肖文輝，李 敏

(湖北省城建設(shè)計院股份有限公司，湖北 武漢 430051)

1 PHC管樁樁網(wǎng)結(jié)構(gòu)及其加固機理

本文通過PHC管樁樁網(wǎng)結(jié)構(gòu)在二(連浩特)廣(州)高速公路懷集至三水段某橋頭路段實際工程中的應(yīng)用，對其加固處理深厚軟土路基進行了詳細的計算分析，并通過現(xiàn)場測試加以驗證，可為類似工程提供指導。

PHC管樁即預應(yīng)力高強度混凝土管樁，與普通預應(yīng)力混凝土樁相比，具有快速施工，對周圍環(huán)境擾動小，質(zhì)量容易控制、工后沉降較小，且大部分沉降發(fā)生在施工期等特點[1]。樁網(wǎng)結(jié)構(gòu)路基中的網(wǎng)是指與土體共同作用的工程材料，具備加筋補強、均布應(yīng)力、提高承載力、減少沉降等功能。參考文獻[2-3]，可將PHC管樁樁網(wǎng)結(jié)構(gòu)體系分為：路堤填土、加筋墊層、樁土加固區(qū)以及加固區(qū)下的天然軟土層或持力層。樁網(wǎng)復合地基包括豎向增強體和水平增強體，其核心部分是樁和加筋墊層。加筋墊層位于路堤填土之下、樁頭之上，是由級配砂石與網(wǎng)共同組成的均勻壓密的柔性過渡層，在工作過程中主要承受拉力并將上部荷載傳遞給下部樁土復合地基，樁土加固區(qū)是設(shè)置于地基土中的PHC管樁與土組成的樁土復合地基[4]。

2 PHC管樁樁網(wǎng)結(jié)構(gòu)設(shè)計方法總結(jié)

2.1 加筋墊層的設(shè)計

加筋墊層作為一種水平增強加固體系，其主要目的是保證樁土共擔荷載，將上部荷載能有效地傳遞到樁頂。加筋墊層與周圍土體之間的摩阻力對地基表面的側(cè)限作用，可改變地基中應(yīng)力場和位移場的分布，從而保證地基的穩(wěn)定。

2.1.1 墊層材料的選取

軟弱土中的樁網(wǎng)復合地基，其加筋體在滿足強度要求的同時還需具備一定的延伸性能，抗拉剛度過高易造成墊層剛度過大從而產(chǎn)生應(yīng)力集中現(xiàn)象。墊層的設(shè)計指標宜通過試驗確定。

2.1.2 加筋墊層承載力計算

加筋墊層的承載力特征值應(yīng)通過載荷試驗確定，初步設(shè)計時可按式(1)[5]確定：

(1)

式中，fspk1為加筋墊層承載力特征值；S為樁間距；Zn為加筋墊層厚度；θ為壓力擴散角；fsk為加固后樁間土承載力特征值，按當?shù)亟?jīng)驗取值，如無經(jīng)驗時可取天然地基承載力特征值；n為加筋體的層數(shù)；Tr為應(yīng)變?yōu)?%時對應(yīng)的加筋體拉力，無相關(guān)資料時宜通過張拉試驗曲線確定；δ為加筋體拉力方向與樁頂水平面的夾角；φ為墊層填料的內(nèi)摩擦角。

2.2 地基承載力分析

2.2.1 單樁承載力計算

單樁豎向承載力特征值應(yīng)通過現(xiàn)場載荷試驗確定，初步設(shè)計時可按式(2)進行估算：

(2)

式中，qsi為第i層土的樁側(cè)摩阻力特征值；qp為樁端土承載力特征值；Ap為樁的截面積；li為樁周第i層土的厚度；n為樁身范圍內(nèi)的土層數(shù)。

2.2.2 復合地基承載力計算

剛性樁復合地基的承載力特征值應(yīng)通過現(xiàn)場復合地基載荷試驗確定，初步設(shè)計也可按式(3)估算：

fspk=mRa/Ab+β(1-m)fak

(3)

式中，m為復合地基按樁帽面積計算得到的置換率；Ra為單樁豎向承載力特征值；Ab為樁帽面積；β為樁間土的承載力折減系數(shù)；fak為處理后樁間土承載力特征值，宜按當?shù)亟?jīng)驗取值，無經(jīng)驗時可取天然地基承載力特征值。

2.3 路基沉降計算

總沉降s由加固區(qū)變形s1和下臥層變形s2組成，可采用分層總和法計算變形量：

(4)

式中，n1為加固區(qū)分層數(shù)；n2為總分層數(shù)；pi為第i層土平均附加應(yīng)力增量；Esci為第i層復合土體土的壓縮模量；hi為第i層土的厚度；ψs為沉降計算經(jīng)驗修正系數(shù)，根據(jù)當?shù)爻两涤^測資料及經(jīng)驗確定，也可按表1確定。

表1 沉降計算經(jīng)驗系數(shù)表

3 PHC管樁樁網(wǎng)結(jié)構(gòu)在工程實踐中的應(yīng)用

3.1 工程概況

二(連浩特)廣(州)高速公路(粵境)懷集至三水段路線經(jīng)過河流沖積平原地貌，軟土發(fā)育。本路段軟土路基主要分布于北江至上洲仔埡口及龍江至終點段，地表魚塘密布，軟土埋深一般在2～6 m，軟土層厚多在10～25 m，局部路段埋深達40 m左右，軟土層中多含有砂層和薄粉質(zhì)黏土層或淤泥與砂互層狀分布。

以K17+706～K17+747橋頭段為試驗段，路基頂面寬33.5 m，路堤填高7 m，邊坡坡率1∶1.5。根據(jù)地勘報告，土體具體參數(shù)如表2所示。在收集國內(nèi)軟基處理成功經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，考慮本項目軟土特點，從工程地質(zhì)條件、施工條件和質(zhì)量管控等方面考慮，軟基處理方案擬定采用PHC管樁樁網(wǎng)復合地基。

表2 各土層物理力學性質(zhì)指標

3.2 樁網(wǎng)結(jié)構(gòu)布置

選取監(jiān)控K17+710斷面來進行計算。斷面路基結(jié)構(gòu)包括下部軟基部分和上部路堤部分。

具體構(gòu)成如圖1所示。

圖1 預應(yīng)力管樁加固斷面圖

樁網(wǎng)復合地基設(shè)計參數(shù)如下：本次設(shè)計采用PHC-A300-70型預應(yīng)力管樁，樁徑30 cm，壁厚7 cm。管樁混凝土抗壓強度為C80，樁長26 m，樁徑0.3 m，樁間距2 m，正方形布置；樁帽(1.0 m×1.0 m×0.30 m)，采用C25鋼筋混凝土參數(shù)取值。樁帽頂設(shè)置級配碎石墊層，夾鋪2層土工格柵，土工格柵采用CATT60型鋼塑土工格柵，第1層位于樁帽頂端，第2層位于樁帽上25 cm，加筋墊層總共厚50 cm。

3.3 理論計算

通過以上相應(yīng)公式計算得出：加筋墊層承載力fspk1=191.3 kPa；單樁承載力Ra=625.6 kN；復合地基承載力載力fspk=165.9 kPa；車輛荷載及路基填土荷載經(jīng)計算取pk=155 kPa

pk≤fspk≤fspk1

承載力滿足要求。

路基工后沉降計算：s=4.9 cm

3.4 單樁靜載試驗

為了檢驗設(shè)計及樁基的施工質(zhì)量，進一步了解樁-網(wǎng)結(jié)構(gòu)在加荷過程中的受力狀態(tài)，校驗設(shè)計思路，在試驗段管樁施工完成后進行了單樁承載力靜載試驗。3根樁靜載試驗的Q-S曲線見圖2。

圖2 樁-網(wǎng)結(jié)構(gòu)單樁靜載試驗結(jié)果

從圖2可知，單樁的Q-s曲線為一緩變型曲線，曲線前半部分近似為一斜直線，表明樁頂受力與沉降呈線性關(guān)系，隨著荷載繼續(xù)增大接近樁基的極限承載力時，位移增長明顯加快，曲線的后半部分曲率變化較為明顯，但沒有出現(xiàn)明顯的破壞點，說明樁有良好的變形協(xié)調(diào)能力和承載能力。

由圖2還可以得出承壓板累計沉降量最大值為8.63 cm，殘余沉降量最大值為4.57 cm。試驗結(jié)果表明單樁承載力滿足要求，且在最大試驗荷載的作用下樁體最大沉降值也不超過10 cm，滿足工后沉降要求。

單樁靜載試驗結(jié)果見表3。

表3 樁網(wǎng)結(jié)構(gòu)單樁荷載試驗結(jié)果

4 結(jié) 論

綜上所述，將樁網(wǎng)復合地基設(shè)計分為加筋墊層設(shè)計和復合地基設(shè)計，并經(jīng)單樁靜載試驗檢驗，樁網(wǎng)結(jié)構(gòu)受力變形特征符合預期，樁網(wǎng)復合地基設(shè)計方案合理有效?？蔀橥愋偷能浲谅坊庸淘O(shè)計和施工提供借鑒和參考。

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