PHC 管樁在高速公路軟基處理中的應(yīng)用研究

劉文慶

（安徽省交通控股集團(tuán)有限公司，安徽 合肥 230088）

如果將高速公路修剪在軟土區(qū)域，這就需要施工人員率先處理一系列問題，如：側(cè)向變形太大、承載力較低、沉降不均勻、路堤缺少穩(wěn)定性等。當(dāng)前，在軟土區(qū)域修建高速公路時，應(yīng)更好的處理以下兩方面問題：首先，加快沉降地基土固結(jié)，例如真空預(yù)壓、打設(shè)排水體等；其次，強(qiáng)化地基土，抑制沉降，比如從豎向設(shè)計(jì)增強(qiáng)體、超載預(yù)壓等。其中，軟土地區(qū)修建高速公路時使用的各種解決問題的方法自身擁有優(yōu)點(diǎn)與缺點(diǎn)，比如，袋裝沙井施工非常便利，更容易加強(qiáng)對施工質(zhì)量的控制，不需要耗費(fèi)更多資金；樁承式加筋在一定程度上可以減少施工期限，明顯降低沉降或者是不均衡沉降，具有較強(qiáng)的適用性；PHC 管樁具有較高的承載力，施工進(jìn)度快[1]。

如今，PHC 管樁我國的生產(chǎn)技術(shù)成熟、種類和規(guī)格齊全、相關(guān)的應(yīng)用技術(shù)更加完善。目前，在建筑施工中廣泛應(yīng)用了預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)的混凝土管樁，根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)的可以得知，其在樁基市場中所占比例超過80%。預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)混凝土管樁在建筑市場中得到廣泛應(yīng)用的具體因素是其自身的穿透力非常強(qiáng)，并且耐打、耐壓，具有非常高的單樁豎向承載力，能夠抵御一定級別的地震，耐久性良好，成本小，能夠減少施工期間，施工現(xiàn)場干凈整潔，得到施工范圍、業(yè)主及設(shè)計(jì)人員的一致青睞[2]。

在合肥某高速公路改擴(kuò)建工程中，增加了PHC300 A 70 型管樁軟基處理方案，這能有效減少新建拼寬路基工后沉降以及與既有路基和樁板式無土路基之間的差異沉降。

1 水文地質(zhì)概況

1.1 地形、地貌

本文研究的高速公路所修建的地區(qū)是江淮沖積平原，地形非常平整，微地貌屬于一級階地。

1.2 地層巖性

1.2.1 前第四紀(jì)地層

場地前第四紀(jì)地層為第三系定遠(yuǎn)群（E1dn）粉砂質(zhì)泥巖，埋深較大，一般在23.3～31.0m 之間。呈暗紅色，巖性極軟，伏于第四系地層之下。

1.2.2 第四紀(jì)地層

施工區(qū)域中分布非常全面，通常是第四系，全新統(tǒng)、粉質(zhì)黏土及上更新統(tǒng)沖擊黏土等。其中A 匝道的南側(cè)主要包括新近填筑的雜填土，溝塘位置包括第四系全新統(tǒng)沖擊淤泥質(zhì)黏土等。

1.3 地質(zhì)構(gòu)造

項(xiàng)目區(qū)位于下楊子海槽和淮陽古陸邊緣地帶，發(fā)育的構(gòu)造主要為郯廬斷裂、肥西-韓擺渡斷裂及肥東盆地等。項(xiàng)目區(qū)第四紀(jì)以來未見活動性斷裂發(fā)育，對工程影響較小。

1.4 新構(gòu)造運(yùn)動與地震

自從第四季之后，施工范圍地殼運(yùn)動主要以周期性階梯式進(jìn)行上升與下降。全新世是我國最年輕的地質(zhì)年代，區(qū)域范圍中大多數(shù)地區(qū)依然出現(xiàn)程度不一的地殼抬升與河流下切的情況，有的地區(qū)出現(xiàn)連續(xù)性的沉降運(yùn)動。還沒有探索到第四紀(jì)以來的活動斷層。

如果場地的地震峰值加速度是0.10g，地震動反應(yīng)譜特征呈現(xiàn)的周期是0.35s，則場地類型是二類，屬于一般類型的抗震場地。

1.5 特殊性巖土

1.5.1 雜填土

根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查及勘察結(jié)果，雜填土主要為工地建設(shè)棄土，為新填筑，松散，一般高于原地面，堆筑成高低不等的土坡，成分較雜，混凝土塊等建筑垃圾，且分布不均，厚度一般在1.2～4.2m 之間。

由于雜填土填筑時間短、固結(jié)性差，承載力低、易變形，且均勻性差，不宜作為路基填料使用。

1.5.2 膨脹土

項(xiàng)目區(qū)范圍內(nèi)廣泛分布的第四系上更新統(tǒng)黏土和粉質(zhì)黏土，通過對采集樣本結(jié)果進(jìn)行分析可以得知，自由膨脹率控制為37.0%～45.0%范圍中，標(biāo)準(zhǔn)吸濕含水率在2.91～5.86%之間，為弱膨脹土。

膨脹土自身具有的特征是遇水膨脹、失水收縮，可以直接影響建筑工程的施工質(zhì)量。

1.5.3 軟土

項(xiàng)目沿線軟土零星分布于沿線塘底，根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查及勘察結(jié)果，主要為淤泥質(zhì)黏土及軟塑狀態(tài)黏性土，厚度2.7～3.5m。

1.6 氣象

本項(xiàng)目施工地區(qū)地處于江淮中間，是亞熱帶濕潤性季風(fēng)氣候，整年溫度冬冷夏熱，春秋溫度柔和。項(xiàng)目施工地區(qū)中在7 月份經(jīng)常下雨，平均約173.9mm；12 月份降水最少，平均為28.2mm。

2 設(shè)計(jì)要點(diǎn)

2.1 拼寬路基

AK0+000～AK0+206.371 和AK0+306.371～AK0+507.3段樁板式無土路基與既有路基之間為常規(guī)拼寬路基，采用AK0+206.371-AK0+306.371 段溝塘淤泥換填方案，清淤后應(yīng)鋪設(shè)40cm 厚碎石墊層，見圖1。

圖1 樁板式無土路基與拼寬路基搭接圖

為減少新建拼寬路基工后沉降以及與既有路基和樁板式無土路基之間的差異沉降，AK0+000～AK0+206.371 和 AK0+306.371～AK0+507.3 段增加PHC300A70 型管樁軟基處理方案，樁的長度是10 米，在樁頂設(shè)計(jì)一個正方形鋼筋土樁帽，該土樁帽的長為10cm、寬為10cm、高為25cm，樁頂埋入樁帽5cm，設(shè)置40cm 厚8%灰土墊層在樁帽頂部，墊層上下滿鋪高強(qiáng)土工格柵，墊層頂部高程不得高于樁板式無土路基一側(cè)地面高程，即PHC300A70 型管樁樁頂高程需低于樁板式無土路基一側(cè)地面高程60cm 以上，具體可根據(jù)現(xiàn)場情況進(jìn)行調(diào)整，同一廣場內(nèi)需確保高程一致，PHC300A70型管樁按梅花形布樁，樁間距2 米，外側(cè)與PHC500B100 型管樁樁間距亦為2米，內(nèi)側(cè)與既有路基開挖臺階距離不小于1 米，PHC300A70 型管樁施工以樁長控制，錘擊法，施工單位應(yīng)合理選擇錘重，避免爆樁，垂直度應(yīng)滿足相關(guān)規(guī)范要求。

拼寬部分三角漸變段內(nèi)，使用C15素混凝土回填路基，可設(shè)置混凝土擋墻收坡腳，見圖2。

圖2 預(yù)應(yīng)力管樁處理軟基布置圖

2.2 沉降計(jì)算

根據(jù)現(xiàn)場踏勘情況及設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)選取典型截面進(jìn)行路基沉降驗(yàn)算。該區(qū)域內(nèi)的詳細(xì)地層分布情況如表1 所示。

表1 地層分布情況

根據(jù)勘察結(jié)果及相關(guān)規(guī)范，地基處理設(shè)計(jì)參數(shù)詳細(xì)情況如表2 所示。

表2 地基設(shè)計(jì)參數(shù)推薦值表

綜合考慮各方面因素，在本文中采用分層總和法計(jì)算該路段的路基沉降問題。

計(jì)算公式：

得到沉降量為0.12m。

由于軟基的計(jì)算沉降量和實(shí)際沉降量相比非常小，通過修改后的路基沉降量計(jì)算公式如下：

s=ms＇=1.3×0.12=0.156m

3 施工要點(diǎn)

3.1 現(xiàn)澆板施工要點(diǎn)

3.1.1 混凝土澆筑以前需要嚴(yán)格檢查保護(hù)層墊塊的位置、緊固程度及保護(hù)層墊塊的數(shù)量。綁扎墊塊與鋼筋的鐵絲頭應(yīng)使用相關(guān)工具切掉，避免其進(jìn)入保護(hù)層中。為了確保鋼筋定位的精準(zhǔn)性，可以使用定型生產(chǎn)的纖維砂漿墊塊。

3.1.2 PHC 管樁身在施工時的垂直度難免會出現(xiàn)誤差，該誤差值不能超過H/1000。

3.1.3 精準(zhǔn)控制樁頂位置與高程要求，確保頂面平整光滑。

3.1.4 構(gòu)件模板應(yīng)具有足夠剛度、強(qiáng)度及穩(wěn)定性，防止預(yù)制構(gòu)件變形，宜采用鋼模板，模板長、寬高差容許誤差為+0，-1，肋高±3mm，板面局部平整度為1mm，采用2m 靠尺，塞尺檢查。

3.2 管樁的預(yù)制要點(diǎn)

管樁進(jìn)場之前，應(yīng)安排專業(yè)人員對其質(zhì)量進(jìn)行檢驗(yàn)，符合當(dāng)前實(shí)施的國家標(biāo)準(zhǔn)《先張法預(yù)應(yīng)力混凝土管樁》的要求后，方可進(jìn)入施工現(xiàn)場。

3.3 管樁施工要點(diǎn)

3.3.1 根據(jù)設(shè)計(jì)圖確定軸線與樁位，經(jīng)過重復(fù)審核沒有錯誤后，驗(yàn)收符合要求方可繼續(xù)施工。

3.3.2 管樁進(jìn)入現(xiàn)場后，必須對管樁產(chǎn)品合格證及規(guī)格和型號、管樁的尺寸偏差、外觀質(zhì)量、管樁端板連接部件、管樁結(jié)構(gòu)鋼筋、管樁樁身破損情況等進(jìn)行檢驗(yàn)。

3.3.3 樁尖的高度、幾何尺寸、厚度等需要與設(shè)計(jì)的要求相匹配。

3.3.4 沉樁期間，需要時常留意樁身是否出現(xiàn)傾斜或者是移位的情況。

3.3.5 高速公路施工建設(shè)期間，需要安排專人監(jiān)控垂直度，如果發(fā)現(xiàn)異常應(yīng)及時調(diào)整校正。

3.3.6 管樁上下段板表層和破口位置需要確保整潔、干燥。

3.3.7 接樁過程中，上下樁段的錯位偏差不能超過2mm。

3.3.8 焊接過程中，首先在坡口位置保持焊點(diǎn)的對稱，當(dāng)固定好上下樁節(jié)后，接著對稱、逐層焊接，焊縫需要保證連續(xù)、飽滿。

3.3.9 樁接頭焊接好之后，需要冷卻15 分鐘后，方可連續(xù)沉樁。

3.3.10 樁頭高出地面的部分應(yīng)保護(hù)。

3.3.11 施工過程中需要密切監(jiān)測樁頂高程，出現(xiàn)上浮時需要復(fù)打。

3.3.12 試樁與工程樁檢驗(yàn)

（1）在管樁工程樁正式施工前，應(yīng)由承包方先行組織專項(xiàng)試樁，每2 聯(lián)設(shè)置一組（2 根），全線共6 組，試樁過程應(yīng)進(jìn)行嚴(yán)格控制與檢驗(yàn)?，F(xiàn)場試樁須做好各項(xiàng)記錄，并由設(shè)計(jì)、監(jiān)理人員簽字確認(rèn)，并將試樁相關(guān)數(shù)據(jù)向業(yè)主、設(shè)計(jì)、監(jiān)理反饋。

（2）施工完成后，需要完整性檢驗(yàn)管樁的豎向和水平方向的承載力與樁身。

檢驗(yàn)試樁：選擇三組六根試樁使用靜載荷法和高應(yīng)變動測法對比試驗(yàn)豎向承載力，選擇兩組四根試樁使用靜載試驗(yàn)法對單樁水平進(jìn)行檢驗(yàn)。

檢驗(yàn)工程樁：采用靜載荷法對單樁豎向承載力的樁進(jìn)行檢驗(yàn)時，樁的數(shù)量不能低于總樁數(shù)的2%；對所有工程樁樁身的完整性進(jìn)行檢驗(yàn)，如果工程樁樁身存在問題，應(yīng)及時處理有缺陷的樁基，處理之后需要采用靜載試驗(yàn)方法對單樁豎向進(jìn)行檢測，以便于明確其承載力與要求是否相匹配。

3.3.13 管樁持力層是粘土層，施工時需要將樁長控制作為中心，貫入度控制發(fā)揮輔助作用。

4 結(jié)論

高速公路施工建設(shè)過程中，軟土地基的處理是經(jīng)常碰見的問題。此篇文章研究過程中將項(xiàng)目工程的具體狀況當(dāng)作參考使用PHC 管樁處理軟土地基，符合迅速施工要求，同時可以加強(qiáng)對沉降速度的控制，能夠?yàn)橄胪愋偷墓こ淌┕ぬ峁┫鄳?yīng)參考；本文敘述了PHC 管樁設(shè)計(jì)、施工要點(diǎn)，積累了相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，可為相似的路基處理案例提供參考具有現(xiàn)實(shí)推廣的意義。