PHC管樁在淤泥質土道路地基處理中的沉降分析

龔波

摘要：PHC管樁自身具有施工速度快、承載能力大、造價低等優點，本文是在對淤泥質道路地基處理方法進行分析比較的基礎上，結合所給工程實例的各結構和該地區的地質條件，展開地基沉降處置分析。

關鍵詞：PHC管樁;淤泥質土;沉降

引言：

高強預應力混凝土樁（PHC）具有諸多優點如施工的速度較快、質量穩定、施工的成本較低等，現階段已經得到了業界的認可而廣泛運用，同時對于樁基的正確設計、施工和測試非常重要。近年來，對管狀PHC樁的荷載傳遞過程、受力機制和支護特性的研究引起了當地科學家的關注。基于此，下面詳細分析某基地的落點和位置，針對PHC管樁的運用處理具體分析其沉降情況。

1工程概況

某市一級城市道路工程起于下山區白鳳拜樂區，終止于馬紹區，全長21916公里。工程場地分布的軟土包括淤泥質土（1）、泥炭土和淤泥質土（2）。下面的軟土層是硬可塑性淤泥質土。根據現場地質調查和開挖，上述軟質地層情況如下：

淤泥質（1）：深灰色軟塑料。包含一些細沙和腐爛的木屑。鉆探發現，層厚0.60～8.30m，上層埋深0～6.80m，上層高程5.38～20.42m，屬于前一級松散土。巖土試驗測得，其天然含水量為35.0%，天然密度為1.82g/cm3，流動性指數為1.78，內聚力為7.3kPa，內摩擦角為5.3°，壓縮系數為0.785MPa-1.

泥炭土：黑色軟塑料。主要成分為黏土顆粒，其次為粉塵顆粒，富含有機物和臭味，含有少量污泥，有機物含量為15-20%。鉆孔顯示層厚2.50～11.80m，頂層深度0～0.60m，頂層高度20.27～21.24m，屬于一級松散土。其自然含水率為48.1%，自然密度為1.73g/cm3，流動性指數為1.09，內聚力為7.9kPa，內摩擦角為5.5°，壓縮系數為1.27MPa-1。

淤泥質（2）：深灰色軟塑料。主要成分是黏土顆粒，其次是富含有機物、氣味和少量黏液的灰塵顆粒。鉆孔表明，層厚為0.5011.00m，層頂深度為02.40m，層頂高度為17.89～22.22m，屬于松散Ⅰ類。其自然含水率為38.9%，自然密度為1.75g/cm3，流動性指數為0.87，內聚力為9.0kPa，內摩擦角為7.1°，壓縮系數為0.94MPa-1。

黏土（硬塑料）：黃棕色，塑料，部分硬塑料。由玄武巖風化殘渣形成，土質不規則，黏度中等。層厚1.50～11.40m，層埋深3.60～39.60m，頂層高度-17.55～16.75m。它屬于公共接地類II。其自然密度為1.90g/cm3，內聚力為28.0kPa，內摩擦角為15°。

為解決軟土地區CFG樁和輕質樁質量較差的問題，根據以前項目經歷，經與規劃院研究討論，修改了地基處理方案。用作復合地基地加固，樁端以粉砂黏土（硬質塑料）為基層，樁身排列成正方形模樣，堆疊距離為2m（圖1）。

為保證樁身貫穿粉質（硬塑料）基層，在現場開展壓樁操作時，必須考慮最后2m樁長的錘擊次數，錘擊次數6節拍。1m材料不得少于3個。如果錘頭數量不達標，需要增加樁長。

2單樁沉降量試算

用于地基處理的400mm PHC管樁均為長度相對固定的預制樁。然而，現場的樁筒倉位置井井有條。詳細實地勘察的勘探點數不能覆蓋一山一洞。基樁的深度和厚度未知。因此，為了對在實際工作操作運用的PHC管樁長度進行準確的計量，需要對單樁管樁的排放量進行試驗計算。估計管樁可穿透泥炭土和粉質黏土（硬塑料），管樁長度分別為9、10、11和12 m。根據相關技術規范的要求，對于“樁基”，考慮樁徑影響的附加應力采用mindlin求解法計算，沉降值采用層和法計算。計算結果如表1所示。根據實驗計算，長度為9～12 m的PHC管樁的預期下沉量約為110 mm。即使增加樁長，降低樁身下沉量的效果并不突出。

3數值模擬分析

對于該區淤泥質土和硬塑性粉質黏土層，單樁承載力主要取決于樁尖區硬塑性粉質黏土層提供的樁尖強度，以及最終阻力。淤泥質土的存在和硬塑性淤泥質土的加深事實上并不會在一定程度上提高限制樁頂的強度，這是提供單樁承載力的最重要因素。具體村莊數值模擬分析如下：

3.1模型分析

考慮到PHC管樁軟地基處理標準計算結果與樁土相互作用位置差異較大，本文主要運用ABAQUS有限元分析來分析工程的樁強度。事實上，由于地面的非線性，在打入管樁的過程中，使用了鋼制止樁器來封樁。因此，在數據建模過時主要在以下假設的前提下來進行計算：

1）土壤是根據Mohr-Coulomb模型建模的。

2）不考慮溫度負荷的影響。

3）打樁時不考慮PHC管樁中心孔地堵土作用。

4）根據線彈性模型考慮PHC管樁。模型樁長11m，豎向設計深度25m，橫向設計寬度25m，淤泥質土厚度4m和8m，其余土層為硬塑粉質黏土。

根據巖土試驗結果建立軟土和淤泥質土下墊層材料參數以均等土應力后，約束模型左右兩端的水平位移，水平和垂直位移偏移量為受約束模型的底部。

3.2結果分析

模型所得出的結果指出，在800 kN的法向力作用下，淤泥質土中4 m厚管樁的最大下沉量為118，653 mm。8 m 厚的管樁在淤泥質土中的最大下沉量為 126.202 mm。數值模擬中單樁的最大沉降量跟運用理論來進行統計所得出的最大沉降量沒有顯著差異，與實測最大沉降量也有顯著差異。橫向證明，地質報告中給出的地層力學性能參考值，事實上沒有考慮到現場的實際地層底土的力學特性，其也尚未得到充分探索。

如果考察兩種工況下樁周地面的荷載，可以看出樁周地面荷載主要集中在樁端。只要樁長保持不變，樁穿透剛性塑料污泥層的時間越短。淤泥質土與硬塑淤泥質土界面處的邊界效應越強，樁界面處硬塑淤泥質土的側向強度越大。結合樁位移效應圖和應力云圖，相同樁長的淤泥質土厚度對單樁下沉影響不明顯，單樁下沉主要看塑性。

對比樁周土應力云圖和ACYIELD云圖，在塑性位移狀態加載后，樁周土集中在8m厚的淤泥質土上，樁身主要集中在硬塑料上有所增加。周遭是泥濘的，通過樁邊上的黏土和泥土對淤泥質土與淤泥質土界面樁周地基破壞情況，分析了解到硬塑性淤泥質樁的樁端強度優先于樁側強度。

結語

根據給定項目的泥濘道路，大型建筑物的地基必須進行地質條件處理。比較現澆混凝土樁、預制樁和復合地基。管樁（PHC）具有施工快、承載能力高、造價低等優點。綜上所述，本項目地基處理方案推薦管樁（PHC）。為了能夠對PHC 管樁在淤泥質土地處理中的工作行為進行深入的研究，使用標準分析方法來分析和測試單個 PHC 管樁的沉降。本研究發現，對于硬塑性粘土粉砂層的某些設計，增加樁長對減少單樁沉降沒有明顯影響，但對樁承載力有顯著影響。

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