唐一明

（中國十七冶集團有限公司設(shè)計研究院，安徽 蕪湖 241000）

0 引言

PHC 管樁剛性復(fù)合地基是道路軟基處理中較為常見的一種方案，特別適用于軟土較深、工后沉降要求嚴格的工程，如高填方路基施工、橋頭路基施工、道路改建拓寬等，但當上部荷載較小時，管樁的樁體承載力往往得不到充分利用，會造成一定的資源浪費。近年來，國內(nèi)多個地區(qū)在PHC 管樁剛性復(fù)合地基技術(shù)的基礎(chǔ)上，通過適當減小管樁壁厚、降低配筋率、優(yōu)化混凝土配合比等方式，形成了預(yù)制混凝土勁性體復(fù)合地基技術(shù)。

勁性體復(fù)合地基技術(shù)是一種新型的地基處理技術(shù)，其作用機理和使用效果基本與管樁復(fù)合地基技術(shù)一致，具有施工質(zhì)量易控制、施工速度快、地基承載力高、工后沉降小、地基處理深度大等突出優(yōu)點，工程造價也比管樁低，極具推廣應(yīng)用價值。

1 預(yù)制混凝土勁性體概述

預(yù)制混凝土勁性體是一種先張法高強度混凝土管樁，采用先張法預(yù)應(yīng)力張拉工藝，經(jīng)過蒸汽養(yǎng)護、離心成型制成的一種空心柱狀的混凝土預(yù)制構(gòu)件。其生產(chǎn)工藝和PHC 管樁基本相同，但是樁壁較薄，故在粗細骨料配比、砂率和外加劑的使用上略有不同。勁性體一般用作抗壓樁，配筋率在0.35%～0.55%之間，混凝土強度不低于C60，常用規(guī)格為300mm、400mm、500mm、600mm 四種，壁厚55～85mm，豎向抗壓承載力設(shè)計值能達到760～2340kN，單樁承載力較大[1]。

2 勁性體復(fù)合地基的工程特性

勁性體復(fù)合地基主要由勁性體樁身、樁間土和褥墊層組成，屬于一種剛性樁復(fù)合地基，由剛度較大的勁性體和樁間土共同分擔路基填土自重及上部車輛荷載，樁身對周圍土體產(chǎn)生擠密作用，能有效改善樁身周邊土的性能，提高其對樁側(cè)的摩阻力，同時樁端阻力的發(fā)揮能使荷載傳遞到更深的土層，當勁性體樁端處于硬土或砂石等良好土層上時，端承力作用較大，能共同發(fā)揮樁側(cè)摩阻力和樁端阻力的作用，大幅度提高地基的承載能力，有效增強地基的抗變形能力和減少工后沉降。特別適用于處理黏性土、回填土、淤泥質(zhì)土和工程特性較差的淤泥、有機土等地基，具有施工速度快、承載能力高、沉降變形小、穩(wěn)定較快、處理深度大、質(zhì)量易于控制等特點。

勁性體樁端進入持力層后，上部荷載通過樁頂?shù)耐邪寮霸谄渖显O(shè)置的土工格柵和碎石層形成“樁-網(wǎng)”結(jié)構(gòu)，一部分荷載由樁間土承擔，能使上部荷載均勻地傳遞到持力層，從而滿足地基承載力要求，有效控制工后沉降，共同發(fā)揮復(fù)合地基樁和樁間土的功能[2]。

3 工程實例

3.1 工程概況

以蕪湖市某省道改線項目為例，該工程路線全長為2.186km，主要為青弋江橋及接線段，為一級公路，路基寬為27m，設(shè)計速度為80km/h，沿線路基以填方為主，橋頭路基較高，最高處達到7～8m，該處原地面工程地質(zhì)較差，存在淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土，軟土較厚，考慮到相關(guān)規(guī)范對橋頭路基穩(wěn)定性及工后沉降要求較高，經(jīng)過前期對比驗證，決定采用預(yù)制混凝土勁性體剛性復(fù)合地基處理技術(shù)[3]。

3.2 不良地質(zhì)的構(gòu)成

根據(jù)地質(zhì)勘察報告，該項目沿線存在淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土，位于③層，干強度低，韌性低，該層厚度為4.6～16.2m，層頂面埋深為1～12m。

具體場地巖土層自上而下劃分如下。

①層：填土及耕土，成分不均，雜色，結(jié)構(gòu)比較松散，厚度為0.4～9.6m。

②層：粉質(zhì)黏土，灰、灰黃色，軟-可塑狀，局部夾少量粉土。無搖振反應(yīng)，稍有光澤，干強度較低，韌性較低，厚度為1～6m。

③層：淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土，灰、灰黑色，流塑-軟塑狀，局部夾薄層粉土、粉砂，含貝類，無光澤，干強度低，韌性低，厚度為4.6～16.2m。

④層：粉質(zhì)黏土，灰、灰黃色，可塑-硬塑狀，含高嶺土。無搖振反應(yīng)，稍有光澤，干強度中等，韌性中等。該層分布不均，厚度為1.2～6.5m。

⑤層：粉土夾粉砂，灰色，可塑-稍密狀，飽和，局部呈薄透鏡體狀，該層分布不均，厚度為1.2～4.3m。

⑥層：卵石，灰、灰黃色，含量約50%～70%，充填中粗砂、礫砂及黏性土，中密-密實狀為主，成分為石英巖、硅質(zhì)巖及石英砂巖。卵石層未揭穿，可見厚度大于30m。

3.3 預(yù)制混凝土勁性體復(fù)合地基處理方案

預(yù)制混凝土勁性體采用正方形布置，樁型采用PPRC400，壁厚為60mm，混凝土強度等級為C60，布置間距視不同路基高度而定，分別選取2m 和2.5m，橋頭段加密，處理深度以打穿軟土層進入持力層不小于1.5m 為準，設(shè)計樁長為8～19m。樁頂設(shè)置托板，尺寸為1.2m×1.2m×0.3m，鋼筋混凝土現(xiàn)澆，托板上設(shè)置40cm 未篩分碎石，并采用土工格柵包裹。預(yù)制混凝土勁性體復(fù)合地基處理設(shè)計圖如圖1 所示。

圖1 預(yù)制混凝土勁性體復(fù)合地基處理設(shè)計圖

3.4 施工工藝

第一，施工準備：勁性體施工前應(yīng)平整場地，清除場地障礙物。

第二，儀器、設(shè)備準備：勁性體推薦采用靜力壓樁機施工，壓樁機最大壓樁力應(yīng)不小于200t，壓樁速度不小于1m/min，一次壓樁行程1～2m，靜壓機自帶壓力表且經(jīng)過標定。施工現(xiàn)場應(yīng)配備起吊設(shè)備，其起吊能力宜大于5t。

第三，施工前應(yīng)進行成樁工藝試驗，試樁數(shù)量不得少于2 根。

第四，沉樁前應(yīng)按設(shè)計文件進行放樁并標記樁位，樁機就位時，對樁位進行復(fù)測。

第五，沉樁時，應(yīng)嚴格控制傾斜率，第一節(jié)勁性體起吊就位插入地面時的傾斜率不得大于0.5%，如果存在超差，則應(yīng)及時調(diào)整，調(diào)整時必須確保樁身不裂，必要時應(yīng)拔出重插，樁尖進入硬土層后，嚴禁采用移動樁機等強行回扳的方法進行糾偏。

第六，靜壓法施工沉樁速度不宜大于2m/min。沉樁時宜將每根樁一次性連續(xù)施工到底，盡量減少中間停歇時間。避免在接近設(shè)計深度時進行接樁，遇有較難穿透的土層時，接樁宜在穿透該土層后進行。

第七，當勁性體需要接樁時，其入土部分樁段的樁頭宜高出地面50～100cm。下節(jié)樁的樁頭處宜設(shè)置導(dǎo)向箍，接樁時上、下節(jié)樁段應(yīng)保持順直，上、下節(jié)樁應(yīng)接直焊牢，錯位偏差不宜大于2cm，逐節(jié)接樁時，節(jié)點彎曲矢高比不得大于1/1000 樁長，且不得大于2cm。焊接時應(yīng)先在坡口圓周上對稱點焊5～6 點，待上、下節(jié)樁固定后拆除導(dǎo)向箍，再分層焊接，焊接層數(shù)不得少于2 層，焊縫要求飽滿、連續(xù)。

第八，送樁：送樁前檢查樁頂質(zhì)量，測出垂直度，垂直度經(jīng)檢測合格立即送樁。用測量儀器確定地面標高，在送樁桿上進行標記，送樁過程中應(yīng)動態(tài)檢測送樁深度。送樁器底部應(yīng)設(shè)置樁墊，樁墊厚度均勻并與樁頂全面接觸。

停止沉樁的標準應(yīng)綜合考慮場地地質(zhì)條件、設(shè)計樁長、壓樁力、貫入度等因素以及試樁參數(shù)，一般按不小于單樁容許承載力的1.3 倍送樁，達到設(shè)計高程后持荷（正常壓力）10min 且沉降量不超過2mm/min 方可結(jié)束送樁。

在同一地質(zhì)類型的路段，若出現(xiàn)壓樁力顯著增加或送樁時靜壓力明顯減小等異常情況，需立即暫停施工，必要時增加施工勘察補鉆資料，找出原因后提出處理措施[4]。

第九，樁帽施工：沉樁、送樁結(jié)束驗收合格后才可進行樁帽施工。樁頭開挖后應(yīng)整修，形成土模，然后按照設(shè)計要求綁扎鋼筋，澆筑混凝土并進行樁頭養(yǎng)護。

3.5 使用效果

該工程目前已經(jīng)交工投入使用，道路軟基采用勁性體復(fù)合地基處理后，施工單位對路基進行了穩(wěn)定性及沉降觀測，根據(jù)監(jiān)測結(jié)果可知處理效果較好，達到了設(shè)計及相關(guān)規(guī)范的要求[5]。

4 預(yù)制混凝土勁性體復(fù)合地基的優(yōu)缺點分析

道路深層軟基處理一般采用塑料排水板+堆載預(yù)壓、水泥攪拌樁、CFG 樁和PHC 管樁等處理方式，結(jié)合上述一級公路改線工程施工經(jīng)驗，可以總結(jié)出預(yù)制混凝土勁性體復(fù)合地基在處理道路軟基時相比于其他方案存在以下優(yōu)缺點。

第一，樁身質(zhì)量高。勁性體一般采用工廠集中預(yù)制，自動化工藝生產(chǎn)，檢驗程序嚴格，樁體質(zhì)量可以得到有效保障。

第二，適用性強。勁性體復(fù)合地基主要通過樁體自身的單樁承載力承受上部荷載，對原有地質(zhì)的工程特性要求不高，適用于各種不同土質(zhì)的不良地質(zhì)處理，地下水對勁性體施工影響也較小[6]。

第三，施工工藝成熟、速度快。預(yù)制混凝土勁性體施工與PHC 管樁基本一致，采用靜壓或錘擊施工，工藝成熟。樁體采用集中預(yù)制方式，地基處理施工不受氣候、溫度和季節(jié)等因素的影響，前期準備工作少，施工速度快，監(jiān)測和檢驗時間短，節(jié)省工期，特別適用于道路改建等工期要求較嚴格的工程。

第四，成樁長度可以靈活控制，不需要鋸樁。預(yù)制混凝土勁性體預(yù)制成型，每節(jié)樁長可根據(jù)設(shè)計和施工需求進行調(diào)整，接長方便，不同樁長可以靈活搭配，減少了截樁操作，節(jié)約用樁量。

第五，在深層軟基處理方面，勁性體在造價上也存在一定程度的優(yōu)勢。在同一工程地基處理的應(yīng)用中，勁性體的造價要稍高于水泥攪拌樁和塑料排水板，低于CFG 樁與PHC 管樁。

第六，施工質(zhì)量易于控制。勁性體在工廠預(yù)制，進場時需要經(jīng)過質(zhì)量檢測，樁體質(zhì)量能得到保證，沉樁過程便于監(jiān)測，不存在水泥攪拌樁、CFG 樁等施工方式現(xiàn)場成樁較為隱蔽、質(zhì)量不好把控的狀況[7]。

第七，處理效果好，沉降量小。勁性體樁身混凝土強度高，彈性模量大，加之樁體內(nèi)有預(yù)應(yīng)力筋，使得其整體剛度大，能承受大部分的上部荷載，復(fù)合地基變形沉降量小。根據(jù)工程實踐經(jīng)驗，采用預(yù)制混凝土勁性體復(fù)合地基處理的工后沉降一般可控制在50mm以內(nèi)，處理效果明顯優(yōu)于水泥攪拌樁、CFG 樁等方案。

第八，施工現(xiàn)場干凈整潔、綠色環(huán)保。打樁一般采用靜壓方式，無噪聲污染，且樁體采用集中預(yù)制，施工時不會對地下水、周邊土地造成污染，有利于施工期間的生態(tài)環(huán)境保護。

預(yù)制混凝土勁性體的缺點：

一是有一定的地域限制，由于遠距離運輸會增加工程造價，因此要求工程周邊存在可集中預(yù)制的生產(chǎn)廠家[8]。

二是預(yù)制混凝土勁性體配筋較少，一般作為抗壓樁使用，不適用于有抗拉、抗彎要求的工況。

5 結(jié)語

沿江地區(qū)的地質(zhì)情況較為復(fù)雜，道路路基處理極為重要，其工程造價占整個工程總投資的比例往往很大，選擇合適的軟基處理方案對提升工程質(zhì)量、提高經(jīng)濟效益有重要意義。塑料排水板+堆載預(yù)壓、水泥攪拌樁、CFG 樁、PHC 管樁等方法或多或少存在一些不足，而預(yù)應(yīng)力混凝土勁性體綜合了各方案的優(yōu)點，無論在施工工藝、處理效果、工程造價方面都具有一定的優(yōu)勢，可為道路工程深層軟基處理提供新思路，具有顯著的社會經(jīng)濟效益和廣泛的推廣應(yīng)用前景。