預(yù)應(yīng)力混凝土管樁在高速公路軟土地基中的應(yīng)用研究

摘要：為了解決高速公路改擴(kuò)建工程中軟土地基承載力差等問題，采用預(yù)應(yīng)力混凝土管樁進(jìn)行軟基加固。通過對預(yù)應(yīng)力混凝土管樁在軟土地基中的應(yīng)用進(jìn)行研究和分析，結(jié)果表明：單樁在豎向荷載作用下的承載機(jī)理主要受樁身自重和土體側(cè)向土壓力的影響，通過預(yù)應(yīng)力技術(shù)，可以增強(qiáng)樁體的抗彎能力、提高承載能力；影響單樁承載力的主要因素包括樁徑、樁長、預(yù)應(yīng)力水平等，其中，樁徑和樁長是影響承載力的關(guān)鍵因素。靜壓樁通過外部靜壓力將樁體沉入土體中，形成摩擦阻力和端阻力，從而提高樁體的承載能力。通過系統(tǒng)分析，可以更好地理解預(yù)應(yīng)力混凝土管樁在軟土地基中的應(yīng)用及其施工技術(shù)，為工程實踐提供參考。

關(guān)鍵詞：預(yù)應(yīng)力混凝土管樁高速公路軟土地基承載力

ResearchontheApplicationofPrestressedConcretePipePilesinSoftSoilFoundationsofHighways

ZHOUJianhua

LiaoningRailwayVocationalandTechnicalCollege，Jinzhou，LiaoningProvince，121000China

Abstract：Inordertosolvetheissuesofpoorbearingcapacityofsoftsoilfoundationinhighwayreconstructionandexpansionprojects，thispaperadoptsprestressedconcretepipepileforsoftfoundationreinforcement.Throughtheresearchandanalysisof?;theapplicationofprestressedconcretepipepileinsoftsoilfoundation，theresultsshowthat：Thebearingmechanismofasinglepileunderverticalloadismainlyaffectedbyitsownweightandlateralearthpressure.Usingprestressedtechnologycanenhancethebendingresistanceofthepileandimprovethebearingcapacity.Themainfactorsaffectingthebearingcapacityofsinglepileincludepilediameter，pilelengthandprestresslevel，amongwhichpilediameterandpilelengtharethekeyfactorsaffectingthebearingcapacity.Thestaticpressurepileistosinkthepileintothesoilthroughtheexternalstaticpressuretoformfrictionresistanceandendresistance，soastoimprovethebearingcapacityofthepile.Throughsystematicanalysis，theapplicationandconstructiontechnologyofprestressedconcretepipepileinsoftsoilfoundationcanbebetterunderstood，andprovidingreferenceforengineeringpractice.

KeyWords：Pre-stressedconcretepipepiles;Highway;Softsoilfoundation;Bearingcapacity

隨著城市化進(jìn)程的加快和基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的不斷推進(jìn)，軟土地基的處理成為了一個重要的問題[1]。預(yù)應(yīng)力混凝土管樁以其承載能力高、施工周期短、效果顯著等特點成為了軟土地基處理的重要手段之一[2]。WUJT等基于高速公路進(jìn)行了PHC管樁加固軟土地基的現(xiàn)場試驗研究[3]。王晨分析了內(nèi)外側(cè)摩阻力的疲勞退化現(xiàn)象，結(jié)合內(nèi)側(cè)摩阻力分析了土塞效應(yīng)[4]。然而，在實際工程中，預(yù)應(yīng)力混凝土管樁的施工技術(shù)和承載機(jī)理等方面仍存在一些問題，需要進(jìn)一步研究和探討。因此，本文旨在對預(yù)應(yīng)力混凝土管樁的工作原理、施工工藝流程和承載機(jī)理等方面進(jìn)行闡述，以為工程實踐提供理論支持和技術(shù)指導(dǎo)。

1預(yù)應(yīng)力混凝土管樁原理和特點

1.1預(yù)應(yīng)力混凝土管樁的工作原理

預(yù)應(yīng)力混凝土管樁是一種常用于軟土地基加固的工程技術(shù)，其工作原理涉及預(yù)應(yīng)力技術(shù)和混凝土結(jié)構(gòu)原理。

預(yù)應(yīng)力技術(shù)是指在混凝土結(jié)構(gòu)施工前施加預(yù)先設(shè)計好的預(yù)應(yīng)力，通過預(yù)應(yīng)力錨固系統(tǒng)，將鋼筋或鋼纜預(yù)應(yīng)力，使混凝土在受力后具有一定的預(yù)壓應(yīng)力。預(yù)應(yīng)力技術(shù)可以提高混凝土結(jié)構(gòu)的承載能力、抗彎能力和變形性能。混凝土具有優(yōu)良的耐久性和抗壓性能，是一種常用的建筑材料?；炷两Y(jié)構(gòu)的原理是在混凝土硬化后形成的堅固結(jié)構(gòu)，能夠承受外部荷載并傳遞至地基。

預(yù)應(yīng)力混凝土管樁利用混凝土的高強(qiáng)度和耐久性，結(jié)合預(yù)應(yīng)力技術(shù)，在軟土地基中提供穩(wěn)定的承載能力。在預(yù)應(yīng)力混凝土管樁施工前，通過預(yù)應(yīng)力技術(shù)，在鋼筋或鋼纜中施加預(yù)應(yīng)力。預(yù)應(yīng)力作用使得混凝土在受到外部荷載后產(chǎn)生一定的預(yù)壓應(yīng)力，提高了混凝土的抗壓性能和承載能力。預(yù)應(yīng)力混凝土管樁的樁身通過地基錨固在軟土地基中，承擔(dān)外部荷載傳遞至地基的作用。混凝土管樁的高強(qiáng)度和穩(wěn)定性保證了其能夠有效地承載外部荷載。在預(yù)應(yīng)力混凝土管樁施加荷載后，樁身周圍的土體會發(fā)生固結(jié)現(xiàn)象，形成固結(jié)效應(yīng)，增加了樁與土體之間的相互作用力，提高了樁的承載能力和穩(wěn)定性。

1.2預(yù)應(yīng)力混凝土管樁的特點

預(yù)應(yīng)力混凝土管樁在施工過程中施加預(yù)應(yīng)力，使混凝土樁體具有較高的抗壓、抗彎強(qiáng)度和承載能力，能夠承受較大的荷載[5]。預(yù)應(yīng)力混凝土管樁的預(yù)應(yīng)力作用使得樁體的變形受到控制，能夠有效地減小地基沉降和變形，提高路基的穩(wěn)定性和均勻性。

預(yù)應(yīng)力混凝土管樁的施工工藝相對簡單，可以在各種地質(zhì)條件下進(jìn)行施工，適用性廣泛。與傳統(tǒng)的地基處理方法相比，預(yù)應(yīng)力混凝土管樁具有較高的經(jīng)濟(jì)效益，能夠降低工程成本、提高工程的投資回報率。預(yù)應(yīng)力混凝土管樁的施工過程中不會產(chǎn)生大量的污染物和廢棄物，對環(huán)境影響較小，符合可持續(xù)發(fā)展的要求。

2施工工藝流程

2.1前期準(zhǔn)備階段

首先，對項目進(jìn)行評估，對高速公路軟土地基的情況進(jìn)行評估，確定需要進(jìn)行加固的范圍和方案。其次，委托專業(yè)設(shè)計單位進(jìn)行樁基設(shè)計，包括樁的類型、布設(shè)方案、預(yù)應(yīng)力方案等，并經(jīng)過相關(guān)部門審核。最后，根據(jù)設(shè)計要求，準(zhǔn)備所需的預(yù)應(yīng)力混凝土管樁、預(yù)應(yīng)力鋼筋、混凝土等施工材料。

2.2施工準(zhǔn)備階段

對施工現(xiàn)場進(jìn)行布置，包括清理場地、劃定施工范圍、搭建施工臨時設(shè)施等[6]。同時，對施工所需的機(jī)械設(shè)備進(jìn)行調(diào)試和檢測，確保設(shè)備正常運轉(zhuǎn)，并對施工人員進(jìn)行安全培訓(xùn)和技術(shù)培訓(xùn)，使其熟悉施工流程和操作規(guī)程。

2.3樁基施工階段

根據(jù)設(shè)計要求，在施工現(xiàn)場進(jìn)行孔洞鉆探，確定樁孔位置和深度。按設(shè)計位置進(jìn)行沉樁，對樁基進(jìn)行防腐、防水等防護(hù)工程，以延長樁體的使用壽命和穩(wěn)定性。完成樁基施工后，進(jìn)行質(zhì)量驗收，檢測樁體的尺寸、強(qiáng)度等，評估施工質(zhì)量。對施工現(xiàn)場進(jìn)行清理和整理工作，清除施工廢料和設(shè)備，恢復(fù)場地原貌。做好施工記錄和檔案管理工作，記錄施工過程中的關(guān)鍵參數(shù)和數(shù)據(jù)。通過科學(xué)規(guī)劃、嚴(yán)格施工和有效控制，可以保證施工工藝的順利進(jìn)行和質(zhì)量可控，從而為高速公路軟土地基的加固提供了可靠的技術(shù)支撐。

3預(yù)應(yīng)力管樁承載機(jī)理的分析

3.1豎向荷載下單樁承載機(jī)理的分析

樁端阻力主要通過樁底摩阻和端阻力來傳遞。軟土地基中，樁底的摩阻力通常較小，而樁端的端阻力則是主要的承載來源之一。側(cè)摩阻力是樁身表面與土體之間的摩擦力，其大小與土體的性質(zhì)、樁身形狀和尺寸等因素密切相關(guān)。

單樁施加豎向荷載后，土體將產(chǎn)生側(cè)向變形，導(dǎo)致土體對樁身的側(cè)向約束，進(jìn)而增加了樁體的承載能力。在工程實踐中，在不同的土質(zhì)條件下承載方式會有所不同。

在砂土地基中，預(yù)應(yīng)力管樁的承載方式主要是樁端阻力。在砂土地基中，樁端的阻力往往較大，主要承擔(dān)樁身的承載。由于砂土的排水性能較好，樁端阻力的傳遞相對較為直接和有效。而且，由于砂土的顆粒間隙相對較大，側(cè)摩阻力往往相對較小，不如樁端阻力對承載起主導(dǎo)作用。

在黏土地基中，預(yù)應(yīng)力管樁的承載方式與砂土地基有所不同，樁身摩阻力更加突出。由于黏土的黏性較大，樁身表面容易與土體產(chǎn)生黏結(jié)，因此，樁身的摩阻力在黏土地基中往往起著重要作用。黏土的流變性較強(qiáng)，樁端的阻力通常相對較小，但在特定情況下仍可能起到一定的作用。

在淤泥地基中，預(yù)應(yīng)力管樁的承載方式受到淤泥的特殊性影響，樁身的側(cè)摩阻力往往是主要的承載方式。由于淤泥的流變性和含水量較高，樁端阻力相對較小。由于淤泥地基的流變性，樁端的阻力相對較弱，因此，在設(shè)計中，需要特別考慮樁身的側(cè)摩阻力。

3.2單樁承載力影響因素的分析

單樁承載力是指單根樁在地基中所能承受的最大荷載，其大小受多種因素的影響。

3.2.1地層條件

不同類型的土壤對單樁承載力有不同的影響，一般來說，堅硬的巖石地層下的單樁承載力較大，而軟弱的土壤地層下的承載力較小。土層厚度對單樁承載力有顯著影響，當(dāng)土層較薄時，樁端可能直接承受較大的荷載；當(dāng)土層較厚時，樁身的摩阻力會起到更大的作用。

3.2.2樁的幾何形狀

樁的直徑和長度是影響單樁承載力的重要參數(shù)，一般來說，直徑較大和長度較長的樁具有更大的承載力。在相同地層條件下，不同形狀的樁的承載力可能存在差異。

3.2.3樁與土體之間的相互作用

樁端的阻力是單樁承載力的重要組成部分，受土層的類型和密實度、樁底形狀等因素影響。樁身與土體之間的側(cè)摩阻力也對承載力有重要影響，受樁身表面形狀和土壤的黏性等因素影響較大。

3.2.4荷載性質(zhì)

不同類型的荷載對單樁承載力的影響有所不同，靜載和動載下樁的承載特性可能存在差異。荷載的大小和作用方式對單樁承載力的影響明顯，不同大小和不同作用方式的荷載可能導(dǎo)致樁的不同承載特性。

3.3靜壓樁沉樁機(jī)理的分析

靜壓樁是一種常用的樁基施工方法，用于加固土體、傳遞荷載或改善地基。

其沉樁工藝通常包括以下幾個步驟：（1）在樁位上開挖樁孔，并進(jìn)行清理和加固處理，以確保樁孔的穩(wěn)定并符合設(shè)計要求；（2）通過吊裝設(shè)備將預(yù)制好的樁身準(zhǔn)確地放置到樁孔中，并進(jìn)行水平和垂直定位；（3）通過靜壓設(shè)備施加垂直向下的力，使樁身逐漸沉入土層中；（4）在沉樁過程中，進(jìn)行實時監(jiān)測，包括樁身下沉速度、沉樁深度、樁身垂直度等參數(shù)，以及土層的反力和變形情況；（5）當(dāng)樁身沉入設(shè)計要求的深度后，停止施加靜壓力，完成樁基的沉樁工藝。

沉樁過程中，需要注意以下幾個關(guān)鍵點：（1）控制施加的靜壓力和沉樁速度，以避免過快或過慢的沉樁速度對土層和樁身造成損害；（2）實時監(jiān)測沉樁過程中的各項參數(shù)，并及時調(diào)整施工參數(shù)；（3）在沉樁過程中，要嚴(yán)格控制樁身的垂直度，確保樁身沉入土層的垂直度滿足設(shè)計要求。

4結(jié)語

本文對預(yù)應(yīng)力混凝土管樁在軟土地基中的應(yīng)用進(jìn)行研究和分析。結(jié)果表明：（1）單樁在豎向荷載作用下的承載機(jī)理主要受樁身自重和土體側(cè)向土壓力的影響，通過預(yù)應(yīng)力技術(shù)，可以增強(qiáng)樁體的抗彎能力、提高承載能力；（2）影響單樁承載力的主要因素包括樁徑、樁長、預(yù)應(yīng)力水平等，其中，樁徑和樁長是影響承載力的關(guān)鍵因素；（3）靜壓樁通過外部靜壓力將樁體沉入土體中，形成摩擦阻力和端阻力，從而提高樁體的承載能力。

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