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）

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

1 概述

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。

2 問題的提出

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)。

3 處理方案比選

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。

4 預(yù)應(yīng)力管樁施工技術(shù)要求

（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。

5 結(jié)語

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。