預應力管樁在橋頭地基處理中的應用研究

劉云龍 鄒淑國 董建勛

(青島市市政工程設計研究院有限責任公司，山東 青島 266061)

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預應力管樁在橋頭地基處理中的應用研究

劉云龍 鄒淑國 董建勛

(青島市市政工程設計研究院有限責任公司，山東 青島 266061)

以山東省某高等級公路為例，研究了預應力管樁處理橋頭地基施工方法，確定了預應力管樁處理橋頭路基段施工工序及原材料性能要求，通過運用Plaxis8.5有限元模擬，進一步驗證了處理方案的可行性，試驗段長期應用顯示：橋頭回填段運營期過渡段最大工后沉降為2.0 cm，位于變樁長區(qū)域過渡段差異沉降為0.05%，臺背回填段未出現(xiàn)橋頭跳車現(xiàn)象。

地基處理，預應力管樁，有限元分析，土工格柵

橋頭跳車是公路工程中比較常見的質(zhì)量通病。國內(nèi)外常見的回填橋頭路基段的材料包括輕質(zhì)粉煤灰、砂礫材料、EPS輕質(zhì)混凝土、陶?；炷?、泡沫混凝土等，常見的地基處理技術(shù)包括壓密注漿法、反開挖法、淺層處理、強夯處理等方法，無論采用何種方法，只要過渡段出現(xiàn)明顯的不均勻沉降現(xiàn)象，均會發(fā)生橋頭跳車。

1 工程概況

該拓寬工程起點位于膠州灣高速公路海泊河收費站，終點位于規(guī)劃豐海路，全長14.1 km，拓寬后線路由現(xiàn)在的雙向四車道拓寬為雙向八車道，寬度為現(xiàn)道路向兩側(cè)各拓寬8.5 m。沿線共有5處跨河橋，分別為湖島河橋、李村河橋、板橋坊河橋、樓山河橋、濱海路橋；另設有3處地道橋，分別為德順北路地道、豐海路地道、雙埠村地道。

2 地基處理方案

2.1 地質(zhì)概況

該公路經(jīng)過的路段為濱海灘涂區(qū)域，大部分路段經(jīng)歷過人工回填的情況，地基壓縮性差異較大，對公路的穩(wěn)定性影響較大。沿線地基上層結(jié)構(gòu)以淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土～粉質(zhì)粘土分布為主。

2.2 處理方案

對于該公路橋頭路堤段，為避免運營期出現(xiàn)橋頭跳車情況，經(jīng)多方專家論證，最終采用預應力管樁處理方法對橋頭段進行處理。過渡段采用預應力管樁處理方案為：預應力混凝土管樁適用于橋頭路段51 m范圍內(nèi)地基補強處治。預應力混凝土管樁平面布置形式為正方形，間距為3 m，預應力樁為PHC-A300-70樁，按正方形布置，樁之間的間距為3.0 m，施工時根據(jù)打樁要求制定合理的打樁順序。對于現(xiàn)狀道路擋墻結(jié)構(gòu)，新建路面結(jié)構(gòu)路床底面以上部分進行拆除。管樁設置距臺背2 m實施，處治長度為橋頭段51 m，均為基底管樁。

2.3 施工方法

實施管樁時，首先對原地表進行清表處理，沖擊碾壓壓實，然后進行管樁施工，樁頂標高低于處理地表0.3 m，準確定位之后實施基底管樁。每個管樁樁頂設置樁帽，樁帽尺寸為1.40 m×1.40 m×0.30 m。管樁及樁帽結(jié)構(gòu)完成后，在樁帽頂鋪設一層雙向土工格柵，然后再鋪設30 cm碎石墊層。臨近橋頭15 m范圍內(nèi)樁長設計比35 m范圍內(nèi)樁長設計長2 m。管樁樁尖采用十字形樁尖，施工前必須進行成樁試驗。路基填筑材料采用密實性碎石土，要求大于38 mm顆粒含量30%～50%，含土量不大于10%。路基底0.8 m以內(nèi)最大粒徑不大于100 mm，路基底0.8 m以外最大粒徑不大于150 mm。

3 方案可行性分析

3.1 有限元分析

為了模擬橋頭回填段后期沉降過程，對于地基處理段采用Plaxis8.5軟件進行分析，對橋頭段預應力管樁地基處理方案進行了有限元模擬。計算縱斷面橋頭過渡段長51.0 m，普通路段長30.0 m，地下水位1.30 m，橋頭過渡段臨近橋頭15 m范圍內(nèi)樁長14 m，剩余36 m范圍內(nèi)樁長12 m，運營荷載按20 kPa計，見圖1。拓寬工程工序分為成樁施工、路基施工、路面結(jié)構(gòu)施工。路基填筑施工橋臺處3.00 m，一般路段換填1.50 m，路面結(jié)構(gòu)填筑高度0.86 m，整個施工期6個月；而后為運營期。施工階段采用固結(jié)分析，運營期為研究最終沉降和工后沉降，采用塑性分析。有限元分析主要包含五個步驟：第一步為回填段固結(jié)階段，然后進行預應力樁的施工，施工完成后進行路基處理，下一步為路面施工階段，最后為運營期的評價分析。

3.2 計算結(jié)果分析

施工完成后沉降分布見圖2。最大沉降為5.5 cm，位于橋頭過渡段36 m處理段，近橋頭段，這是由于過渡段36 m范圍內(nèi)樁長12 m，樁端位于淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土層，持力層較差，沉降較大，橋頭過渡段15 m范圍內(nèi)樁長14 m，樁端位于粉質(zhì)粘土層，持力層較好，沉降較小，因此在樁長突變附近沉降較大。過渡段差異沉降為0.1%，表明采用變樁長處理橋頭過渡段能夠很好的控制過渡段的差異沉降。過渡段與一般路段搭接處沉降3.2 cm。

土工格柵受力情況見圖3，土工格柵受力呈現(xiàn)為變樁長段大，最大值為11.6 kN/m，兩端延伸逐漸減小的規(guī)律，表明土工格柵起到了調(diào)節(jié)過渡段差異沉降的作用。運營期沉降分布見圖4，由于采用了變樁長加土工格柵處理，橋頭過渡段沉降差較為緩和，沒有出現(xiàn)明顯的沉降臺階，同時變樁長局部范圍進一步擴散，沒有形成明顯的沉降區(qū)域，這主要是由于土工格柵對差異沉降的調(diào)節(jié)作用。

4 結(jié)語

該高等級公路橋頭回填段運營期過渡段最大工后沉降為2.0 cm，位于變樁長區(qū)域，過渡段差異沉降為0.05%。過渡段與一般路段搭接處工后沉降最大為3.8 cm，臺背回填段整體運營良好。

[1]JTGT D31—02—2013，公路軟土地基路堤設計與施工技術(shù)細則.

[2]溫高峰.高等級公路橋頭臺背路基回填處理研究.公路交通科技,2004(6)：14-15.

[3]姜 利，董建勛.煤矸石在高速公路橋涵背回填中的應用研究.公路,2012(9)：49-50.

[4]高燕希.臺背回填受力和變形的ANSYS數(shù)值模擬及分析.公路與汽運,2008(11)：31-32.

[5]胡躍軍，談至明.寧波地區(qū)公路橋頭引道的不均勻沉降規(guī)律.公路，2003(12)：58-59.

The application research of pre-stressed pipe pile in bridgehead foundation treatment

Liu Yunlong Zou Shuguo Dong Jianxun

(QingdaoMunicipalEngineeringDesignInstituteLimitedLiabilityCompany,Qingdao266061,China)

Taking the Shandong high grade highway as an example, this paper researched the construction method of pre-stressed pipe pile treatment of bridgehead foundation, determined the construction process and raw material properties requirements of pre-stressed pipe pile treatment of bridgehead roadbed section, through the use of Plaxis8.5 finite element simulation, further validated the feasibility of treatment scheme, the test section long term application showed: the bridgehead backfill section and operation transition section max post-construction was 2.0 cm, the differential settlement located in variable pile long transition regionwas 0.05%, the abutment backfill section did not appear bridgehead vehicle jump.

foundation treatment, pre-stressed pipe pile, finite element analysis, geotechnical grille

1009-6825(2015)18-0144-02

2015-04-14

劉云龍(1982- )，男，工程師； 鄒淑國(1983- )，男，碩士，工程師； 董建勛(1985- )，男，碩士，助理工程師

U418

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