預應力管樁在深厚、復雜軟土地基加固中的應用

朱祚紅

（中鐵二十四局集團福建鐵路建設有限公司，福建 福州 350000）

預應力管樁強度高、施工方法簡單、施工速度快捷、施工成本低、施工污染小，被廣泛應用于樁基建設中。預應力管樁在深厚、復雜軟土地基加固中應用，能有效提高地基承載力、減少路基沉降、防止橋頭跳車等，在應用過程中一定要掌握好預設方法，借鑒同類工程經驗，利用預應力管樁的承載力實測，比較各個工序施工特點，提高地基的堅固性。顯示出預應力管樁在深厚、復雜軟土地基加固中應用中的經濟性與優越性。

一、預應力管樁特點

預應力管樁是一種新型基樁，它是由專業廠家采用一定的工藝技術利用蒸汽養護而成，是一種細長空心混凝土構件。目前比較常用的預應力管樁類型由：PHC型、PTC型、PC型等，管樁按照玩具的大小劃分可以分為A型、AB型和B型，其中B型最大，A型最小。從工程實際來看，它比傳統樁基具有很多優勢，比如管樁樁身質量穩定、承載力高、施工工期短、造價經濟等；另外管樁規格較多，所以在配備樁基方面比較方便，所以近幾年預應力管樁被廣泛應用于民用建筑、公路、鐵路建設等工程中。

二、深厚、復雜軟土地基特點及加固中存在的問題

（一）深厚、復雜軟土地基特點

近幾年城市化建設不斷加快，我國很多城市位于內陸湖相沉積帶、河流沖擊帶上，此地帶分布大量的軟土、淤泥、粉細砂等軟土土層，所以通向城市的鐵路無可避免的要經過深厚、復雜的軟土地基。這種地質底層結構比較復雜，軟土層在縱橫向分布上結構變化比較大，軟土固結程度不均勻，特別是粘性土體異性顯著，物理學指標很低，而且變異性比較大，軟土層深厚等，這些軟土特征都是導致地基加固困難的原因，影響地基加固效果。

（二）高速鐵路地基加固措施及存在的問題

高速鐵路建設中要求路基工程有足夠的承載力，以便提高路基邊坡的整體穩定性，一般情況下這些要求地基樁基一般措施也能解決，但是對于高速鐵路對路基工程剛度要求比較高，路面的縱向平順性尤為重要，需要在工程設計中嚴格控制沉降標準。在深厚、復雜軟土地質修筑路基時，需要對軟土地基進行加固處理，普通的加固方式并不能取得較好的結果，在施工中存在較多的問題。

表1 福鐵路軟土特點

1 加固措施的限制

鐵路建設中對深厚、復雜軟土地基進行加固處理時，普通的排水固結、輾壓等加固方式加固深度比較淺，達不到高速地基要求。必須采用復合地基或者樁基方式進行加固，所以普通加固方式受地質條件和加固措施的影響，限制性較多，可供選擇的范圍比較小。

2 成樁質量分析

一般加固措施在深厚、復雜軟土地基中成樁難度比較大，而且成樁質量不高，即便在施工中采取特殊的施工工藝，也會頻繁出現斷樁、徑縮等不良現象，導致地基加固質量降低。據工程實踐顯示，在此類地基上不宜采用砂石柱，從加固深度方面來看，加固深度一般不會超過20m；水泥攪拌樁在處理深度超過15m的深厚、復雜軟土地基中也比較難以控制其質量；在淤泥等軟土地質中難以成樁。

3 加固工程力學分析

一般加固措施是根據復合地基進行的設計，它的主要功能是地基加固增強體與原狀地基土的共同協調承擔荷載。深厚、復雜軟土地基底層分布比較復雜，地層物理學指標的變異性比較大，導致復合地基在縱橫方向上工程力學性能的變化較大，即便是地基加固后仍然存在不均勻沉降變形問題。

4 施工工期比較長

一般加固措施在施工過程中需要在軟土地基中成孔后加入加固材料，這種情況下必須保證在不斷樁、不塌孔的狀態下進行，需要慢速施工；另外為了避免成孔過程中對已成孔的影響，必須對成孔樁進行養護。所以普通加固措施施工時間比較長，工期緊張。

5 環境污染分析

在鐵路地基加固施工中，各種加固措施的應用都不可避免的會帶來一些環境污染，比如噪音污染、廢水污染、廢渣污染等。近幾年，隨著人們環保意識的提高與可持續發展理念的提出，很多一般加固措施被禁止或者限制使用，所以工程中可供選擇的加固措施相對減少。

三、預應力管樁在深厚、復雜軟土地基加固中的應用

（一）工程實例

溫福鐵路試驗段加固25m～48m深厚軟土地基中首次應用，隨后分別在溫福鐵路、甬臺溫鐵路得到進一步推廣和完善，之后又在福平鐵路長樂東站普遍應用加固軟土路基。實踐證明，預應力管樁加固深厚、復雜軟土地基切實可行有效。

溫福鐵路位于沿海地帶，是我國鐵路通道的重要組成部分，鐵路全線軟土分布廣闊，所以在鐵路建設中對對路基的強度要求比較高。溫福鐵路地域分布環境比較特殊，浙江軟土與福建軟土在工程性質上具有不同的特點，浙江境內的軟土厚度大，軟土成層分布穩定，福建境內的軟土橫縱向分布不均勻（主要土質特點見表1）。根據工后沉降控制標準和地質特點，如果采用傳統的地基加固方法，達不到公路地基加固要求，必須采用一種剛性比較強的地基加固方法進行加固，提高樁基承載力，而預應力樁基恰恰符合要求。

（二）單樁承載力

一般情況下單樁豎向承載力的設計公式為：

此公式中f∞代表管樁混凝土的抗壓強度，PC樁f∞=60MPa；管樁有效預應力用σpc代表，此次工程中σpc=5Mpa，然后可以根據這兩個已知條件求出管樁樁身豎向承載力設計值RP=3234kN；然后根據荷載填土高度可以得到路堤中心最大附加應力值。根據以上已知條件和單樁最大承受力推導出單樁豎向極限承載力標準值公式：

其中，

QUK代表單樁豎向極限承載力標準值；

qaik代表周第i層土的極限摩阻力標準值，單位是kN/m2；

qpk代表樁極限端阻力標準值，單位是kN/m2；

u代表樁周外周長，單位是m；

li代表樁周第i層土分層厚度，單位用m表示；

ζai代表樁側阻修正系數取1；

Ap代表樁尖水平投影面積，單位用（m2）表示。

根據以上條件可以得到單樁豎向承載力設計值：R=Quk/rsp

其中rsp代表側端阻綜合抗力分項系數，根據這個系數值可以求出R，得到單樁承載力值。

（三）管樁的選用

預應力管樁的種類較多，所以在工程施工中配樁比較方便，從經濟角度考慮一般會選用管樁樁身額定承載力（Rb）與單樁載力標準值（Rk）相等的管樁。管樁沉樁方式的選擇應該考慮功率的具體地質情況和實際施工條件，比如如果地質屬于砂礫層或者強風層，就應該考慮使用錘擊灌入法施工，這種情況下管樁要采用PHC類型為宜，其他類型不宜采用。而靜壓法比較適合使用在淤泥或者粘土地質中，根據軟土地基施工經驗確定靜壓機的壓樁力，然后再開始施工。

施工過程中要特別注意管樁的擠土效應，一般情況下采用開口樁靴可以減少擠土效應的發生，同時控制好布樁密度，制定合理的打樁順序，打樁順序一般為從樁場中心向四周擴散。同時施工中隨時監測周邊公共設施的變化情況，做好管樁的預設。

結語

綜上所述，公路在施工過程中要做地基處理工作，提高地基承載力，確保公路的安全、穩定運行。特別是是對于深厚、復雜軟土地基處理，一定要做好其加固處理，一般加固措施在深厚、復雜軟土地基中并不能取得很好的效果，應該使用預應力管樁加固措施實施加固，提高復雜地質極端路基的承載力，保障公路質量的提高。

[1]余雷.預應力管樁在溫福鐵路軟土路基中的設計與應用[J].鐵道工程學報，2007（z1）：111-112.

[2]李志偉.預應力管樁處理高速公路軟土地基設計研究[J].交通科技，2014（01）：65-66.