周孔
(上海市政工程設(shè)計(jì)研究總院(集團(tuán))有限公司,上海市200092)
PHC管樁在臨港新城市政道路橋臺(tái)后高填土路基處理中的應(yīng)用
周孔
(上海市政工程設(shè)計(jì)研究總院(集團(tuán))有限公司,上海市200092)
臨港新城是上海未來發(fā)展的重點(diǎn)區(qū)域之一,近年來,臨港地區(qū)的市政基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)快速推進(jìn),但是,復(fù)雜的軟土地基給市政建設(shè)帶來了嚴(yán)峻的考驗(yàn),尤其是在橋臺(tái)后的高填土路基段,由于地基土的含水量較大,壓縮性高、強(qiáng)度低,如果采用常規(guī)處理方式,極易產(chǎn)生橋頭跳車現(xiàn)象,嚴(yán)重影響行車的安全性和舒適性,本文結(jié)合實(shí)際工程,通過對(duì)比分析,提出采用P H C管樁處理橋臺(tái)后高填土軟土路基,取得了良好的效果。
P H C管樁;軟土地基;地基處理;工后沉降
根據(jù)上海市委市政府有關(guān)決策部署,臨港新城是上海未來發(fā)展的重點(diǎn)區(qū)域之一,為落實(shí)市委市政府的工作要求,臨港綜合區(qū)于2012年全面啟動(dòng)建設(shè),洲德路是臨港綜合區(qū)先行啟動(dòng)的第一條重要通道,承擔(dān)引導(dǎo)區(qū)域開發(fā)建設(shè)的重要功能。
洲德路西接兩港大道,東連東海大道,是東西向連接主產(chǎn)業(yè)區(qū)和綜合區(qū)的主要道路之一,同時(shí)利用兩港大道和東海大道可融入市域快速交通體系,提升綜合區(qū)對(duì)外交通能力。
洲德路的道路等級(jí)為城市次干路,全長(zhǎng)約4.16km,包含橋梁5座。根據(jù)場(chǎng)地勘察報(bào)告,沿線淺部普遍分布有①1層填土、①4A層沖填土、①4B層沖填土,土質(zhì)情況較差。
①1層填土,以素填土為主,含植物根莖,局部淺部以雜填土為主,含碎石、磚塊,層厚0.3~2.4 m。該層填料不均,結(jié)構(gòu)松散,未經(jīng)處理不宜作為建(構(gòu))筑物的天然地基持力層。
①4A層沖填土,以黏性土為主,混少量粉性土,層厚0.7~2.0 m,該層沉積年代較長(zhǎng),土質(zhì)一般,且土質(zhì)不均勻,結(jié)構(gòu)較松散,未經(jīng)處理不宜作為建(構(gòu))筑物的天然地基持力層。
①4B層沖填土,以淤泥質(zhì)黏性土為主,混粉性土,層厚0.6~3.4 m,該層土質(zhì)較差,且土質(zhì)不均勻,有軟弱夾層存在,結(jié)構(gòu)較松散,未經(jīng)處理不宜作為建(構(gòu))筑物的天然地基持力層。
為了保證設(shè)計(jì)質(zhì)量,根據(jù)規(guī)范要求,對(duì)本工程軟土路基工后沉降提出如下要求:
(1)一般路段不大于0.3 m;
(2)與涵洞相接處不大于0.2 m;
(3)與橋臺(tái)相接處不大于0.1 m。
該工程橋臺(tái)后路基最大填土高度在2.0~3.2m,而且大部分橋臺(tái)后有現(xiàn)狀河塘存在,填土高度更高,最高達(dá)5.6 m,如不采取切實(shí)有效的處理措施,工后沉降難以滿足設(shè)計(jì)要求。如何處理這部分高填土軟土路基成為本工程設(shè)計(jì)的難點(diǎn)和重點(diǎn)。
目前常用的深層地基處理方法有排水固結(jié)法和樁土復(fù)合地基法。
排水固結(jié)法的基本原理是軟土地基在附加荷載的作用下,逐漸排出孔隙水,使孔隙比減小,產(chǎn)生固結(jié)變形。在這個(gè)過程中,隨著土體超靜孔隙水壓力的逐漸消散,土的有效應(yīng)力增加,地基抗剪強(qiáng)度相應(yīng)增加,并使沉降提前完成或提高沉降速率。
排水固結(jié)法主要由排水和加壓兩個(gè)系統(tǒng)組成。排水固結(jié)法按加載方式的不同,一般分為堆載預(yù)壓、真空預(yù)壓、真空聯(lián)合堆載預(yù)壓;按加載與設(shè)計(jì)荷載的關(guān)系,可分為欠載預(yù)壓、等載預(yù)壓、超載預(yù)壓。
排水固結(jié)法適用于厚度大于5 m的軟土,但施工周期較長(zhǎng),預(yù)壓時(shí)間根據(jù)土體性質(zhì)(孔隙比、滲透系數(shù)、固結(jié)系數(shù)等)、土層分布、加載速率等因素的不同而不等,一般至少要保證9個(gè)月以上,不能滿足本工程的建設(shè)進(jìn)度要求。
樁土復(fù)合地基法主要有水泥攪拌樁、C F G樁、TC樁和P H C管樁等,這些工法都具有施工周期短、地基處理見效快、處理效果好等特點(diǎn),但造價(jià)較一般的淺層處理方法要高,因此樁土復(fù)合地基法尤其適用于地質(zhì)條件差(軟基)、差異沉降控制要求高(如路橋結(jié)合處)而且施工建設(shè)期要求緊的情況。
上海地區(qū)常用的樁土復(fù)合地基深層處理方式主要有水泥攪拌樁和P H C管樁。
3.1 水泥攪拌樁
主要是利用水泥(或石灰)等材料作為固化劑,通過特制的攪拌機(jī)械,在地基深處就地將軟土和固化劑(漿液或粉體)強(qiáng)制攪拌,由固化劑和軟土間產(chǎn)生一系列物理化學(xué)反應(yīng),使軟土硬結(jié)成具有整體性、水穩(wěn)定性和一定強(qiáng)度的水泥加固土,從而提高地基強(qiáng)度和增大變形模量。由于目前施工設(shè)備的改進(jìn),計(jì)量、監(jiān)理和工程質(zhì)量都容易保證,施工工藝已相當(dāng)成熟,已廣泛應(yīng)用于道路軟基處理。適合不需較長(zhǎng)的樁體(樁長(zhǎng)一般不大于15 m),即可穿透軟土層,并與下層好的土體形成整體。軟土層經(jīng)加固后形成復(fù)合地基,強(qiáng)度有很大的增強(qiáng),有利沉降控制。地基處理時(shí)間一般一個(gè)多月強(qiáng)度就較高,一般加固效果顯著,適用于工期較短的工程。根據(jù)施工方法的不同,水泥土攪拌法分為水泥漿攪拌(水泥攪拌樁)和粉體噴射攪拌(粉噴樁)兩種。本工程可在水泥攪拌樁中加入外加劑(如石膏粉)對(duì)攪拌樁的性質(zhì)進(jìn)行改良,一方面使水泥攪拌樁容易成樁,另一方面通過改善攪拌樁水泥土的組成,提高水泥攪拌樁的強(qiáng)度,進(jìn)而改進(jìn)復(fù)合地基的整體性能。石膏粉用量約為水泥用量的20%,具體配合比參照現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果確定。
水泥攪拌樁還可用于處理明浜填土較高的路段,提高置換率,長(zhǎng)短樁結(jié)合和增加水泥參量,來保證浜域內(nèi)的水泥土達(dá)到一定的樁身強(qiáng)度。
3.2 PHC管樁
預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)混凝土管樁(簡(jiǎn)稱P H C樁),是在近代高性能混凝土(H P C)和預(yù)應(yīng)力技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的混凝土預(yù)制構(gòu)件,P H C管樁是專業(yè)工廠里采用先張法預(yù)應(yīng)力和離心成型工藝,經(jīng)過蒸壓養(yǎng)護(hù)而制成的一種空心圓筒體的等截面構(gòu)件,運(yùn)往施工現(xiàn)場(chǎng)后,通過錘擊或靜壓的方法沉入地下作為建(構(gòu))筑物的基礎(chǔ),適合深度較深的路基處理。P H C管樁具有以下優(yōu)點(diǎn):
(1)單樁承載力高。樁身混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C80,具有高強(qiáng)性能,單樁允許承載力可達(dá)到2 500~3 200 k N,與樁頂、樁帽及碎石褥墊層結(jié)合后可形成較強(qiáng)的多樁復(fù)合地基承載力和抗變形能力。
(2)抗彎性能好。P H C管樁選用高強(qiáng)度、低松馳的陰螺紋鋼筋作為預(yù)應(yīng)力主筋,使樁身具有較高的預(yù)壓應(yīng)力,其抗彎、抗裂性能良好,P H C管樁有卓絕的貫入性能,可以穿透密實(shí)的砂層,能適應(yīng)復(fù)雜的環(huán)境與地理?xiàng)l件。
(3)質(zhì)量穩(wěn)定可靠。由于采用工廠預(yù)制的生產(chǎn)方式,能利用先進(jìn)的工藝和設(shè)備,質(zhì)量容易控制,產(chǎn)品質(zhì)量容易保證,且成樁質(zhì)量監(jiān)測(cè)方便。
(4)應(yīng)用范圍廣。樁身耐防腐性能好,規(guī)格長(zhǎng)度容易調(diào)整,容易布樁,對(duì)樁端持力層起伏變化大的地質(zhì)條件適應(yīng)性強(qiáng)。
(5)施工速度快,工期短。P H C管樁在工廠商品化生產(chǎn),能按施工要求及時(shí)供樁,施工前期準(zhǔn)備時(shí)間短,一般能縮短工期1~2個(gè)月。
(6)施工現(xiàn)場(chǎng)文明。施工現(xiàn)場(chǎng)無砂石、水泥,無泥漿污染,對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)狹窄的工程特別有利。
3.3 方案比選
本文針對(duì)不同橋臺(tái)后填土高度,選取典型地質(zhì)斷面,對(duì)這兩種地基處理方式的工后沉降進(jìn)行計(jì)算,結(jié)果見表1~表5。
表1 1號(hào)橋臺(tái)后填土工后沉降計(jì)算結(jié)果
表2 2號(hào)橋臺(tái)后填土工后沉降計(jì)算結(jié)果
表3 3號(hào)橋臺(tái)后填土工后沉降計(jì)算結(jié)果
表4 4號(hào)橋臺(tái)后填土工后沉降計(jì)算結(jié)果
表5 5號(hào)橋臺(tái)后填土工后沉降計(jì)算結(jié)果
根據(jù)計(jì)算結(jié)果,在本工程的地質(zhì)條件下,采用P H C管樁進(jìn)行地基處理后控制沉降的效果要明顯優(yōu)于水泥攪拌樁,而且水泥攪拌樁的成樁效果往往還取決于地基土的土質(zhì)條件、地下水的腐蝕性等因素,根據(jù)地質(zhì)報(bào)告,本工程地下水呈微腐蝕性,水泥攪拌樁的成樁效果還有待試驗(yàn)檢驗(yàn)。
綜合比較,本工程推薦采用P H C管樁進(jìn)行橋臺(tái)后地基處理,P H C管樁設(shè)計(jì)參數(shù)如下:
(1)樁徑:400 mm。
(2)樁長(zhǎng):設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)穿透高壓縮軟土層,樁長(zhǎng)約22 m。
(3)樁距:2.5 m,按正方形排列,布樁范圍為橋臺(tái)后30 m。
(4)預(yù)應(yīng)力混凝土管樁采用A B型,樁徑400mm,壁厚95 mm,混凝土強(qiáng)度等級(jí)采用C80。
(5)預(yù)應(yīng)力混凝土管樁單樁設(shè)計(jì)承載力不小于840 k N,地基加固后復(fù)合地基承載力不小于150 k P a。
另外,為了保證樁、土協(xié)同受力和減少局部應(yīng)力集中,水泥攪拌樁和P H C管樁樁頂均鋪設(shè)褥墊層,褥墊層材料選用碎石,最大粒徑不宜大于30mm。
(1)預(yù)應(yīng)力混凝土管樁施工前,必須對(duì)地質(zhì)報(bào)告進(jìn)行詳細(xì)、全面的了解,確保工程質(zhì)量,若遇地質(zhì)實(shí)際情況與地質(zhì)詳勘報(bào)告有較大出入或遇到異常情況時(shí),需及時(shí)向建設(shè)方和有關(guān)部門反應(yīng),并妥善地加以解決。此外,應(yīng)查明工程范圍內(nèi)地上及地下各類管線、障礙、地下構(gòu)筑物等實(shí)際位置,若布樁位置與橋梁承臺(tái)、立柱、地下管線及其他地下構(gòu)造物有沖突時(shí),應(yīng)注意避讓。必要時(shí)應(yīng)采取相應(yīng)的保護(hù)措施,沉樁工程應(yīng)注意對(duì)鄰近建筑物的影響。
(2)預(yù)應(yīng)力混凝土管樁實(shí)施前地表先進(jìn)行清表處理,確保根植土、雜填土清除后,再回填夯實(shí)、碾壓至設(shè)計(jì)標(biāo)高,壓實(shí)度(重型)不小于90%;若位于浜塘處,則先抽干積水,清淤后采用二灰填筑至原地面,壓實(shí)度(重型)不小于90%。
(3)預(yù)應(yīng)力混凝土管樁采用重錘輕打的方法沉樁,施工單位應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)進(jìn)行合理配樁,采用焊接法接樁,要求相鄰樁接頭位置錯(cuò)開1 m以上,并加強(qiáng)焊縫及樁的連續(xù)性檢測(cè)。接樁時(shí),樁的縱向彎曲矢高不得大于每節(jié)樁長(zhǎng)的0.1%。接樁的接頭平面與樁軸平面垂直度不得大于每節(jié)樁長(zhǎng)的0.5%,接樁焊接應(yīng)滿足《建筑地基基礎(chǔ)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》(G B 50202—2002)的相關(guān)要求。
(4)沉樁以控制樁尖標(biāo)高為主,貫入度為輔。打樁順序應(yīng)從中間依次向四周打,以防止土體擠密影響沉樁。對(duì)沉樁過程中發(fā)生異?,F(xiàn)象(如斷樁、樁身破損及貫入度反常等)均應(yīng)做詳細(xì)記錄,并采取措施妥善處理。樁頂如有破損和強(qiáng)度不足時(shí),應(yīng)將破損和強(qiáng)度不足段鑿除并修補(bǔ)平整。
(5)預(yù)應(yīng)力管樁樁頂一般低于清表、夯實(shí)、整平后的地表25 c m,在樁頂?shù)乇黹_30 c m深的槽現(xiàn)澆混凝土樁帽,采用C25混凝土現(xiàn)澆,樁身嵌入樁帽5 c m,預(yù)應(yīng)力管樁樁帽施工完成后,先攤鋪10 c m厚碎石,在碎石上鋪設(shè)一層鋼塑格柵后,再攤鋪20 c m厚碎石并再鋪設(shè)一層鋼塑隔柵,其上再攤鋪10 c m厚碎石,碎石墊層總厚度40 c m。鋪設(shè)格柵時(shí)縱橫向搭接應(yīng)不小于50 c m,并且上下層接縫應(yīng)交替錯(cuò)開,錯(cuò)開長(zhǎng)度應(yīng)大于0.5 m,鋼塑格柵的經(jīng)、緯向抗拉強(qiáng)度不小于50 k N/m,伸長(zhǎng)率不大于5%。基底碎石壓碎值應(yīng)不大于26%,每層碎石攤鋪需碾壓密實(shí)后再鋪設(shè)鋼塑隔柵。
本文結(jié)合臨港地區(qū)實(shí)際工程,選取典型地質(zhì)斷面,通過對(duì)比分析水泥攪拌樁和P H C管樁在軟土地基處理中的優(yōu)缺點(diǎn),推薦采用P H C管樁作為本工程橋臺(tái)后高填土軟土路基處理方式,實(shí)踐證明,效果良好,可為同類工程提供借鑒和參考。
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U416.1
B
1009-7716(2017)06-0078-03
10.16799/j.cnki.csdqyfh.2017.06.022
2017-02-09
周孔(1984-),男,河南南陽人,工程師,從事道路設(shè)計(jì)工作。