預(yù)應(yīng)力管樁處理公路軟基工后沉降的監(jiān)測與預(yù)測分析

蔡 軍 馬昊天 陳園園 王 哲 宋佳峰

（1.浙江華東工程咨詢有限公司，浙江 杭州 311100；2.浙江工業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院，浙江 杭州 310023）

0 引言

在軟土地基修建道路，地基沉降需高標準、高要求控制，而工后不均勻沉降的控制更是重中之重[1]。經(jīng)加固處理后軟土地基的壓縮性顯著降低，從而降低地基沉降量[2]。樁網(wǎng)復(fù)合地基能在短時間內(nèi)完成沉降，并使得沉降量顯著降低，能夠有效控制工后沉降，同時可以節(jié)約成本，降低工程造價[3]，在工程實際的應(yīng)用中取得了較為理想的效果。預(yù)應(yīng)力管樁因為其承載能力高、適用性廣泛、樁體長度設(shè)計靈活、節(jié)省工期等優(yōu)點，在地基處理領(lǐng)域被迅速推廣使用[4]。預(yù)應(yīng)力管樁[5]是先采用先張法預(yù)應(yīng)力和離心成型工藝，然后經(jīng)過蒸壓養(yǎng)護而成的一種空心圓筒狀的等截面剛性樁體。樁體施工應(yīng)用時主要分為制作和沉樁兩個步驟[6]，逐節(jié)打入待處理的軟基中，樁與樁之間采用二氧化碳氣體保護焊在現(xiàn)場進行焊接，最后采用水準儀進行復(fù)核。

在沉降分析方面，李國維等[7]研究了雙曲線法并對其進行了修正，提出了改進沉降預(yù)測精度的措施。王偉等[8]研究表明沉降速率相同的條件下，指數(shù)模型沉降預(yù)測結(jié)果會大于雙曲線模型預(yù)測結(jié)果。由于預(yù)測結(jié)果與實際監(jiān)測結(jié)果具有差異，需要將工程監(jiān)測與理論預(yù)測相結(jié)合進行沉降分析。

在526 國道岱山段改建支線二Z2K1+955.889～Z2K4+569.328段工程中，對預(yù)應(yīng)力管樁處理軟基后的沉降進行了現(xiàn)場監(jiān)測，并與雙曲線法預(yù)測的沉降相結(jié)合進行分析，對有效提升施工效率具有重要的工程意義，可為后續(xù)施工打下堅實的基礎(chǔ)。

1 .工程概況

1.1 項目概況

526 國道岱山段改建工程支線二Z2K1+955.889～Z2K4+569.328段起點與高雙線K13+770相交，路線向北沿東沙工業(yè)基地規(guī)劃道路后，再往北經(jīng)現(xiàn)狀鹽田區(qū)、養(yǎng)殖塘至規(guī)劃燕窩山客運碼頭。本段軟基處理的方式為預(yù)應(yīng)力管樁/素混凝土樁+等載預(yù)壓。預(yù)應(yīng)力管樁采用PC400A95，直徑為400mm，壁厚為95mm。素混凝土樁采用樁徑75cm，樁身強度為C20，正方形布置，水泥用P·O42.5 普通硅酸鹽水泥，水灰比0.5~0.6，砂采用潔凈細砂，碎石采用粒徑15~40mm的潔凈碎石。樁帽、系梁采用C30混凝土，并與管樁/素混凝土樁連接。樁帽尺寸為長×寬×厚=1.3m（1m）1.3m（1m）0.35m，系梁截面尺寸為50cm（寬）×35cm（高）。路基填筑典型斷面、管樁施工典型斷面、預(yù)應(yīng)力管樁設(shè)計圖分別見圖1、圖2、圖3所示。

圖2 管樁施工典型斷面圖

圖3 預(yù)應(yīng)力管樁設(shè)計圖

1.2 地質(zhì)條件

地形總體較平坦，局部河道及養(yǎng)殖塘地勢相對低洼，屬于海積平原區(qū)。沿線局部表層分布有厚度不大的填土，主要分布于既有道路或村莊等，巖性復(fù)雜；下伏1.0~2.0m 厚的灰黃色粉質(zhì)黏土，性質(zhì)稍好；其下為一系列的海相高壓縮性軟土，厚度可達25~30m；中部主要為海陸交替沉積黏性土，下部為陸相沉積及基巖地層，基巖埋深起伏大。

1.3 管樁施工工藝

預(yù)應(yīng)力管樁施工采用柴油錘打樁機進行施工。預(yù)制管樁運輸至施工現(xiàn)場后在堅實、平整的區(qū)域堆放，采用100mm×100mm 枕木進行兩點支墊。沉樁施工工藝流程按照測放樁位、樁位復(fù)核、樁機就位、樁起吊、穩(wěn)樁、打樁的順序進行。采用CO2氣體保護焊進行接樁，焊接施工采用兩臺焊機對稱施焊，分三次焊接完成，確保焊縫飽滿。接樁完成后，須由質(zhì)檢人員會同監(jiān)理工程師進行驗收，驗收合格且靜置10min 以上方能繼續(xù)沉樁。管樁打設(shè)完成后，采用水準儀對樁位進行復(fù)核，同時對樁距、樁垂直度進行檢查，滿足設(shè)計要求后，樁機移位。管樁施工完成后，需按照隨機抽樣的原則，需進行樁身完整性檢測。

1.4 觀測方案

本文討論的監(jiān)測里程為Z2K3+550~Z2K4+133，根據(jù)監(jiān)測的實測數(shù)據(jù)，計算月沉降速率，從而推算工后允許沉降值是否滿足軟基預(yù)壓期卸載控制采用的雙標準控制要求，即要求推算的工后沉降量小于設(shè)計容許值，同時要求達到沉降速率標準時，方可卸載開挖路槽并開始路面鋪筑。對欠載預(yù)壓的路段，按連續(xù)2 個月的月沉降速率小于3mm/月進行控制；對等載預(yù)壓的路段，按連續(xù)2個月的月沉降速率橋頭小于3mm/月、一般路段小于5mm/月進行控制；對超載預(yù)壓的路段，當有效應(yīng)力面積比小于0.75 并且預(yù)壓期超過6 個月以上時，按連續(xù)2個月的月沉降速率小于7mm/月進行控制。當有效應(yīng)力面積比超過0.75 小于1.0 時，按連續(xù)2 個月的月沉降速率橋頭小于5mm/月、一般路段小于7mm/月進行控制。當有效應(yīng)力面積比大于10 時，按連續(xù)2 個月的月沉降速率橋頭小于3mm/月、一般路段小于5mm/月進行控制。軟基段路堤在填筑過程中，應(yīng)嚴格控制周圍位移速率，控制標準為路堤中心線地面沉降速率≤1.0cm/晝夜，坡腳水平位移速率<0.5cm/晝夜，深層側(cè)向位移速率<3mm/晝夜。在施工期，每填筑一層至少需觀測一次，因故停止施工期間，每3d 觀測一次；預(yù)壓期間，第一個月每3d 觀測一次，第二個月至第三個月每7d觀測一次看，從第四個月起每半個月觀測一次，直到鋪筑路面。通車期沉降觀測應(yīng)該取少量的典型斷面（2個）進行跟蹤觀測，監(jiān)測頻率為每1~2 個月監(jiān)測1 次。側(cè)向位移觀測頻率與沉降觀測頻率相同，直至路堤達到設(shè)計的標高。

1.5 沉降預(yù)測方法

選用雙曲線法對軟土地基進行沉降預(yù)測，根據(jù)地基的沉降規(guī)律，采用公式（1）對施工過程中的沉降進行預(yù)測，采用公式（2）進行最終沉降預(yù)測。

式中：ta、Sa——擬合計算起始點參考點的觀測時間與沉降值；

t、St——擬合曲線上任意點的時間與對應(yīng)沉降值；

A、B——根據(jù)實測值求出的參數(shù)，化為直線時分別表示直線的截距與斜率。

2 監(jiān)測結(jié)果及分析

各樁號處1月沉降速率與2月沉降速率如表1所示；Z2K3+600、Z2K3+700、Z2K3+800、Z2K3+900、Z2K4+100、Z2K4+200區(qū)段的擬合曲線結(jié)果匯總?cè)绫?所示；預(yù)測總沉降、預(yù)壓期沉降、預(yù)測工后沉降匯總?cè)绫?所示。

表1 沉降速率匯總

表2 擬合曲線結(jié)果匯總

表3 預(yù)測結(jié)果匯總

在荷載預(yù)壓過程中，土體應(yīng)力狀態(tài)發(fā)生改變，繼而發(fā)生土體沉降變形。沉降在初始階段，土體處于彈性狀態(tài)，孔隙水還未消散，發(fā)生瞬時剪切變形，隨著荷載升級，沉降呈線性發(fā)展并且隨著時間增長，超靜孔隙水壓力逐步消散，土體產(chǎn)生塑性變形，伴隨時間延長，沉降達到最終狀態(tài)，便為最終沉降量。由表1 可知，整個監(jiān)測期間各沉降觀測點數(shù)據(jù)滿足設(shè)計標準，最大沉降速率發(fā)生在前1 個月，為4.95mm/月。并且可以發(fā)現(xiàn)，路基沉降速率整體隨時間變小，主要是因為，隨著軟基排水發(fā)展、超靜孔壓消散，土體的有效應(yīng)力逐漸增長，沉降速率便會降低。采用雙曲線擬合得到的預(yù)測曲線整體性較好，說明采用現(xiàn)場觀測與雙曲線法結(jié)合的方式進行地基沉降預(yù)測具有可靠性。在后續(xù)鋪設(shè)加載時應(yīng)嚴格控制加載速率，以保證路基的穩(wěn)定安全。

3 結(jié)束語

本文將現(xiàn)場實際監(jiān)測與雙曲線沉降預(yù)測方法相結(jié)合，對采用預(yù)應(yīng)力管樁進行軟基處理后預(yù)壓階段的道路軟基沉降進行了分析，探討了土體沉降的變化規(guī)律。結(jié)果表明，采用預(yù)應(yīng)力管樁進行軟基處理后，整個監(jiān)測期間各沉降觀測點數(shù)據(jù)滿足設(shè)計標準，滿足雙標準控制要求；土體沉降速率逐漸降低，充分說明采用現(xiàn)場監(jiān)測與雙曲線降預(yù)測方法相結(jié)合的方式進行地基沉降預(yù)測具有一定可靠性。