盧士波 呂利芹

1.中國市政工程中南設(shè)計(jì)研究總院有限公司 湖北 武漢 430010

2.武漢理工大學(xué)交通學(xué)院 湖北 武漢 430063

1 前言

近些年，工業(yè)民用建筑在進(jìn)行樁基設(shè)計(jì)時(shí)，普遍采用了預(yù)應(yīng)力管樁，這是由于此軟基處置方式不僅施工工藝簡單、速度快、造成的環(huán)境污染小、比樁基更實(shí)惠實(shí)用，而且還能將上部荷載分?jǐn)傆晒軜逗蜆堕g土一起承擔(dān)，高效提升路基承載力，降低總的沉降量和工后沉降，提前阻止出現(xiàn)橋頭跳車等。管樁處置方法在處理軟基深且厚、路堤填土高的橋頭路段更具有顯著優(yōu)勢(shì)，故而最近幾年在東部沿海城市的市政道路工程中被普遍應(yīng)用和推廣。

2 預(yù)應(yīng)力管樁復(fù)合地基設(shè)計(jì)

2.1 預(yù)應(yīng)力混凝土管樁的特點(diǎn)

1、節(jié)能、環(huán)保、樁身質(zhì)量好。與施工現(xiàn)場制造的其它樁型相比，預(yù)應(yīng)力混凝土管樁是由工業(yè)化、程序化的工廠生產(chǎn)方式制造出來的，生產(chǎn)之前的材料都經(jīng)過了精挑細(xì)選，而管樁則是通過離心力成型和高溫養(yǎng)護(hù)而成，出產(chǎn)質(zhì)量檢查完備。

2、施工工藝簡便，工期較短。因樁身具有預(yù)應(yīng)力，運(yùn)輸起吊便捷，接樁采用電焊不耗時(shí)。此外，管樁搭配靈活，成樁長度可根據(jù)不同的地質(zhì)特征而選取，且成樁以后不需要進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，能較大的減短施工時(shí)間。

3、在市政道路中采用此種軟基處置方式，不僅能夠降低工程風(fēng)險(xiǎn)，還可以有效減少工后沉降。

2.2 預(yù)應(yīng)力混凝土管樁的受力機(jī)理

管樁在道路工程路堤中的應(yīng)用是借鑒“沉降控制復(fù)合樁基”在建筑工程中的應(yīng)用，這種地基處置方法的特點(diǎn)在于著重樁和樁間土一起承擔(dān)荷載，協(xié)調(diào)變形。管樁的樁與樁之間的距離較大，因此產(chǎn)生的群樁效應(yīng)不顯著，這樣便能充足利用樁身的側(cè)向阻力和端部阻力，樁土聯(lián)合作用，使得單樁的承載能力變大。在樁的頂部還設(shè)有樁帽，每個(gè)樁帽上面的土體可以構(gòu)成土拱，由此形成的土拱效應(yīng)可以用來支撐路堤頂部，且可以引導(dǎo)樁帽底部的土體一起承力。樁、土和網(wǎng)一起發(fā)揮協(xié)同作用，構(gòu)成樁網(wǎng)復(fù)合地基，路堤上部荷載經(jīng)過褥墊層傳遞給管樁，從而由樁帽頂及樁間土一起承擔(dān)荷載，構(gòu)成剛性樁復(fù)合地基。

2.3 工程概況

本項(xiàng)目道路等級(jí)為城市主干路，建設(shè)場地屬長江漫灘地貌單元，本次設(shè)計(jì)起點(diǎn)位于繞越高速，終點(diǎn)位于九鄉(xiāng)河路，路線全長626.894m。場區(qū)孔口標(biāo)高在6.67～10.15米，最大高差3.48米，整個(gè)場地地勢(shì)較為平坦。擬建道路沿線淺部均分布有2-2層軟弱土體，空間分布欠穩(wěn)定，厚度變化大，含水率大，壓縮性高，強(qiáng)度低，具較高的流變、觸變性，在長期豎向荷載作用下，易產(chǎn)生較大的不均勻沉降，從而導(dǎo)致擬建道路路面開裂。經(jīng)比選決定采用預(yù)應(yīng)力混凝土管樁作為軟基處理方案。

2.4 預(yù)應(yīng)力混凝土管樁設(shè)計(jì)

根據(jù)上述的預(yù)應(yīng)力混凝土管樁工作原理，本項(xiàng)目管樁采用矩形布置的形式，縱向布置范圍為橋頭20m，過渡段40m；橫向布置范圍為路基破腳。橋頭段間距4m，過渡段間距3.5m，管徑為40cm，壁厚9.5cm，設(shè)計(jì)長度16m。樁身采用C60砼，樁帽采用C30砼，樁帽尺寸為1.4×1.4×0.4m，路基地面與樁頂之間換填碎石土，樁帽上設(shè)50cm碎石墊層與2層鋼塑復(fù)合土工格柵。

（1）承載力驗(yàn)算

設(shè)計(jì)時(shí)未開展靜載作用下的單根預(yù)應(yīng)力混凝土管樁豎向承載性能試驗(yàn)，因此取0.5倍的豎向極限承載力計(jì)算，如下：將上面計(jì)算出來的值代入復(fù)合地基承載力計(jì)算式，即：

（2）管樁樁型的確定

依據(jù)（1）中得到的承載力，查閱相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)（《10SG409》），選取樁基工作條件系數(shù)為0.6。再由反推得出Ap，從而確定項(xiàng)目所用管樁的樁型。

（3）復(fù)合地基沉降計(jì)算

計(jì)算沉降時(shí)，因樁長范圍內(nèi)產(chǎn)生的沉降非常小，可不計(jì)算，只需考慮加固層向下的附加應(yīng)力分布和變形即可，計(jì)算方法采用分層總和法。以橋頭路段路基處理為計(jì)算案例，其路基承載力及穩(wěn)定性能均滿足要求。施工期結(jié)束后，計(jì)算得到路段產(chǎn)生的沉降為3.7厘米，通車20年以后為12.1厘米，則工后沉降為8.4厘米，完全滿足路基規(guī)范要求，且遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于規(guī)范給出的限值。

（4）樁長與樁間距的經(jīng)濟(jì)組合

設(shè)地基處理面積是A，樁長是L，置換率是m，樁徑是D，樁間距是S，處理后的工后沉降剛好滿足規(guī)范要求。假如每延米樁長的造價(jià)是C，那么地基處理費(fèi)用F如下：

當(dāng)樁型確定時(shí)，那么C就是定值。如果想要使得地基處理費(fèi)用花費(fèi)最少，L/S2則最小，也就是達(dá)到工后沉降要求、當(dāng)樁長與樁間距平方的比值最小時(shí)的樁長與樁間距的組合就是經(jīng)濟(jì)組合。

3 結(jié)論

（1）預(yù)應(yīng)力混凝土管樁樁身強(qiáng)度較大，在持力層發(fā)揮支撐性能，從本質(zhì)上減少了工后沉降。分析項(xiàng)目現(xiàn)場觀測數(shù)據(jù)可知橋頭段路基產(chǎn)生的沉降非常小，甚至沒有，表明處置效果良好，設(shè)計(jì)方法可行，對(duì)今后軟基處理工程起到一定的指導(dǎo)作用。

（2）盡管預(yù)應(yīng)力管樁抗壓性能較好，但其抗剪性能卻差，應(yīng)用在工程中要揚(yáng)長避短，保證樁基兩側(cè)的土壓力平衡，防止產(chǎn)生較大的人為基坑或邊坡。