劉兆鵬 張繼平 張印濤

【摘要】成都天府機場軟弱土厚度分布不均，填方高度不一，飛行區(qū)局部原碎石樁＋塑料排水板處理區(qū)沉降收斂緩慢。為評價預應力管樁對沉降緩慢區(qū)軟弱土處理的適用性、確定地基處理方案，開展了預應力管樁單樁承載特性現(xiàn)場試驗。試驗結果表明，預應力管樁單樁豎向承載力較高、樁身完整性好、質量可控，適用于原碎石樁＋塑料排水板處理區(qū)軟弱土的加固處理。同時，現(xiàn)場試驗為后續(xù)正式工程確定預應力管樁施工工藝和參數(shù)，制定單樁豎向承載力檢測標準等提供了依據(jù)。

【關鍵詞】軟弱土;預應力管樁;單樁承載力;現(xiàn)場試驗

【中圖分類號】 TU473.1＋1????????? 【文獻標志碼】 A

預應力管樁（以下簡稱"管樁"）根據(jù)樁身混凝土強度等級和主筋配筋形式可分為預應力高強混凝土管樁（簡稱 PHC 管樁）、混合配筋管樁（簡稱 PRC管樁）和預應力混凝土管樁（簡稱 PC管樁）[1]。管樁地基具有沉降變形小、質量易控制、施工速度快等優(yōu)點，在工業(yè)與民用建筑、公路等領域已廣泛應用[2]。

針對軟弱地基管樁單樁的承載特性和施工工藝亦有較多的研究。劉文慶[3]對 PHC管樁處理后的高速公路軟弱地基進行了沉降計算，驗證了其滿足規(guī)范要求;李文勇等[4]采用數(shù)學模型對安慈高速軟土地基管樁單樁極限承載力進行了預測，并與靜載試驗結果進行了對比;張聰[5]通過理論分析和數(shù)值模擬，結合現(xiàn)場載荷試驗，對超長 PHC管樁的豎向荷載傳遞規(guī)律進行了研究;謝澤華等[6]對管樁加固沿海高速公路軟土地基進行了設計計算，并結合數(shù)值模擬和現(xiàn)場載荷試驗，驗證了管樁加固軟土的有效性;宋文濤[7]針對管樁處理某高速公路軟土路基的研究表明，管樁在施工中會出現(xiàn)樁身開裂、棱角掉落、樁位偏斜等質量問題，施工前需提出防治措施，確保管樁的施工質量。

上述關于管樁的研究，均是針對特定區(qū)域的軟土進行的，因不同地區(qū)軟土性質、施工環(huán)境等均存在差異，特別是將管樁作為復合地基處理軟弱土，在機場道面區(qū)中的應用較少[8]，缺乏可參考的經驗資料。在進行大面積地基處理前，需通過現(xiàn)場試驗判斷其適用性，驗證設計參數(shù)，確定檢測指標等。本文通過現(xiàn)場試驗，評價管樁處理軟弱土的適用性，并為后續(xù)正式工程確定管樁施工工藝和參數(shù)，制定單樁豎向承載力檢測標準等提供依據(jù)。

1工程背景

成都天府機場本期飛行區(qū)工程包括新建西一、東一、北一跑道及相應的滑行道及站坪。工程場區(qū)屬淺丘寬谷地貌，場地高程大部分在420～470 m之間。場區(qū)內沖溝發(fā)育，沖溝面積占場區(qū)總面積的26.5%，沖溝內分布厚薄不均的軟弱土，軟弱土最厚達14.4 m，是沉降的主要地層。同時，填方區(qū)填方高度變化較大，下伏軟弱土容易產生不均勻沉降。

為減少工后沉降和工后差異沉降，飛行區(qū)道面影響區(qū)大面積采用以排水固結為主的碎石樁＋塑料排水板地基處理，在充分利用填方荷載預壓的同時，還進行了堆載預壓處理，以加速地基施工期沉降。因部分碎石樁＋塑料排水板處理區(qū)受場地條件影響，堆載預壓受限，施工期監(jiān)測資料顯示，上述區(qū)域沉降收斂緩慢，為保證工程質量和工程進度，需提前確定地基處理加固方案。因此，開展了管樁處理軟弱土單樁承載特性現(xiàn)場試驗。

2試驗方案

2.1試驗位置及概況

現(xiàn)場試驗位于擬建道肩區(qū)，尺寸為25 m×25 m，原設計采用碎石樁＋塑料排水板進行地基處理，填方高度9.8 m，堆載高度5.5 m。地基處理及土石方填筑前，該區(qū)域典型鉆孔揭露地層情況如下所述。

第①2層素填土：層底高程429.91 m，層厚0.6 m， 主要由黏土組成。第④1層粉質黏土：層底高程420.71 m，層厚9.2 m，軟塑。第⑧2層強風化泥質砂巖：層底高程417.31 m， 層厚3.4 m， 屬極軟巖。第⑨3層中等風化砂巖：層底高程414.01 m（勘察孔底底），層厚3.3 m，強度高。其中，軟弱土層為④1層軟塑狀粉質黏土，其主要物理力學性質見表1。

2 .2試驗設計方案

現(xiàn)場試驗用管樁為 PHC400AB95型預應力管樁，樁間距1.8 m，正三邊形布置，樁端進入強風化巖層不小于1 m。樁頂設置樁帽，采用 C25水泥混凝土現(xiàn)澆，樁帽尺寸1.0 m ×1.0 m，厚度0.4 m。

成樁后通過樁身低應變試驗判別樁身完整性，并對同一根樁進行單樁豎向抗壓靜載試驗測試其單樁豎向承載力。

3現(xiàn)場施工及測試

3.1現(xiàn)場試驗施工

根據(jù)現(xiàn)場實際情況和規(guī)范要求，初定管樁現(xiàn)場試驗主要施工工藝：

（1）樁頂高程（基底開挖高程）。為避免預制樁施工對后續(xù)管線帶來不利影響，綜合地勢設計標高、管線底標高及樁帽高度，確定現(xiàn)場試驗樁頂標高為435.0m。

（2）成樁工藝。采用錘擊法，收錘標準采用貫人度控制為主，樁長控制為輔，最后3振（每振10擊）每陣的貫人度不大于20 mm/10擊。

（3）接樁。采用E4303型焊條分2層焊接，焊后自然冷卻不少于8 min。

（4）截樁。采用鋸樁器將截樁線以上的樁體裁截。為驗證施工工藝參數(shù)的可行性和施工機械的場地適應性，先選取1#、14*2個樁位開展了試樁。試樁完成后，1"樁總錘擊數(shù)為543擊，人土深度15.5 m（樁端高程419.5 m），最后1m錘擊數(shù)163擊，最后3振（每振10擊）貫人度分別為20 mm、19 mm、18 mm。14* 樁總錘擊數(shù)為522擊，人土深度15.8 m（樁端高程419.2 m），最后1 m錘擊數(shù)178擊，最后3振（每振10擊）貫人度分別為20 mm、20 mm、19 mm。

臨近勘察鉆孔（編號XK3159 ，見第1.1節(jié)所述）顯示，試樁位置420.71 m高程處為強風化泥質砂巖，417.31 m高程處為中等風化砂巖。按照成樁后的樁端高程、詳勘鉆孔資料，1#、14 *樁端分別進入強風化泥質砂巖1.21 m.1.51 m。由此可見，按照以上試樁工藝進行試驗，采用錘擊法成樁工藝，以最后3振每振貫人度不小于20mm作為成樁控制參數(shù)，施工后樁長能夠達到設計要求。

隨后，現(xiàn)場試驗按照試樁驗證后的管樁成樁工藝及參數(shù)開展了正式施工，為保證成樁質量，施工時加設了樁尖。管樁日均施工10根，施工完成后，實際樁長為12.8～16.8 m。

3.2原位測試

管樁施工完成約1個月后，選取代表性的8根樁，進行單樁豎向抗壓靜載試驗（以下簡稱“靜載試驗"，并分別在靜載試驗前后對同一根樁進行樁身低應變試驗。

3.2.1靜載試驗

3.2.1.1試驗方法

按照JGJ106-2014《建筑基樁檢測技術規(guī)范》[9]進行靜載試驗，主要步驟：①清理場地及樁頭，儀器就位;②分級施加荷載，第--級荷載為600kN，隨后每級荷載增加300～3000 kN，共9級;③每級加載后，按第5 min、15 min、30min、

45min.60min測讀樁頂沉降量，以后每隔30min測讀一次，樁頂沉降量穩(wěn)定后再施加下一級荷載;④當荷載-沉降（Q-s）曲線上有可判定極限承載力的陡降段且樁頂總沉降量超過40 mm，或第n+1級荷載下的沉降與第n級荷載下的沉降之比不小于2且經24 h尚未達到穩(wěn)定時，終止加載;⑤分級卸載并測讀沉降量。

3.2.1.2試驗結果

繪制Q-s曲線，見圖1。由圖1可見，Q -s曲線無明顯陡變段，呈緩變形，取沉降量為40mm時對應的荷載值為單樁豎向極限承載力。將單樁豎向極限承載力除以安全系數(shù)2，即可得到單樁豎向承載力特征值。單樁豎向極限承載力及單樁豎向承載力特征值見表2。

由表2可見，單樁豎向極限承載力為2 400～2 813 kN，平均值為2 594.5 kN，標準差為133.3 kN;單樁豎向承載力特征值為1 200～1 407 kN，平均值為1 297.5 kN，標準差為66.7 kN。

3.2.2樁身低應變測試結果

按照JGJ 106 - 2014《建筑基樁檢測技術規(guī)范》[9]采用基樁動測儀進行低應變試驗，以測試樁身完整性，并判定樁身缺陷程度及位置。靜載試驗前、后樁身低應變測試結果見表3。

由表3可見，靜載試驗前后樁身完整性類別均為1-II類，除111"樁靜載試驗前其完整性類別為I類，靜載試驗后其完整性類別為II類外，其他樁靜載試驗前后樁身完整性類別未發(fā)生變化。II 類樁樁身缺陷位置在2.99 ～4.63 m之間，靜載試驗后缺陷位置較靜載試驗前位置偏上。

4討論

4.1施工工藝討論

現(xiàn)場試驗所用管樁屬于高強度剛性樁，管樁為工廠化預制，樁端穿透填筑體及軟弱土層進入持力層，達到加固軟弱土的目的。根據(jù)現(xiàn)場施工情況和記錄，對管樁施工分析：

（1）當土石方填筑高度較大且填筑體內存在堅硬巖石料的情況下，會出現(xiàn)管樁沉樁慢，施工困難的情況，在大面積施工時，可增設樁尖，必要時輔以引孔措施，以提高沉樁能力，加快施工速度。

（2）錘擊法沉樁工藝不可避免產生振動，處理區(qū)周圍存在需要保護的既有設施時，需考慮一定的安全距離，或改用靜壓法沉樁工藝進行施工。

（3）管樁日均施工10根，施工速度快，工期可控。

4.2原位測試結果討論

4.2.1單樁豎向承載力

由靜載試驗結果可見，單樁豎向承載力特征值均達到1200 kN以上。同時，Q-s曲線呈緩變形，在最大試驗荷載3000 kN情況下，樁身及地基土破壞特征不明顯，取樁頂沉降量為40 mm對應的荷載作為單樁豎向極限承載力亦偏于安全[10]。

4.2.2樁身完整性

由低應變試驗結果可見，靜載試驗前后樁身完整性類別均為 I-I類，符合規(guī)范要求，靜載試驗基本未對樁身產生破壞性影響，管樁質量可控。除111#樁外，其他樁靜載試驗前后樁身完整性類別未發(fā)生變化。111#樁靜載試驗前其完整性類別為 I類，靜載試驗后為 I類，在所有測試樁中，該樁單樁豎向承載力最大，而樁長稍短，可能的原因為：本工程填筑體為土石混合料，局部存在一定的不均勻性，該樁處的填筑體中巖石料占比較其他區(qū)域大且可能存在粒徑較大的填料，導致其單樁豎向承載力較大。同時，靜載試驗后該樁缺陷位置距樁頂2.99 m，位于填筑體內，靜載試驗過程中樁身與填筑體發(fā)生相對位移，填筑體內粒徑較大填料造成了樁身缺陷。對于 I類樁，靜載試驗后缺陷位置較靜載試驗前位置偏上，原因是在荷載作用下樁身缺陷發(fā)展變大。

綜上所述，本試驗管樁承載能力較高，質量可控，適用于加固原碎石樁+塑料排水板處理區(qū)域的軟弱土。后續(xù)正式工程應用時，可根據(jù)荷載情況和規(guī)范要求對預制樁布樁方式進行適當調整，如可由間距1.8 m的正三角形布置調整為間距1.8 m 的正方形布置。此外，考慮到場區(qū)條件復雜，在滿足地基沉降等工程要求的條件下[11]，單樁豎向承載力特征值檢測要求可取900 kN。

5結論

本文通過管樁現(xiàn)場試驗，對管樁加固原碎石樁+塑料排水板處理區(qū)軟弱土的適用性和單樁承載特性進行了評價，并確定了管樁施工工藝、提供了制定單樁豎向承載力檢測標準的依據(jù)。得到主要結論和建議：

（1）管樁單樁承載能力較高，樁身完整性好，質量可控，施工速度較快，適用于原碎石樁+塑料排水板處理區(qū)軟弱土的加固處理。

（2）正式工程應用時，可適當優(yōu)化管樁布置形式，由正三角形調整至正方形;單樁豎向承載力特征值檢測要求可取900 kN。

（3）管樁施工采用錘擊法沉樁工藝，收錘標準宜以貫人度控制為主，樁長控制為輔，最后3振（每振10擊）每振的貫人度不大于20 mm/10擊。

（4）大面積施工時，可通過采取設置樁尖、引孔等措施以確保預制樁施工符合設計要求。

參考文獻

[1]建華建材投資有限公司，中國建筑科學研究院.預應力混凝土管樁技術標準： JGJ/T406-2017[s].北京：中國建筑工業(yè)出版社， 2017.

[2]李軍心.公路軟基處理中靜壓樁優(yōu)化設計研究[J].福建建材， 2018（4）：67-68.

[3]劉文慶.PHC管樁在高速公路軟基處理中的應用研究[J].科學技術創(chuàng)新， 2022（19）：113-116.

[4]李文勇，張浩，關宏信，等.軟土地基中預應力管樁荷載-沉降曲線計算[J].交通科學與工程， 2021，37（3）：17-21.

[5]張聰.超長 PHC管樁荷載傳遞規(guī)律和沉降計算方法研究[D].河北大學， 2021.

[6]謝澤華，肖侃，譚毅.管樁在沿海高速公路改擴建軟土地基中的應用[J].西部交通科技， 2021（8）：42-45.

[7]宋文濤.PHC管樁在高速公路軟土路基處理中的應用[J].交通世界， 2018（36）：26-27.

[8]張述濤，陳麗娟.海南博鰲機場跑道道槽區(qū)的軟土地基處理研究[J].路基工程， 2017（3）：73-77.

[9]中國建筑科學研究院.建筑基樁檢測技術規(guī)范： JGJ106-2014[s].北京：中國建筑工業(yè)出版社， 2014.

[10]陳桂科.樁基各破壞形態(tài)的靜載試驗曲線特征分析[J].廣東土木與建筑， 2010（11）：59-61.

[11]中國建筑科學研究院.建筑地基處理技術規(guī)范： JGJ79-2012[s].北京：中國建筑工業(yè)出版社， 2012.