仇振宇

（同濟(jì)大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院（集團(tuán)）有限公司，上海市，200092）

0 引言

為提高地基承載力、減少道路由于基礎(chǔ)的不均勻沉降而引起的病害問(wèn)題，在軟土地質(zhì)發(fā)育的地區(qū)，公路及市政道路的建設(shè)往往需要優(yōu)先對(duì)于軟弱土層進(jìn)行處理，尤其是路橋銜接路段，對(duì)于基礎(chǔ)的處理能有效地防止或延緩“橋頭跳車”現(xiàn)象的出現(xiàn)。

目前，對(duì)于深厚層軟土地基的處理方法主要有排水固結(jié)法、水泥粉煤灰碎石樁（CFG樁）及水泥土攪拌樁等方法。其中，排水固結(jié)法的預(yù)壓期較長(zhǎng)，對(duì)于對(duì)工期要求較短的工程適用性較差；水泥粉煤灰碎石樁與水泥土攪拌樁等受施工工藝、施工機(jī)械，以及土壤有機(jī)質(zhì)含量等因素影響，在深厚、復(fù)雜軟土地基中成樁難度比較大，而且成樁質(zhì)量不高，即便在施工中采取特殊的施工工藝，也會(huì)頻繁出現(xiàn)斷樁、徑縮等不良現(xiàn)象[1]。

我國(guó)東部、南部沿海省份是我國(guó)深層軟土地基分布最廣泛的地區(qū)。如何更好地處理軟土地基，以減少道路病害的發(fā)生既是城市建設(shè)的現(xiàn)實(shí)需求，也是經(jīng)濟(jì)發(fā)展的有效保證。本文以沈海高速公路泉州機(jī)場(chǎng)連接線工程為實(shí)例，來(lái)分析預(yù)應(yīng)力混凝土管樁（PC管樁）在深層軟土地基路橋銜接段基礎(chǔ)處理中的應(yīng)用。

1 工程概況

1.1 項(xiàng)目概況

沈海高速公路泉州機(jī)場(chǎng)連接線是福建省晉江市路網(wǎng)規(guī)劃中南北向重要的骨架道路之一，既是晉江機(jī)場(chǎng)客貨運(yùn)集散的主要通道，也是新增沈海高速公路池店出入口的主要集散道路之一，還是晉江北部、江南池店組團(tuán)內(nèi)部最重要的交通性主干路，越江交通的重要集散道路。

道路等級(jí)為一級(jí)公路，同時(shí)兼具城市交通性主干路功能，紅線寬度60 m，計(jì)算行車速度為主線60 km/h，輔道40 km/h。道路全線分成高架段及地面段兩部分，其中，深層軟土地基主要分布于地面段部分。該項(xiàng)目地面段道路橫斷面為雙幅路結(jié)構(gòu)，具體布置為：7 m（人非共板）+19 m（機(jī)動(dòng)車道）+8 m（中央分隔帶）+19 m（機(jī)動(dòng)車道）+7 m（人非共板）=60 m。

1.2 地質(zhì)概況

擬建道路沿線地貌單元為坡殘積臺(tái)地向海積階地過(guò)渡，沿線地形起伏較大。其中，地面段沿線均為海積階地。該項(xiàng)目K4+220處路橋銜接段上部覆蓋層主要為雜填土（Qml）、海積層粉質(zhì)粘土淤泥及中砂下伏為燕山早期侵入的花崗巖及其風(fēng)化帶?，F(xiàn)分述如下。

雜填土①1（Qml）：灰褐色，松散，以回填的建筑垃圾為主，回填的時(shí)間短，未經(jīng)過(guò)專門的壓實(shí)處理，厚度為1.00～2.80 m。

粉質(zhì)粘土②（Q4m）：灰黃色，軟塑-可塑狀，天然含水量為27.3%，孔隙比為0.832，以粘粉粒為主，含少量的細(xì)顆粒，,干強(qiáng)度中等，中等韌性，無(wú)搖振反應(yīng)，海積而成，厚度為0.90～2.60 m。

淤泥③（Q4m）：灰色，深灰色，流塑狀，天然含水量為54.2%，孔隙比為1.637，含多量的有機(jī)質(zhì)及一些腐植質(zhì)，局部夾有薄層粉細(xì)砂，干強(qiáng)度高，高韌性，無(wú)搖振反應(yīng)，海積而成，層頂標(biāo)高為0.40～3.77 m，厚度為0.90～19.70 m。

中砂④（Q4m）：淺黃色，黃色，松散，局部稍密，飽和，含少量的粉細(xì)砂、泥質(zhì)，厚度為0.70～9.60 m。

地基承載力基本容許值見(jiàn)表1所列。

表1 各層地基承載力基本容許值一覽表

1.3 技術(shù)方案分析

項(xiàng)目所在地由于處于深層軟土地基廣泛分布地區(qū)，“橋頭跳車”現(xiàn)象一直是影響當(dāng)?shù)氐缆菲焚|(zhì)及交通安全的重要因素。根據(jù)當(dāng)?shù)匾酝こ探?jīng)驗(yàn)，路橋銜接段基本采用CFG樁或水泥攪拌樁進(jìn)行處理，這兩種處理方式都有著工程經(jīng)濟(jì)性好、施工周期短的特點(diǎn)，但由于處理深度有限，以及軟土本身性質(zhì)影響，在一些區(qū)域處理效果并不理想，無(wú)法有效地減緩工后沉降的產(chǎn)生，竣工幾年后“橋頭跳車”現(xiàn)象依然會(huì)產(chǎn)生。因此，該項(xiàng)工程采用PC管樁對(duì)深層軟土地基處路橋銜接路段進(jìn)行處理。

2 PC管樁技術(shù)特點(diǎn)

PC管樁是采用先張法預(yù)應(yīng)力工藝和離心成型制成的一種空心圓筒狀混凝土預(yù)制構(gòu)件[2]。PC管樁有如下優(yōu)點(diǎn)：（1）單樁承載力較高，PC管樁樁身混凝土強(qiáng)度等級(jí)不低于C60，且PC管樁一般以密實(shí)的砂層及強(qiáng)風(fēng)化層作為持力層，進(jìn)入持力后，由于樁尖的擠壓作用，可有效地提高樁端承載力；（2）PC管樁規(guī)格多樣，接長(zhǎng)方便，可在施工現(xiàn)場(chǎng)根據(jù)地質(zhì)條件的變化調(diào)整樁長(zhǎng)，節(jié)省用樁的數(shù)量；（3）運(yùn)輸施工方便，施工速度快、工效高，樁的穿透力強(qiáng)，樁身質(zhì)量檢測(cè)方便，可靠性高。

3 工程方案及沉降觀測(cè)分析

3.1 工程方案

該工程PC管樁處理范圍為九十九溪大橋北側(cè)（K4+193.307～K4+233.307），樁身混凝土強(qiáng)度等級(jí)不低于C60，直徑為400 mm，壁厚75 mm，在平面呈矩形布置，沿道路中心線縱向樁間距2.0～2.5 m，橫向樁間距2.0 m，樁端持力層選用中砂層，樁長(zhǎng)以穿透持力層不小于1.0 m控制，樁頂設(shè)置樁帽，樁帽頂部設(shè)置60 cm碎石加一層鋼塑土工格柵的褥墊層。

3.2 單樁承載力特征值計(jì)算

式中：up為樁周長(zhǎng)，m；n為樁長(zhǎng)范圍內(nèi)所劃分的土層數(shù)；qsi為第i層土的樁側(cè)摩阻力特征值，kPa；qp為樁端土承載力特征值，kPa；a為柔性樁樁端天然地基土的承載力折減系數(shù)；li為第i層土的厚度，m；Ap為樁的截面積，m2。

計(jì)算：Ra=π×0.4×（40×1.5+10×16.4+50×1.1）+2500×π×0.22≈650（kN）

3.3 復(fù)合地基承載力特征值計(jì)算

式中：fsp為復(fù)合地基承載力特征值，kPa；m為PC管樁面積置換率；Ra為單樁豎向承載力特征值，kN；Ap為樁截面積，m2；fsk為處理后樁間土的承載力特征值，kPa；β為樁間土的承載力折減系數(shù)，不考慮樁間軟土作用時(shí)可取0，樁間為硬土?xí)r可取0.1～0.4，樁間為硬土?xí)r可取 0.5～1.0。

計(jì)算得復(fù)合地基承載力特征值fsp=192 kPa。

根據(jù)上述理論計(jì)算結(jié)果，處理后地基承載力較處理前顯著提高，滿足工程設(shè)計(jì)要求。

3.4 沉降觀測(cè)

為檢驗(yàn)PC管樁對(duì)于控制路基工后沉降的作用，該工程在PC管樁施工的同時(shí)，在路基兩側(cè)及中線處分別設(shè)置沉降盤，對(duì)不同時(shí)期路基的沉降進(jìn)行觀測(cè)，表2為路基填土高度、填筑時(shí)間與沉降量的觀測(cè)記錄數(shù)據(jù)一覽表。

通過(guò)理論計(jì)算與沉降觀測(cè)（見(jiàn)圖1），該工程選用PC管樁處理方案達(dá)到預(yù)期處理效果。因此，該處理方案在該工程基礎(chǔ)處理中較為合理。

4 結(jié) 語(yǔ)

預(yù)應(yīng)力混凝土管樁（PC管樁）在深層軟土地基路橋銜接段基礎(chǔ)處理上較排水固結(jié)法、水泥粉煤灰碎石樁（CFG樁），以及水泥土攪拌樁等傳統(tǒng)處理方式優(yōu)勢(shì)明顯，且處理效果更優(yōu)于傳統(tǒng)處理方式，尤其是對(duì)工后沉降的控制，更是有著傳統(tǒng)處理方式無(wú)法比擬的效果。其成樁質(zhì)量可靠、施工周期短、處理效果顯著的特點(diǎn)將隨著在不同工程中的推廣應(yīng)用，進(jìn)一步得到凸顯。因此，隨著工程經(jīng)驗(yàn)的累計(jì)，通過(guò)更加合理的設(shè)計(jì)選型、處理方案的選定，以及不斷完善施工期間的良好組織控制，預(yù)應(yīng)力混凝土管樁（PC管樁）在公路，以及市政道路的建設(shè)中的應(yīng)用必定會(huì)更加廣泛。

表2 填土高度-填筑時(shí)間-沉降量觀測(cè)數(shù)據(jù)一覽表

圖1 填土高度-填筑時(shí)間-沉降曲線圖