預制方樁處理軟土地基設計方法的應用探討

李 坤

(青島瑞祥成市政工程設計有限公司，山東 青島 266000)

預制方樁處理軟土地基設計方法的應用探討

李 坤

(青島瑞祥成市政工程設計有限公司，山東 青島 266000)

結合工程實例，分析了預制方樁復合地基設計方法，并比較了預制方樁與其他軟土地基處理方法技術指標；探討了預制方樁處理軟土地基時應考慮的因素、施工方法及檢測方法，為預制方樁的推廣應用提供了設計參考依據。

預制方樁，復合地基，方案比選，預應力管樁

0 引言

軟弱土層在我國分布較廣，特別是沿海平原地區。軟土的技術特點主要為天然含水量高、孔隙比大、壓縮性強、抗剪強度和承載力低，對軟土地基處理不當容易產生地基的不均勻沉降等病害。本文結合預制方樁的應用探討分析了軟土地基處理的設計方法。

1 工程概況

某濱海道路工程主線全長約2.1 km，道路等級為城市主干路，設計車速為60 km/h，雙向六車道。本工程共分為兩個標段，其中Ⅰ標段K0+000～K1+600段路基中存在淤泥質粘土層，采用預制方樁對路基進行處理。本文僅對預制方樁的設計進行分析探討。工程地質條件分析如下。

1.1 土層主要物理力學指標

根據已有的地質勘查報告，K0+000～K1+600段，淤泥質軟土的層厚為6 m～13.5 m，層底埋深為10.2 m～16.2 m。

主要土層特點：素填土層厚2 m～4 m，部分含大粒徑石塊；淤泥層厚3 m～7.5 m。

淤泥質粉質粘土層厚3 m～6 m；粉質粘土2 m～5 m；底層為中砂。地基土承載力基本容許值表見表1。

表1 地基土承載力基本容許值表

1.2 地基處理分析

1)現狀場地素填土層較厚，并且部分含有大粒徑石塊；對地基處理方法的選擇產生較大的影響，特別對預制樁、攪拌樁、砂樁、塑料排水板的實施帶來一定的困難。

2)素填土和淤泥層的層厚較厚，采用預制樁處理軟土地基時，單樁承載力計算需考慮樁側土負摩擦力的影響。

3)本工程的路面設計標高比擬建場地現狀地面標高高出2.5 m～4 m，單樁承載力計算時考慮填土及車輛荷載為100 kPa。

4)經用分層總和法計算，軟土地基未處理時工后總沉降量約為1.37 m，其中工后沉降量約為1.1 m。不滿足規范規定的橋臺與路堤相鄰處不大于10 cm、一般路段不大于30 cm的要求。

2 預制方樁復合地基設計

2.1 地基處理方案比選分析

根據上述地質條件的論述，針對第一段(K0+000～K1+600)的路基處理提出3種處理方案。

2.1.1 方案一：預制混凝土方樁(推薦)

表2 預制方樁設計參數一覽表

預制混凝土方樁的施工工序為：在現狀地面基礎上填土至3 m標高→滿夯一遍→實施預制混凝土方樁(錘擊法施工)→填筑60 cm碎石墊層+2層鋼塑格柵→填筑路基土至路基頂面[1]。

技術指標：

1)滿夯的夯擊能為1 000 kN·m，最后兩擊的平均夯沉量不大于5 cm。

2)預制混凝土方樁采用邊長0.3 m的方樁，正方形布置，樁帽為正方形樁冒，邊長為1.4 m，樁帽厚度為0.3 m；墊層厚度為60 cm；樁端進入中砂層1 m。

滿夯的處理范圍為路基坡腳外6 m，預制混凝土方樁的處理范圍為1 000 kN·m滿夯交工面坡腳線外3 m。

3)預制混凝土方樁設計參數見表2。

2.1.2 方案二：預應力管樁(比選)

預應力管樁的施工工序為：在現狀地面基礎上填土至3 m標高→滿夯一遍→實施預應力管樁(采用靜壓或錘擊法施工)→填筑60 cm碎石墊層+2層鋼塑格柵→填筑路基土至路基頂面[2]。

技術指標：

1)滿夯的夯擊能為1 000 kN·m，最后兩擊的平均夯沉量不大于5 cm。

2)預應力管樁的直徑為0.4 m，正方形布置，樁端進入中砂層1 m，樁長根據淤泥質軟土的層厚確定。樁間距根據樁長及復核地基承載力確定；樁帽為正方形樁冒，邊長為1.4 m，樁帽厚度為0.3 m；墊層厚度為60 cm。

滿夯的處理范圍為路基坡腳外6 m，預應力管樁的處理范圍為1 000 kN·m滿夯交工面坡腳線外3 m。斷面布置基本同預制方樁。

3)預應力管樁設計參數見表3。

表3 預應力管樁設計參數一覽表

2.1.3 方案三：砂井+強夯+堆載預壓

砂井+強夯+堆載預壓的施工工序為：在現狀地面基礎上填土至3 m標高→施打砂井→滿夯2遍→填筑0.5 m粗砂墊層+填土至路基頂面→填筑1 m的超載土柱[3,4]。

砂井間距為1.7 m(袋裝砂井間距1.1 m)，砂井直徑為0.4 m(袋裝砂井直徑0.07 m)，等邊三角形布置，砂井平均長度17.5 m。強夯為滿夯，滿夯的夯擊能為1 000 kN·m，滿夯2遍。預壓期12個月。處理后一般路段工后沉降13 cm。

通過上述3種方案的論述，其優缺點如表4所示。

表4 地基處理設計方案比選表

本工程采用真空聯合堆載預壓方案預壓期約6個月，塑料排水板的造價約350元/m2。由于現場已填筑雜填土，含有大量的石塊，塑料排水板將很難實施，豎向排水通道需打設砂井，所以本工程沒有對真空堆載預壓方案做詳細的方案比選。

2.2 施工檢測與驗收

預制方樁的質量及施工要求應符合相關規定，沉樁質量及地基處理效果進行檢測，檢測時應符合下列規定[5-7]：

1)方樁沉樁完成后進行小應變法檢測樁身的完整性，小應變檢測的樁數不小于總樁數的10%，且不小于10根。

2)單樁豎向抗壓承載力靜載試驗檢測的樁數不小于總樁數的1%，且每個單位工程不少于3根。

3)復合地基承載力的檢測頻率不小于總樁數的0.3%，且每個施工作業點不少于3根，隨機抽取，檢測樁分布均勻。

以上檢測，驗收方案及方法宜與建設單位、質檢部門協商確認后方可實施。

2.3 沉降計算

復核地基承載力滿足設計要求，并且預制方樁的樁端持力層為中砂，樁端端阻力特征值較大，樁的沉降量將很小。根據現有的規范規程中的計算公式，無法有效的建立計算模型，所以從定性分析樁的沉降，并輔以路基的沉降觀測手段，控制路基的沉降。

3 結語

1)預制方樁為摩擦型樁時，可用復合地基承載力理論來估算其復合地基承載力，并用現場載荷實驗予以校驗。

2)軟土地基處理方案的比選要考慮采用方法的可行性、經濟性等設計因素。

3)由于地層中存在較大粒徑的石塊，預制方樁在施工過程中存在斷樁的情況，斷樁率較低，不影響方案的實施。

4)預制方樁處理軟土地基后的復合地基的沉降計算沒有有效的計算模型，需要結合工程實際做進一步的研究。

[1] 徐銓彪,陳 剛,賀景峰,等.復合配筋混凝土預制方樁抗彎性能試驗[J].浙江大學學報(工學版),2016,50(9):33-34.

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[3] 鐘禮明.袋裝砂井與超載預壓復合技術在軟基處理中的應用[J].基礎與結構工程,2013,1(31):11-15.

[4] 吳江斌,樓志軍,宋青君.關于塑料排水板的真空聯合堆載預壓軟基處理的位移反分析研究[J].公路交通科技,2003,20(6):55-57.

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[6] DB J08—40—1994,地基處理技術規范[S].

[7] JGJ 106—2014,建筑樁基檢測技術規范[S].

The application of prefabricated square pile in the treatment of soft subgrade

Li Kun

(QingdaoRuixiangintoMunicipalEngineeringDesignCo.,Ltd，Qingdao266000,China)

This paper analyzes the way of composite subgrade design about prefabricated square pile and reports the comparative analysis of on prefabricated square pile with other way of soft soil foundation treatment. The factors that should be considered in the treatment of soft soil foundation with prefabricated square piles are discussed, construction methods and testing methods are introduced, which provides reference for the design and application of precast square piles.

prefabricated square piles, composite subgrade, comparision and selection of design plan, PHC

1009-6825(2017)22-0064-02

2017-05-26

李 坤(1982- )，男，碩士，工程師

TU471.8

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