PHC管樁在淤泥質(zhì)土道路地基處理中的沉降分析

龔波

摘要：PHC管樁自身具有施工速度快、承載能力大、造價(jià)低等優(yōu)點(diǎn)，本文是在對淤泥質(zhì)道路地基處理方法進(jìn)行分析比較的基礎(chǔ)上，結(jié)合所給工程實(shí)例的各結(jié)構(gòu)和該地區(qū)的地質(zhì)條件，展開地基沉降處置分析。

關(guān)鍵詞：PHC管樁;淤泥質(zhì)土;沉降

引言：

高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力混凝土樁（PHC）具有諸多優(yōu)點(diǎn)如施工的速度較快、質(zhì)量穩(wěn)定、施工的成本較低等，現(xiàn)階段已經(jīng)得到了業(yè)界的認(rèn)可而廣泛運(yùn)用，同時(shí)對于樁基的正確設(shè)計(jì)、施工和測試非常重要。近年來，對管狀PHC樁的荷載傳遞過程、受力機(jī)制和支護(hù)特性的研究引起了當(dāng)?shù)乜茖W(xué)家的關(guān)注?；诖耍旅嬖敿?xì)分析某基地的落點(diǎn)和位置，針對PHC管樁的運(yùn)用處理具體分析其沉降情況。

1工程概況

某市一級城市道路工程起于下山區(qū)白鳳拜樂區(qū)，終止于馬紹區(qū)，全長21916公里。工程場地分布的軟土包括淤泥質(zhì)土（1）、泥炭土和淤泥質(zhì)土（2）。下面的軟土層是硬可塑性淤泥質(zhì)土。根據(jù)現(xiàn)場地質(zhì)調(diào)查和開挖，上述軟質(zhì)地層情況如下：

淤泥質(zhì)（1）：深灰色軟塑料。包含一些細(xì)沙和腐爛的木屑。鉆探發(fā)現(xiàn)，層厚0.60～8.30m，上層埋深0～6.80m，上層高程5.38～20.42m，屬于前一級松散土。巖土試驗(yàn)測得，其天然含水量為35.0%，天然密度為1.82g/cm3，流動性指數(shù)為1.78，內(nèi)聚力為7.3kPa，內(nèi)摩擦角為5.3°，壓縮系數(shù)為0.785MPa-1.

泥炭土：黑色軟塑料。主要成分為黏土顆粒，其次為粉塵顆粒，富含有機(jī)物和臭味，含有少量污泥，有機(jī)物含量為15-20%。鉆孔顯示層厚2.50～11.80m，頂層深度0～0.60m，頂層高度20.27～21.24m，屬于一級松散土。其自然含水率為48.1%，自然密度為1.73g/cm3，流動性指數(shù)為1.09，內(nèi)聚力為7.9kPa，內(nèi)摩擦角為5.5°，壓縮系數(shù)為1.27MPa-1。

淤泥質(zhì)（2）：深灰色軟塑料。主要成分是黏土顆粒，其次是富含有機(jī)物、氣味和少量黏液的灰塵顆粒。鉆孔表明，層厚為0.5011.00m，層頂深度為02.40m，層頂高度為17.89～22.22m，屬于松散Ⅰ類。其自然含水率為38.9%，自然密度為1.75g/cm3，流動性指數(shù)為0.87，內(nèi)聚力為9.0kPa，內(nèi)摩擦角為7.1°，壓縮系數(shù)為0.94MPa-1。

黏土（硬塑料）：黃棕色，塑料，部分硬塑料。由玄武巖風(fēng)化殘?jiān)纬?，土質(zhì)不規(guī)則，黏度中等。層厚1.50～11.40m，層埋深3.60～39.60m，頂層高度-17.55～16.75m。它屬于公共接地類II。其自然密度為1.90g/cm3，內(nèi)聚力為28.0kPa，內(nèi)摩擦角為15°。

為解決軟土地區(qū)CFG樁和輕質(zhì)樁質(zhì)量較差的問題，根據(jù)以前項(xiàng)目經(jīng)歷，經(jīng)與規(guī)劃院研究討論，修改了地基處理方案。用作復(fù)合地基地加固，樁端以粉砂黏土（硬質(zhì)塑料）為基層，樁身排列成正方形模樣，堆疊距離為2m（圖1）。

為保證樁身貫穿粉質(zhì)（硬塑料）基層，在現(xiàn)場開展壓樁操作時(shí)，必須考慮最后2m樁長的錘擊次數(shù)，錘擊次數(shù)6節(jié)拍。1m材料不得少于3個(gè)。如果錘頭數(shù)量不達(dá)標(biāo)，需要增加樁長。

2單樁沉降量試算

用于地基處理的400mm PHC管樁均為長度相對固定的預(yù)制樁。然而，現(xiàn)場的樁筒倉位置井井有條。詳細(xì)實(shí)地勘察的勘探點(diǎn)數(shù)不能覆蓋一山一洞?；鶚兜纳疃群秃穸任粗?。因此，為了對在實(shí)際工作操作運(yùn)用的PHC管樁長度進(jìn)行準(zhǔn)確的計(jì)量，需要對單樁管樁的排放量進(jìn)行試驗(yàn)計(jì)算。估計(jì)管樁可穿透泥炭土和粉質(zhì)黏土（硬塑料），管樁長度分別為9、10、11和12 m。根據(jù)相關(guān)技術(shù)規(guī)范的要求，對于“樁基”，考慮樁徑影響的附加應(yīng)力采用mindlin求解法計(jì)算，沉降值采用層和法計(jì)算。計(jì)算結(jié)果如表1所示。根據(jù)實(shí)驗(yàn)計(jì)算，長度為9～12 m的PHC管樁的預(yù)期下沉量約為110 mm。即使增加樁長，降低樁身下沉量的效果并不突出。

3數(shù)值模擬分析

對于該區(qū)淤泥質(zhì)土和硬塑性粉質(zhì)黏土層，單樁承載力主要取決于樁尖區(qū)硬塑性粉質(zhì)黏土層提供的樁尖強(qiáng)度，以及最終阻力。淤泥質(zhì)土的存在和硬塑性淤泥質(zhì)土的加深事實(shí)上并不會在一定程度上提高限制樁頂?shù)膹?qiáng)度，這是提供單樁承載力的最重要因素。具體村莊數(shù)值模擬分析如下：

3.1模型分析

考慮到PHC管樁軟地基處理標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算結(jié)果與樁土相互作用位置差異較大，本文主要運(yùn)用ABAQUS有限元分析來分析工程的樁強(qiáng)度。事實(shí)上，由于地面的非線性，在打入管樁的過程中，使用了鋼制止樁器來封樁。因此，在數(shù)據(jù)建模過時(shí)主要在以下假設(shè)的前提下來進(jìn)行計(jì)算：

1）土壤是根據(jù)Mohr-Coulomb模型建模的。

2）不考慮溫度負(fù)荷的影響。

3）打樁時(shí)不考慮PHC管樁中心孔地堵土作用。

4）根據(jù)線彈性模型考慮PHC管樁。模型樁長11m，豎向設(shè)計(jì)深度25m，橫向設(shè)計(jì)寬度25m，淤泥質(zhì)土厚度4m和8m，其余土層為硬塑粉質(zhì)黏土。

根據(jù)巖土試驗(yàn)結(jié)果建立軟土和淤泥質(zhì)土下墊層材料參數(shù)以均等土應(yīng)力后，約束模型左右兩端的水平位移，水平和垂直位移偏移量為受約束模型的底部。

3.2結(jié)果分析

模型所得出的結(jié)果指出，在800 kN的法向力作用下，淤泥質(zhì)土中4 m厚管樁的最大下沉量為118，653 mm。8 m 厚的管樁在淤泥質(zhì)土中的最大下沉量為 126.202 mm。數(shù)值模擬中單樁的最大沉降量跟運(yùn)用理論來進(jìn)行統(tǒng)計(jì)所得出的最大沉降量沒有顯著差異，與實(shí)測最大沉降量也有顯著差異。橫向證明，地質(zhì)報(bào)告中給出的地層力學(xué)性能參考值，事實(shí)上沒有考慮到現(xiàn)場的實(shí)際地層底土的力學(xué)特性，其也尚未得到充分探索。

如果考察兩種工況下樁周地面的荷載，可以看出樁周地面荷載主要集中在樁端。只要樁長保持不變，樁穿透剛性塑料污泥層的時(shí)間越短。淤泥質(zhì)土與硬塑淤泥質(zhì)土界面處的邊界效應(yīng)越強(qiáng)，樁界面處硬塑淤泥質(zhì)土的側(cè)向強(qiáng)度越大。結(jié)合樁位移效應(yīng)圖和應(yīng)力云圖，相同樁長的淤泥質(zhì)土厚度對單樁下沉影響不明顯，單樁下沉主要看塑性。

對比樁周土應(yīng)力云圖和ACYIELD云圖，在塑性位移狀態(tài)加載后，樁周土集中在8m厚的淤泥質(zhì)土上，樁身主要集中在硬塑料上有所增加。周遭是泥濘的，通過樁邊上的黏土和泥土對淤泥質(zhì)土與淤泥質(zhì)土界面樁周地基破壞情況，分析了解到硬塑性淤泥質(zhì)樁的樁端強(qiáng)度優(yōu)先于樁側(cè)強(qiáng)度。

結(jié)語

根據(jù)給定項(xiàng)目的泥濘道路，大型建筑物的地基必須進(jìn)行地質(zhì)條件處理。比較現(xiàn)澆混凝土樁、預(yù)制樁和復(fù)合地基。管樁（PHC）具有施工快、承載能力高、造價(jià)低等優(yōu)點(diǎn)。綜上所述，本項(xiàng)目地基處理方案推薦管樁（PHC）。為了能夠?qū)HC 管樁在淤泥質(zhì)土地處理中的工作行為進(jìn)行深入的研究，使用標(biāo)準(zhǔn)分析方法來分析和測試單個(gè) PHC 管樁的沉降。本研究發(fā)現(xiàn)，對于硬塑性粘土粉砂層的某些設(shè)計(jì)，增加樁長對減少單樁沉降沒有明顯影響，但對樁承載力有顯著影響。

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