)詳圖

3.2 施工工藝流程

預(yù)應(yīng)力混凝土管樁可采用PC-A500(100)型，混凝土強(qiáng)度等級C60，樁外徑50 cm，壁厚10 cm。樁帽采用C30混凝土現(xiàn)澆。預(yù)應(yīng)力混凝土管樁采用打入法施工，施打采用D62-22筒式柴油打樁機(jī)，施工工藝流程見圖2。

3.3 施工方法

1)準(zhǔn)備工作。根據(jù)現(xiàn)場地面實際條件及土質(zhì)情況整平地面，挖除樹根，坑溝槽填土夯實，場地具備三通一平的施工作業(yè)條件。

2)施工放樣。采用全站儀準(zhǔn)確測設(shè)出線路中心線，定出樁位，測設(shè)標(biāo)高，確定打入深度。按要求引放和埋設(shè)護(hù)樁，護(hù)樁遠(yuǎn)離樁位，標(biāo)識明顯、準(zhǔn)確。對所測設(shè)樁位進(jìn)行檢查和復(fù)核，誤差均不超過下列數(shù)值:樁的縱行和橫行軸線位置為2 cm以內(nèi)，單排樁軸線位置為1 cm以內(nèi)，對測設(shè)好的樁位用鋼筋頭釘出中心位置，并用白灰劃出與樁徑相同的圓。

3)打樁機(jī)械。采用D62-22筒式柴油打樁機(jī)。樁帽選擇適宜，構(gòu)造堅固，墊木易于拆換和整修，其尺寸與錘底、樁頂及導(dǎo)桿相吻合，頂面與底面均與中軸線垂直，并附有掛千斤繩的耳環(huán)，以便起吊;樁帽與樁周圍的間隙為5 mm～10 mm，彈性襯墊采用膠合板加工制作。送樁器采用自制套筒式鋼送樁器，其長度為2 m。

4)樁機(jī)就位、提升管樁。樁夾平穩(wěn)地夾設(shè)在打樁部位，鋼纜拉牢。打樁機(jī)就位時，對準(zhǔn)樁位，垂直穩(wěn)定，確保在施工中不傾斜、移動。

圖2 施工工藝流程圖

5)打樁。樁的打入原則是重錘低擊，確保樁的順利打入。

打樁前，兩個錘球成90°方向觀測校正樁的豎直線，保持正確的垂直軸線，以避免樁頭受到偏擊，在打樁開始時，可通過移動打樁機(jī)校正樁的垂直度，管樁一經(jīng)打入地下后，不能再從樁頭上或從接近樁頭處來校正樁的位置和方向，以免樁受到損壞，須拔出重新定位。

穩(wěn)樁，樁尖插入樁位后先用錘體靜壓，靜壓完畢后，先低錘擊一、二次，樁入土一定深度后，再使樁垂直穩(wěn)定，用兩個錘球縱橫雙向校正。隨著樁入土深度增加、阻力增大，正常錘擊。

沉樁，開始時或進(jìn)入軟土層時，由于土層阻力較小，應(yīng)降低樁錘的錘擊速度，以免產(chǎn)生致裂拉應(yīng)力。穿透中間硬層時調(diào)大樁機(jī)的檔位以減少管樁的錘擊數(shù)量。按照原設(shè)計的深度打入管樁，當(dāng)樁尖進(jìn)入持力層的深度未達(dá)到設(shè)計要求但最后三陣貫入度的平均值小于20 mm時，按規(guī)范要求為防止將管樁打壞，也應(yīng)停止錘擊。

PC管樁總錘擊數(shù)不宜超過2 000擊，最后1 m沉樁錘擊數(shù)不宜超過250擊。為了降低打樁應(yīng)力，采用重錘低擊的方式。打樁時，保證樁錘、樁墊和管樁在同一條直線上，不偏心錘擊并及時更換樁墊，保持樁頭完整。打樁一開始直至結(jié)束，使用兩個錘球在成90°方向同時觀測，以確保樁的穩(wěn)定打入。

接樁作業(yè)，單樁成品長度為6 m～12 m，打入過程中均要進(jìn)行接樁作業(yè)。

沉樁完畢后立即進(jìn)行檢查，確認(rèn)樁身無問題后，移動樁機(jī)。

3.4 貫入度計算值的參考

鐵路、公路、市政軟基加固PC管樁施工的收錘標(biāo)準(zhǔn)不提倡使用貫入度。因為現(xiàn)行的設(shè)計及施工規(guī)范均對工民建工程有較強(qiáng)的適用性，目前幾個常用的動力打樁公式計算得來的貫入度趨于保守，如果完全按貫入度控制，可能要增加設(shè)計樁長，勢必造成不必要的浪費。

管樁的收錘是以樁端進(jìn)入設(shè)計要求的持力層的深度為標(biāo)準(zhǔn)的。進(jìn)入持力層的標(biāo)志是貫入度明顯的減小。

利用格爾謝凡諾夫公式計算兩根試驗樁的貫入度:

其中，n為樁及樁墊的材料系數(shù)，樁帽有厚紙層，取n=0.3;A為樁截面積，A=πr2=3.142×0.252=0.196 375;H 為落錘高度，第四檔取H=300 cm;m為安全系數(shù)，取m=2;Rk為單樁豎向極限承載力;ξ為恢復(fù)系數(shù)，ξ=0.45。

3.5 樁體檢測

沉樁完畢25 d后，對所試驗管樁進(jìn)行單樁靜載荷試驗和小應(yīng)變或大應(yīng)變檢測。

4 加固方案合理性分析

立交橋區(qū)內(nèi)干插片石處理后路基剛度遠(yuǎn)達(dá)不到設(shè)計和規(guī)范要求，不可行。采用水泥攪拌樁加固地基，必須要打入持力層，否則即便檢查復(fù)合地基承載力滿足設(shè)計要求，但樁體懸浮在淤泥層中，在受到反復(fù)動載的情況下樁體必定下沉，故本區(qū)內(nèi)的攪拌樁應(yīng)該打到18 m。攪拌樁水泥土的抗壓強(qiáng)度只有1 MPa，承載能力有限。通過密布措施雖然能保證復(fù)合地基承載力要求，但無法施作樁帽，樁頭截面小，樁間土面積大，一旦樁間土沉降一樣會造成地基不均勻沉降，本區(qū)內(nèi)0.8 m～20.4 m為含水量極高的流塑淤泥，一旦水土平衡遭到破壞，沉降是必然的。另外水泥攪拌樁鉆機(jī)單機(jī)功率90 kW施工用電量大，本區(qū)線路內(nèi)難以滿足。水泥攪拌樁施工進(jìn)度慢，單機(jī)日產(chǎn)300 m～500 m，并且廢液很多不利于環(huán)境保護(hù)。在開挖樁頭時很容易造成樁中部折斷，造成斷樁。軟土地層中攪拌樁施工質(zhì)量控制難度較大。

PC管樁雖然單樁造價高，但底部可嵌入持力層，可充分發(fā)揮樁體強(qiáng)度高的優(yōu)點，樁間距可加大，總費用可控。樁頂可根據(jù)樁基承載能力大小做擴(kuò)大樁帽，形成復(fù)合地基中以樁的承載為主體的受力模式，減少對樁間土的依賴，可有效控制工后沉降。所以綜合比選，采用PC管樁加固該段軟基更為合理。

同時需要說明的是，雨、污水管線位于輔道邊，采用管樁加固地基將造成溝槽無法開挖，而采用攪拌樁卻不存在上述問題。最終采用PC管樁加固主車道地基，采用水泥攪拌樁加固管道地基。

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