PC管樁在深層軟土地基路橋銜接段基礎處理中的應用

仇振宇

（同濟大學建筑設計研究院（集團）有限公司，上海市，200092）

0 引言

為提高地基承載力、減少道路由于基礎的不均勻沉降而引起的病害問題，在軟土地質發育的地區，公路及市政道路的建設往往需要優先對于軟弱土層進行處理，尤其是路橋銜接路段，對于基礎的處理能有效地防止或延緩“橋頭跳車”現象的出現。

目前，對于深厚層軟土地基的處理方法主要有排水固結法、水泥粉煤灰碎石樁（CFG樁）及水泥土攪拌樁等方法。其中，排水固結法的預壓期較長，對于對工期要求較短的工程適用性較差；水泥粉煤灰碎石樁與水泥土攪拌樁等受施工工藝、施工機械，以及土壤有機質含量等因素影響，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[1]。

我國東部、南部沿海省份是我國深層軟土地基分布最廣泛的地區。如何更好地處理軟土地基，以減少道路病害的發生既是城市建設的現實需求，也是經濟發展的有效保證。本文以沈海高速公路泉州機場連接線工程為實例，來分析預應力混凝土管樁（PC管樁）在深層軟土地基路橋銜接段基礎處理中的應用。

1 工程概況

1.1 項目概況

沈海高速公路泉州機場連接線是福建省晉江市路網規劃中南北向重要的骨架道路之一，既是晉江機場客貨運集散的主要通道，也是新增沈海高速公路池店出入口的主要集散道路之一，還是晉江北部、江南池店組團內部最重要的交通性主干路，越江交通的重要集散道路。

道路等級為一級公路，同時兼具城市交通性主干路功能，紅線寬度60 m，計算行車速度為主線60 km/h，輔道40 km/h。道路全線分成高架段及地面段兩部分，其中，深層軟土地基主要分布于地面段部分。該項目地面段道路橫斷面為雙幅路結構，具體布置為：7 m（人非共板）+19 m（機動車道）+8 m（中央分隔帶）+19 m（機動車道）+7 m（人非共板）=60 m。

1.2 地質概況

擬建道路沿線地貌單元為坡殘積臺地向海積階地過渡，沿線地形起伏較大。其中，地面段沿線均為海積階地。該項目K4+220處路橋銜接段上部覆蓋層主要為雜填土（Qml）、海積層粉質粘土淤泥及中砂下伏為燕山早期侵入的花崗巖及其風化帶?，F分述如下。

雜填土①1（Qml）：灰褐色，松散，以回填的建筑垃圾為主，回填的時間短，未經過專門的壓實處理，厚度為1.00～2.80 m。

粉質粘土②（Q4m）：灰黃色，軟塑-可塑狀，天然含水量為27.3%，孔隙比為0.832，以粘粉粒為主，含少量的細顆粒，,干強度中等，中等韌性，無搖振反應，海積而成，厚度為0.90～2.60 m。

淤泥③（Q4m）：灰色，深灰色，流塑狀，天然含水量為54.2%，孔隙比為1.637，含多量的有機質及一些腐植質，局部夾有薄層粉細砂，干強度高，高韌性，無搖振反應，海積而成，層頂標高為0.40～3.77 m，厚度為0.90～19.70 m。

中砂④（Q4m）：淺黃色，黃色，松散，局部稍密，飽和，含少量的粉細砂、泥質，厚度為0.70～9.60 m。

地基承載力基本容許值見表1所列。

表1 各層地基承載力基本容許值一覽表

1.3 技術方案分析

項目所在地由于處于深層軟土地基廣泛分布地區，“橋頭跳車”現象一直是影響當地道路品質及交通安全的重要因素。根據當地以往工程經驗，路橋銜接段基本采用CFG樁或水泥攪拌樁進行處理，這兩種處理方式都有著工程經濟性好、施工周期短的特點，但由于處理深度有限，以及軟土本身性質影響，在一些區域處理效果并不理想，無法有效地減緩工后沉降的產生，竣工幾年后“橋頭跳車”現象依然會產生。因此，該項工程采用PC管樁對深層軟土地基處路橋銜接路段進行處理。

2 PC管樁技術特點

PC管樁是采用先張法預應力工藝和離心成型制成的一種空心圓筒狀混凝土預制構件[2]。PC管樁有如下優點：（1）單樁承載力較高，PC管樁樁身混凝土強度等級不低于C60，且PC管樁一般以密實的砂層及強風化層作為持力層，進入持力后，由于樁尖的擠壓作用，可有效地提高樁端承載力；（2）PC管樁規格多樣，接長方便，可在施工現場根據地質條件的變化調整樁長，節省用樁的數量；（3）運輸施工方便，施工速度快、工效高，樁的穿透力強，樁身質量檢測方便，可靠性高。

3 工程方案及沉降觀測分析

3.1 工程方案

該工程PC管樁處理范圍為九十九溪大橋北側（K4+193.307～K4+233.307），樁身混凝土強度等級不低于C60，直徑為400 mm，壁厚75 mm，在平面呈矩形布置，沿道路中心線縱向樁間距2.0～2.5 m，橫向樁間距2.0 m，樁端持力層選用中砂層，樁長以穿透持力層不小于1.0 m控制，樁頂設置樁帽，樁帽頂部設置60 cm碎石加一層鋼塑土工格柵的褥墊層。

3.2 單樁承載力特征值計算

式中：up為樁周長，m；n為樁長范圍內所劃分的土層數；qsi為第i層土的樁側摩阻力特征值，kPa；qp為樁端土承載力特征值，kPa；a為柔性樁樁端天然地基土的承載力折減系數；li為第i層土的厚度，m；Ap為樁的截面積，m2。

計算：Ra=π×0.4×（40×1.5+10×16.4+50×1.1）+2500×π×0.22≈650（kN）

3.3 復合地基承載力特征值計算

式中：fsp為復合地基承載力特征值，kPa；m為PC管樁面積置換率；Ra為單樁豎向承載力特征值，kN；Ap為樁截面積，m2；fsk為處理后樁間土的承載力特征值，kPa；β為樁間土的承載力折減系數，不考慮樁間軟土作用時可取0，樁間為硬土時可取0.1～0.4，樁間為硬土時可取 0.5～1.0。

計算得復合地基承載力特征值fsp=192 kPa。

根據上述理論計算結果，處理后地基承載力較處理前顯著提高，滿足工程設計要求。

3.4 沉降觀測

為檢驗PC管樁對于控制路基工后沉降的作用，該工程在PC管樁施工的同時，在路基兩側及中線處分別設置沉降盤，對不同時期路基的沉降進行觀測，表2為路基填土高度、填筑時間與沉降量的觀測記錄數據一覽表。

通過理論計算與沉降觀測（見圖1），該工程選用PC管樁處理方案達到預期處理效果。因此，該處理方案在該工程基礎處理中較為合理。

4 結 語

預應力混凝土管樁（PC管樁）在深層軟土地基路橋銜接段基礎處理上較排水固結法、水泥粉煤灰碎石樁（CFG樁），以及水泥土攪拌樁等傳統處理方式優勢明顯，且處理效果更優于傳統處理方式，尤其是對工后沉降的控制，更是有著傳統處理方式無法比擬的效果。其成樁質量可靠、施工周期短、處理效果顯著的特點將隨著在不同工程中的推廣應用，進一步得到凸顯。因此，隨著工程經驗的累計，通過更加合理的設計選型、處理方案的選定，以及不斷完善施工期間的良好組織控制，預應力混凝土管樁（PC管樁）在公路，以及市政道路的建設中的應用必定會更加廣泛。

表2 填土高度-填筑時間-沉降量觀測數據一覽表

圖1 填土高度-填筑時間-沉降曲線圖