曹玉龍

(湖南省高速公路集團(tuán)有限公司，湖南 長(zhǎng)沙 410000)

0 引 言

湖南省南縣至益陽(yáng)高速公路位于我省北部，我國(guó)的洞庭湖平原區(qū)，洞庭湖是我國(guó)的第二大淡水湖。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，近年來(lái)開(kāi)始在洞庭湖平原區(qū)建設(shè)高速公路的步伐也逐步加快，但隨之而來(lái)也暴露了許多技術(shù)難題，如深軟基處理、湖區(qū)橋頭跳車(chē)處理等。結(jié)合工程實(shí)體，對(duì)湖區(qū)橋頭軟土地基處治進(jìn)行了探索，并提出了相關(guān)處治建議。

1 工程概況

湖南省南縣至益陽(yáng)高速公路第六合同段起點(diǎn)位于茅草街鎮(zhèn)樂(lè)園村，路線(xiàn)沿南北布線(xiàn)，在K37+450樂(lè)園村附近跨越省道S202后，路線(xiàn)偏向西南展布，接澧水勝天特大橋，跨澧水，起訖樁號(hào)為K36+681～K40+398.96，全長(zhǎng)3 717.96 m。該合同段K37+075.5樂(lè)園村1#中橋兩端橋頭覆蓋層厚度大，上部為全新統(tǒng)Q4地層，以粉質(zhì)黏土、淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、砂紋淤泥質(zhì)土、粉砂、礫砂等為主，其厚度大，承載力低，不能直接作為構(gòu)筑物持力層；覆蓋層下部主要為上更新統(tǒng)Q3地層，主要為中密圓礫層。

2 設(shè)計(jì)方案合理性分析

樂(lè)園村1#中橋橋頭軟土地基施工圖設(shè)計(jì)方案采用管樁處治，管樁間距2.4 m，樁長(zhǎng)15.0 m，矩形布置。管樁作為一種剛性樁，與樁周?chē)馏w一起組成復(fù)合地基，樁土共同工作。主要應(yīng)用于房地產(chǎn)建設(shè)、公路建設(shè)、鐵路建設(shè)、港口碼頭建設(shè)、機(jī)場(chǎng)建設(shè)和水上工程建設(shè)等領(lǐng)域。

管樁造價(jià)較高，施工樁長(zhǎng)不易與地層變化相協(xié)調(diào)，導(dǎo)致截樁浪費(fèi)較多。樁長(zhǎng)超過(guò)12 m需要焊接連接，由于采用焊接方式延伸樁長(zhǎng)，連接質(zhì)量不易控制。靜壓樁機(jī)自重太大，相當(dāng)笨重，對(duì)原狀土的擾動(dòng)較大，施工路堤的邊角地帶是需加寬碎石墊層的寬度，進(jìn)出場(chǎng)地時(shí)對(duì)道路要求較高。若墊層較薄時(shí)，樁機(jī)將會(huì)下陷，同時(shí)擠壓成樁，造成成樁的損壞，給成樁保護(hù)造成很大的威脅。

3 方案優(yōu)化

據(jù)實(shí)地調(diào)查、鉆探揭露及區(qū)域工程建設(shè)勘察資料綜合分析，路線(xiàn)走廊帶發(fā)育的特殊性巖土為軟土，主要表現(xiàn)為淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、砂紋淤泥質(zhì)土。根據(jù)鉆探及靜力觸探孔資料分析，場(chǎng)地軟弱土層呈軟塑狀為主，具高壓縮性、強(qiáng)度低、透水性差、靈敏度高等特點(diǎn)。

根據(jù)場(chǎng)地的工程地質(zhì)條件及相關(guān)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，PCC樁(即現(xiàn)澆大直徑薄壁樁)是一種軟土地基處理新技術(shù)，吸收了預(yù)應(yīng)力管樁和振動(dòng)沉管樁等技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)。該管樁樁身強(qiáng)度高，直徑大，有效加固深度可達(dá)30 m以上，施工工藝簡(jiǎn)單，可操作性強(qiáng)，便于質(zhì)量控制、監(jiān)督，單樁承載力高而造價(jià)又相對(duì)較低，且在常規(guī)的沉管灌注樁機(jī)械的基礎(chǔ)上進(jìn)行改造，采取振動(dòng)沉模，自動(dòng)排土、現(xiàn)場(chǎng)灌注混凝土而成管樁，在施工過(guò)程中通過(guò)振動(dòng)、擠壓和排土等作用，可使樁間土進(jìn)一步密實(shí)，與管樁相比處治效果更好，故提出對(duì)原有橋臺(tái)兩端軟土地基采用PCC樁處治，具體方案如下。

PCC樁混凝土強(qiáng)度為C20，外徑100 cm，壁厚10 cm，間距3.0 m，考慮到下臥硬塑黏土可以作為持力層，因此擬定樁長(zhǎng)13.0 m，樁端深入下臥硬塑黏土，樁基呈梅花形布置。

PCC樁施工完畢后，在樁頂上設(shè)置40 cm厚砂礫墊層，墊層上鋪設(shè)雙向土工格柵，在路基施工到位后，路床頂面實(shí)施等載預(yù)壓，盡量降低工后沉降。

4 工程地質(zhì)條件

工程場(chǎng)地地處湖區(qū)，軟土層厚，軟土范圍廣，其各地層上基本物理力學(xué)特性見(jiàn)表1所示，各土層情況自上而下分述如下。

5 PCC樁復(fù)合地基承載力計(jì)算

復(fù)合地基承載力計(jì)算參照《混凝土大直徑管樁復(fù)合地基技術(shù)規(guī)程》(JGJ/T 213—2010)、公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范(JTG D30—2015)、《公路路基施工技術(shù)規(guī)范》(JTGF10—2006)、《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》JGJ 79—2012等相關(guān)規(guī)范執(zhí)行。

表1 K37+075.5樂(lè)園村1#中橋橋臺(tái)處軟土體巖土參數(shù)表

該斷面路基頂寬度B=26 m，長(zhǎng)度L=50 m，路堤填土高度H=7.5 m，填料的平均比重度γ=20 kN/m3。

根據(jù)土層狀況，地基處理方案布置為：設(shè)計(jì)樁徑Φ=1 000 mm，壁厚100 mm，混凝土強(qiáng)度為C20，采用樁中對(duì)中中心間距為3.5 m，樁長(zhǎng)13.0 m，正三角形布置。

單樁極限承載力Quk=u∑qsiali+ξpqpaAp=

3.14×1 m×[40 kPa×0.7 m+25 kPa×9.6 m+45 kPa×1.8 m+70 kPa×0.9 m]+0.9×220 kPa×0.785 m2=1 450 kN(考慮清表土厚度為0.4 m)。

其中Ap=3.14×0.52=0.785m2，樁端土為硬塑黏土層ξp取0.9。

fspk=0.074×1 450 kN÷2÷0.785+0.8×(1-0.074)×140 kPa=172 kPa。

車(chē)輛動(dòng)載換算成1 m填土厚度，復(fù)合地基上總荷載p=γH=20 kN/m3×8.5 m=170 kPa<172 kPa。

復(fù)合地基承載力滿(mǎn)足要求。

6 PCC樁復(fù)合地基沉降計(jì)算

沉降計(jì)算參照《混凝土大直徑管樁復(fù)合地基技術(shù)規(guī)程》(JGJ/T 213—2010)、公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范(JTG D30—2015)、《公路路基施工技術(shù)規(guī)范》(JTGF10—2006)、《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》JGJ 79—2012等相關(guān)規(guī)范執(zhí)行。

表2 PCC樁復(fù)合地基沉降計(jì)算表

表2中地基下臥層的深度從加固區(qū)底面即下臥層的頂面開(kāi)始計(jì)算，下臥層頂面的自重應(yīng)力為300 kPa。

S=ΨsS′=0.4×0.3539 m=0.141 m

由計(jì)算可知，采用PCC樁對(duì)軟土地基處理后，沉降滿(mǎn)足規(guī)范要求。

7 數(shù)值計(jì)算分析

計(jì)算采用Plaxis程序，它是由荷蘭開(kāi)發(fā)的大型巖土工程有限元設(shè)計(jì)計(jì)算軟件。Plaxis程序應(yīng)用性非常強(qiáng)，能夠模擬復(fù)雜的工程地質(zhì)條件，尤其適合于變形和穩(wěn)定分析。Plaxis程序能夠計(jì)算兩類(lèi)工程問(wèn)題，平面應(yīng)變問(wèn)題和軸對(duì)稱(chēng)問(wèn)題；本計(jì)算為平面應(yīng)變問(wèn)題。

計(jì)算斷面取自原地面以下深30 m，影響寬度65 m；路基頂寬度B=26 m，長(zhǎng)度L=50 m，路堤填土高度H=7.5 m。PCC樁地基處理方案布置為：設(shè)計(jì)樁徑1 000 mm，壁厚100 mm，混凝土強(qiáng)度為C20，采用樁中心間距為3.5 m，樁長(zhǎng)13.0 m，正三角形布置。

土層參數(shù)詳見(jiàn)地勘報(bào)告，計(jì)算結(jié)果如圖1、圖2、圖3所示。

通過(guò)數(shù)值分析結(jié)果可見(jiàn)，最終沉降量約13.8 cm，與規(guī)范公式計(jì)算結(jié)果14.1 cm相比偏差不大，且均滿(mǎn)足沉降變形要求；同時(shí)，路堤荷載大部分由樁基承擔(dān)，并可較好的傳遞到下臥層， 與理論公式計(jì)算的結(jié)果相比吻合性較好。

圖1 沉降變形云圖

圖2 應(yīng)力變化示意圖

圖3 平均應(yīng)力云圖

8 結(jié) 論

PCC樁是一種剛性樁地基，PCC樁可全樁發(fā)揮其摩阻力和端阻力，可以有效地提高復(fù)合地基的承載力和減小復(fù)合地基沉降及工后沉降，較好的滿(mǎn)足規(guī)范要求。PCC樁復(fù)合地基的沉降和壓縮變形主要發(fā)生在下臥層和表層樁間土內(nèi)，影響深度淺，深層土壓縮變形小，限制了軟土的側(cè)向變形，防止路基失穩(wěn)，可以大大提高填筑速度，縮短施工周期。故K37+075.5段樂(lè)園村1#中橋橋臺(tái)兩端軟土地基處理中應(yīng)用PCC樁技術(shù)是可行的。