堆載預壓和預應力管樁聯合處理軟土地基方法

喬 穎，田 勛，田中亞

（1.湖南中大檢測技術集團有限公司，湖南 長沙 410205；2.齊魯交通發展集團濟南分公司,山東 濟南 250001）

1 研究背景

軟弱地基土地區出現橋頭跳車現象較多，在路基段的地基處理過程中工藝較復雜，難度較大。橋梁樁基一般都是采用深層剛性樁，而與橋梁搭接的路基段則是淺層的柔性基礎，這種不均勻沉降的差異化，加大了橋頭跳車出現的頻率以及嚴重程度。橋頭軟基處理常用的方法有排水固結法、水泥攪拌樁、預應力混凝土管樁等。

在淤泥厚度小于15 m時，采用水泥攪拌樁基本可以解決橋頭路基的不均勻沉降問題，但是對于深度大于15 m，甚至達到30 m以上的局部路基段，一般采用預應力混凝土管樁進行處理。但是混凝土管樁處理價格比較昂貴，所以在試驗段采用塑料排水板堆載預壓法和預應力管樁綜合處理的方法進行處理，驗證其處理效果。

選擇溫州市甬臺溫高速公路進行軟土地基處理試驗，該路段采用雙向六車道標準建設，設計時速100 km。部分橋頭搭接路基部分存在較嚴重的軟弱性路基，淤泥深度為30～35 m。工程地基淤泥深厚且呈流塑性，具有含水量高、透水性差、靈敏性高、抗剪強度低、承載力低等特征，設計采用預應力混凝土管樁進行處理。在設計文件中，預應力管樁采用平行四邊形布置，管樁外徑采用400 mm，每根管樁包含接樁和開口（閉口）型樁尖，樁尖采用B型，樁帽采用C30現澆混凝土。在場地允許的情況下，采用靜壓法沉樁。在采用預應力管樁處理路段，樁頂50 cm厚德填筑材料應采用粒徑不大于5 cm，含泥量小于10%的清宕渣墊層。

2 聯合處理法的現場處理

針對幾種傳統的軟基處理方法優缺點，選取3處橋頭軟基處理段位置，其軟基深度及地質情況基本一致。選取K24+305—K24+505段作為綜合處理的試驗段，K31+498—K31+602、K50+007—K50+300按照設計文件進行軟基處理作為對比段。試驗路段總長度為200 m，路基寬度為35 m,在試驗路段采用塑料排水板堆載預壓法和預應力混凝土管樁進行綜合處理，對比路段采用常規的預應力混凝土管樁進行軟基處理。

2.1 試驗段軟基處理

試驗段采用塑料排水板堆載預壓法和預應力管樁法綜合處理，施工現場布置見圖1、圖2，施工及監測流程見圖3。

圖1 平面

圖2 立面

圖3 試驗段主要施工及監測流程

2.2 對比路段軟基處理

根據設計方案要求，預應力混凝土管樁在平面位置上采用平行四邊形布置，管樁樁長穿透軟土層，并進入持下臥持力層深度不小于1 m，預應力管樁外徑為40 cm，沉樁采用靜壓法。施工及監測流程見圖4。

圖4 對比路段施工及監測流程

2.3 堆載預壓的技術要求

（1）堆載預壓的材料宜采用素填土、砂等散料；（2）堆載要嚴格控制加荷速率，按設計要求分級加荷。根據堆載材料的密度，換算成相應散料的每級堆載高度，保證在各級荷載下地基的穩定性，同時要避免局部堆載過高而導致地基局部破壞。一般堆載控制指標是：最大豎向變形量不應超過10 ～15 mm/d；邊緣水平位移不應大于5 mm/d；孔隙水壓力不超過預壓荷載所產生應力的50～60%；（3）堆載邊緣宜超出地基處理部位底邊緣并適當超出插板地帶；（4）大面積施工時可采用自卸車與推土機聯合作業，但要注意不能損壞已插好的排水板，更不允許超鏟將塑料排水板拔出。

2.4 地面沉降監測點的布置

根據設計要求在軟土處理地段埋設沉降觀測標志、設置沉降板，沉降板鋼板采用300 mm×300 mm×5 mm的鋼板，直桿(沉降桿)為一根Ф40 mm的鋼管，并由一根套管及四塊鋼肋板將其焊接在沉降板上。

沉降桿應隨填土升高而逐漸接高，一般每段接管的長度為500 mm，兩端由螺紋接頭與空心管緊咬連接，隨著填土高度的增加接長觀測桿及套管。沉降觀測應有明顯的標志，防止施工碰撞。橋頭路段設置2～3個觀測斷面，路基填筑期間，每填筑一層觀測一次，填筑間歇期間，每3 d觀測一次，路堤進入預壓期后，每周觀測一次、路面施工期間，每層觀測一次。工后沉降每月觀測一次。

根據設計要求做好沉降觀測，埋設完應至少測量兩次，以后每增加一級荷載，至少觀測兩次，并及時做好記錄。在預壓期應繼續進行觀測。

試驗路段及對比路段選取原則：兩者軟基情況基本一致，且都為橋頭路段，都為填方段，填方高度基本一致。每橫斷面布置三個沉降觀測點，路基邊緣各一點，路基中心樁號一點，并加強保護，嚴格控制填筑速率，橋頭路段原地面每晝夜沉降速率應小于5 mm。預壓期間連續兩個月的月沉降速率小于3 mm，工后沉降量小于10 cm。

本項目試驗段堆載預壓時間為3個月，卸壓后按照設計進行預應力管樁處理，對比路段直接按照設計圖紙進行預應力管樁進行處理。對以上路段，在各個施工階段以及工后階段進行沉降觀測，在路面設置工后觀測點，點位布置與施工期間監測點位布置一致，施工期間每10 d監測一次，工后沉降觀測時間為一年，每個月觀測一次。

3 試驗數據分析及對比

對試驗路段和其他預應力管樁進行處理路段的監測數據進行對比，分為施工監測階段和工后監測階段，根據每個監測時間點各斷面的沉降量平均值列出時間-沉降量變化圖來進行沉降量對比，堆載預壓期見圖5～圖7，工后路面沉降見圖8～圖10。

圖5 K24+305—K24+517施工期間監測

圖6 K31+498—K31+602施工期間監測

圖7 K50+007—K50+300施工期間監測

圖8 K24+305—K24+517工后監測

圖9 K31+498—K31+602工后監測

圖10 K50+007—K50+300工后監測

從圖5～圖7數據可以得知，綜合處理的軟基路段和預應力鋼管樁處理路段的沉降值，都滿足設計文件的沉降控制要求，連續2個月的月沉降率小于等于3 mm且小于預壓期間沉降值控制值。試驗段的軟基沉降值要大于預應力鋼管樁處理段的沉降值，因為兩種方法處理后的軟基都屬于符合地基，復合地基的沉降量與其綜合模量成反比關系，雖然軟基經過排水堆載預壓后其模量可以得到一定程度的提高，但是仍小于預應力鋼管樁群所構成復合地基的綜合模量，塑料排水板堆載預壓和預應力鋼管樁聯合處理法，是利用預應力鋼管樁把大面積軟土分割成小塊局域，在小塊區域內進行塑料排水板堆載預壓加固。預應力鋼管樁為塑料排水板堆載區域提供一個較強的邊界約束條件，使得塑料排水板處理區域在剛性約束下進行排水固結。該方法能夠減少軟土地基處理的工期，降低軟土地基處理的造價，其綜合模量也較傳統的塑料板排水堆載預壓方法有一定的提高，控制軟土地基處理的工后沉降。所以試驗路段和對比路段的堆載預壓期沉降值都可以滿足設計要求，試驗段的沉降值要稍大于對比路段的沉降值。

根據《公路軟土地基路堤設計與施工技術規范》（JTJ 017-965.1）一般規定中的5.1.2條款，對于高速公路、一級公路中，在路面設計使用年限內，橋臺與路堤相鄰處的容許工后沉降小于等于0.1 m，本項目設計工后容許工后沉降為0.06 m。從圖7～圖10工后路面沉降監測數據可以得知，各個斷面的沉降值控制的較好，試驗段的年沉-降值也控制在3 mm以下，也都小于堆載預壓期的沉降平均值，說明在堆載預壓期間軟基都完成了大部分的主要固結，公路通車后，路基的沉降也比較穩定，沒有發生較大的沉降，兩種方法都可以較好的控制工后沉降。綜合處理法由于預應力管樁施工數量遠遠小于原設計方法，基本未發生樁身位移偏位的情況；由于管樁施工數量減少，施工過程中對周邊建筑物的擾動也相對較低，試驗路段周邊的建筑物也基本未發生地基拱起或者房屋開裂的情況；根據該項目排水預壓和預應力管樁的造價來比較，排水板預壓55元/平方米，預應力管樁施工費用加材料的造價為40元/米，在管樁深度較大的情況下，綜合處理方法的造價比預應力管樁的造價降低了30%左右。但是聯合處理方法在一般情況下，施工周期比預應力管樁法略長，在工期允許的情況也參考使用，且后續的工后沉降控制效果如何，也需要進一步的進行監測研究。

4 結語

對浙江省溫州市的甬臺溫高速公路的軟基路段，采用塑料排水板堆載預壓和預應力管樁聯合處理的方法進行處理試驗，并對其沉降進行監測。通過監測的數據進行分析，初步表明該方法可以較好控制工后沉降，相比較該地區應用較多的預應力鋼管樁的處理方法，降低了軟基處理的工程造價。