帶帽組合PC管樁復合地基在江六高速公路中的應用

白蘭蘭

(江蘇省交通科學研究院股份有限公司)

1 帶帽組合PC 管樁復合地基

帶帽組合單樁復合地基是指采用預應力混凝土薄壁管樁(PC 管樁)作為地基豎向增強體，同時，考慮到剛性樁本身剛度較大，路堤本身為非完全剛性柔性，為克服單樁樁頂應力過分集中現象和減少樁頂向上刺入墊層量，在樁頂設置樁帽，并通過鋼筋籠與之固定在一起，從而形成T 形樁和樁帽下的土體共同承擔荷載的復合地基處理方式。帶帽組合單樁復合地基是目前公路項目中PC 管樁復合地基最常見的形式。

2 適用條件及優勢

隨著我國交通運輸事業的快速發展，以及人民對公路建設(包括新建和拓寬)認識的逐漸深入，人們越來越重視橋頭路基和新舊路基之間的差異沉降控制，PC 管樁以其適應處理土層多、成樁質量好、處理深度深、施工速度快、處理效果好等諸多優勢，成為現在公路特殊路基處理的主要方式，尤其是對于深厚軟土地基和舊路擴建施工工期緊等項目，具有巨大的經濟和時間優勢。見表1。

表1 幾種常見的深層軟基處理方式造價對比表

3 靈巖河橋頭PC 管樁復合地基處理

3.1 分析工程特點及軟土特征

該工點位于靈巖河橋頭路段，按照《公路路基設計規范(JTG D30－2004)》要求，要求工后沉降不超過10 cm，橋頭路基填土高度6 m，按照堤填土重度取18 kN/m3，路面結構層厚0.72 m，重度取22 kN/m3，汽車荷載換算為90 cm 等代土柱，利用分層總和法計算天然地基工后沉降為30.7 cm，遠遠超10 cm 規范要求標準，且路堤填土高度較高，要求路基承載力127 kPa，而淺層填土及軟土承載力均不能滿足要求，故需進行軟基處理。該工點軟土底部埋深18.5 m，超過15 m，建議該工點采用PC 管樁進行處理。見表2。

表2 靈巖河東橋頭地勘斷面

3.2 江蘇省省內PC 管樁案例調研及總結

為更好的進行項目設計，先對江蘇省高等級公路PC 管樁處理方案進行了調研，具體詳見表3。

表3 江蘇省高等級公路PC 管樁復合地基處理案例

從表3 可以看出。

(1)C 管樁樁間距一般在2.5～3.5 m。

(2)樁帽材料多采用灰土或碎石墊層+鋼塑格柵。(3)進入持力層深度一般均超過2 m。

3.3 樁長及樁間距初步擬定

樁長要求打穿軟土至少2 m，軟土底部埋深18.5 m，同時保證不出現零碎樁長，故確定起算樁長22 m，根據橋頭填土高度6 m，確定初步樁間距3 m。

3.4 承載力及沉降計算

考慮到公路項目主要為了控制沉降，且持力層并非完全剛性巖層，因此PC 管樁可能在某種程度的樁底刺入。因此在項目沉降計算時，加固區沉降采用樁身壓縮模量法，刺入沉降采用基樁刺入變形影響系數法，下臥層沉降采用分層總和法。

承載力計算方法:單樁豎向極限承載力按雙橋靜力觸探法分別采用鐵道部《靜力觸探技術規則》和《建筑樁基技術規范》兩種不同方法計算，取其中較小者。以上計算結果除以安全系數，即為單樁容許承載力，一般取安全系數K=2。

由于項目為高靈敏度軟土，按照所有荷載均有樁承擔進行設計，當樁間距為3 m 時，單樁承載力應達到1 143.72 kN((6－0.72+0.9)×18+(0.72×22)×3×3=1 143.72)，計算結果詳見表4。

表4 樁間距3 m，樁長21 m 沉降及承載力計算結果

3.5 樁長、樁間距優化調整

從表4 可以看出沉降和承載力均不能滿足要求，將樁間距調整至2.5 m，樁長調整至23 m，重新進行承載力和沉降計算，當樁間距為2.5 m 時，單樁承載力應達到795 kN((6－0.72 +0.9)×18 +(0.72 ×22)×2.5 ×2.5 =794.25)，計算結果詳見表5。此時承載為651 kN，仍然小于要求承載力，因此繼續增加樁長，當樁長調整至27 m 時，承載力為831 kN，滿足承載力要求，且此時工后沉降為6.8 cm，也滿足規范要求橋頭工后沉降小于10 cm 的要求。因此確定該工點的PC 管樁設計樁長27 m，樁間距2.5 m。

3.6 褥墊層的選擇

項目區域地下水位較高，設計水位距地表僅為0.5 m，因此建議設置40 cm 碎石墊層+鋼塑格柵作為本工點PC 管樁復合地基的褥墊層。

3.7 復合地基最終方案的確定

通過以上論述，確定本工點特殊路基處理方案為PC 管樁復合地基處理，樁徑40 cm，樁長27 m，樁間距2.5 m，褥墊層為40 cm 碎石墊層+兩層鋼塑格柵。

表5 樁間距2.5 m，樁長23 m 沉降及承載力計算結果

4 總 結

根據此設計方案，工后沉降6.8 cm，單樁承載力831 kN，滿足道路要求，且項目已經通車運營接近兩年，橋頭無跳車現象，表明設計方案是合理可行的。

從以上分析可知，帶帽組合復合單樁復合地基，在處理橋頭路段和深厚軟土路段，在技術上和經濟上均具有較好的優勢，在高速公路項目中有較好的應用前景，可以為后期類似項目提供借鑒。

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