PHC 管樁在高速公路軟基處理中的應用研究

劉文慶

（安徽省交通控股集團有限公司，安徽 合肥 230088）

如果將高速公路修剪在軟土區域，這就需要施工人員率先處理一系列問題，如：側向變形太大、承載力較低、沉降不均勻、路堤缺少穩定性等。當前，在軟土區域修建高速公路時，應更好的處理以下兩方面問題：首先，加快沉降地基土固結，例如真空預壓、打設排水體等；其次，強化地基土，抑制沉降，比如從豎向設計增強體、超載預壓等。其中，軟土地區修建高速公路時使用的各種解決問題的方法自身擁有優點與缺點，比如，袋裝沙井施工非常便利，更容易加強對施工質量的控制，不需要耗費更多資金；樁承式加筋在一定程度上可以減少施工期限，明顯降低沉降或者是不均衡沉降，具有較強的適用性；PHC 管樁具有較高的承載力，施工進度快[1]。

如今，PHC 管樁我國的生產技術成熟、種類和規格齊全、相關的應用技術更加完善。目前，在建筑施工中廣泛應用了預應力高強的混凝土管樁，根據相關數據統計的可以得知，其在樁基市場中所占比例超過80%。預應力高強混凝土管樁在建筑市場中得到廣泛應用的具體因素是其自身的穿透力非常強，并且耐打、耐壓，具有非常高的單樁豎向承載力，能夠抵御一定級別的地震，耐久性良好，成本小，能夠減少施工期間，施工現場干凈整潔，得到施工范圍、業主及設計人員的一致青睞[2]。

在合肥某高速公路改擴建工程中，增加了PHC300 A 70 型管樁軟基處理方案，這能有效減少新建拼寬路基工后沉降以及與既有路基和樁板式無土路基之間的差異沉降。

1 水文地質概況

1.1 地形、地貌

本文研究的高速公路所修建的地區是江淮沖積平原，地形非常平整，微地貌屬于一級階地。

1.2 地層巖性

1.2.1 前第四紀地層

場地前第四紀地層為第三系定遠群（E1dn）粉砂質泥巖，埋深較大，一般在23.3～31.0m 之間。呈暗紅色，巖性極軟，伏于第四系地層之下。

1.2.2 第四紀地層

施工區域中分布非常全面，通常是第四系，全新統、粉質黏土及上更新統沖擊黏土等。其中A 匝道的南側主要包括新近填筑的雜填土，溝塘位置包括第四系全新統沖擊淤泥質黏土等。

1.3 地質構造

項目區位于下楊子海槽和淮陽古陸邊緣地帶，發育的構造主要為郯廬斷裂、肥西-韓擺渡斷裂及肥東盆地等。項目區第四紀以來未見活動性斷裂發育，對工程影響較小。

1.4 新構造運動與地震

自從第四季之后，施工范圍地殼運動主要以周期性階梯式進行上升與下降。全新世是我國最年輕的地質年代，區域范圍中大多數地區依然出現程度不一的地殼抬升與河流下切的情況，有的地區出現連續性的沉降運動。還沒有探索到第四紀以來的活動斷層。

如果場地的地震峰值加速度是0.10g，地震動反應譜特征呈現的周期是0.35s，則場地類型是二類，屬于一般類型的抗震場地。

1.5 特殊性巖土

1.5.1 雜填土

根據現場調查及勘察結果，雜填土主要為工地建設棄土，為新填筑，松散，一般高于原地面，堆筑成高低不等的土坡，成分較雜，混凝土塊等建筑垃圾，且分布不均，厚度一般在1.2～4.2m 之間。

由于雜填土填筑時間短、固結性差，承載力低、易變形，且均勻性差，不宜作為路基填料使用。

1.5.2 膨脹土

項目區范圍內廣泛分布的第四系上更新統黏土和粉質黏土，通過對采集樣本結果進行分析可以得知，自由膨脹率控制為37.0%～45.0%范圍中，標準吸濕含水率在2.91～5.86%之間，為弱膨脹土。

膨脹土自身具有的特征是遇水膨脹、失水收縮，可以直接影響建筑工程的施工質量。

1.5.3 軟土

項目沿線軟土零星分布于沿線塘底，根據現場調查及勘察結果，主要為淤泥質黏土及軟塑狀態黏性土，厚度2.7～3.5m。

1.6 氣象

本項目施工地區地處于江淮中間，是亞熱帶濕潤性季風氣候，整年溫度冬冷夏熱，春秋溫度柔和。項目施工地區中在7 月份經常下雨，平均約173.9mm；12 月份降水最少，平均為28.2mm。

2 設計要點

2.1 拼寬路基

AK0+000～AK0+206.371 和AK0+306.371～AK0+507.3段樁板式無土路基與既有路基之間為常規拼寬路基，采用AK0+206.371-AK0+306.371 段溝塘淤泥換填方案，清淤后應鋪設40cm 厚碎石墊層，見圖1。

圖1 樁板式無土路基與拼寬路基搭接圖

為減少新建拼寬路基工后沉降以及與既有路基和樁板式無土路基之間的差異沉降，AK0+000～AK0+206.371 和 AK0+306.371～AK0+507.3 段增加PHC300A70 型管樁軟基處理方案，樁的長度是10 米，在樁頂設計一個正方形鋼筋土樁帽，該土樁帽的長為10cm、寬為10cm、高為25cm，樁頂埋入樁帽5cm，設置40cm 厚8%灰土墊層在樁帽頂部，墊層上下滿鋪高強土工格柵，墊層頂部高程不得高于樁板式無土路基一側地面高程，即PHC300A70 型管樁樁頂高程需低于樁板式無土路基一側地面高程60cm 以上，具體可根據現場情況進行調整，同一廣場內需確保高程一致，PHC300A70型管樁按梅花形布樁，樁間距2 米，外側與PHC500B100 型管樁樁間距亦為2米，內側與既有路基開挖臺階距離不小于1 米，PHC300A70 型管樁施工以樁長控制，錘擊法，施工單位應合理選擇錘重，避免爆樁，垂直度應滿足相關規范要求。

拼寬部分三角漸變段內，使用C15素混凝土回填路基，可設置混凝土擋墻收坡腳，見圖2。

圖2 預應力管樁處理軟基布置圖

2.2 沉降計算

根據現場踏勘情況及設計經驗選取典型截面進行路基沉降驗算。該區域內的詳細地層分布情況如表1 所示。

表1 地層分布情況

根據勘察結果及相關規范，地基處理設計參數詳細情況如表2 所示。

表2 地基設計參數推薦值表

綜合考慮各方面因素，在本文中采用分層總和法計算該路段的路基沉降問題。

計算公式：

得到沉降量為0.12m。

由于軟基的計算沉降量和實際沉降量相比非常小，通過修改后的路基沉降量計算公式如下：

s=ms＇=1.3×0.12=0.156m

3 施工要點

3.1 現澆板施工要點

3.1.1 混凝土澆筑以前需要嚴格檢查保護層墊塊的位置、緊固程度及保護層墊塊的數量。綁扎墊塊與鋼筋的鐵絲頭應使用相關工具切掉，避免其進入保護層中。為了確保鋼筋定位的精準性，可以使用定型生產的纖維砂漿墊塊。

3.1.2 PHC 管樁身在施工時的垂直度難免會出現誤差，該誤差值不能超過H/1000。

3.1.3 精準控制樁頂位置與高程要求，確保頂面平整光滑。

3.1.4 構件模板應具有足夠剛度、強度及穩定性，防止預制構件變形，宜采用鋼模板，模板長、寬高差容許誤差為+0，-1，肋高±3mm，板面局部平整度為1mm，采用2m 靠尺，塞尺檢查。

3.2 管樁的預制要點

管樁進場之前，應安排專業人員對其質量進行檢驗，符合當前實施的國家標準《先張法預應力混凝土管樁》的要求后，方可進入施工現場。

3.3 管樁施工要點

3.3.1 根據設計圖確定軸線與樁位，經過重復審核沒有錯誤后，驗收符合要求方可繼續施工。

3.3.2 管樁進入現場后，必須對管樁產品合格證及規格和型號、管樁的尺寸偏差、外觀質量、管樁端板連接部件、管樁結構鋼筋、管樁樁身破損情況等進行檢驗。

3.3.3 樁尖的高度、幾何尺寸、厚度等需要與設計的要求相匹配。

3.3.4 沉樁期間，需要時常留意樁身是否出現傾斜或者是移位的情況。

3.3.5 高速公路施工建設期間，需要安排專人監控垂直度，如果發現異常應及時調整校正。

3.3.6 管樁上下段板表層和破口位置需要確保整潔、干燥。

3.3.7 接樁過程中，上下樁段的錯位偏差不能超過2mm。

3.3.8 焊接過程中，首先在坡口位置保持焊點的對稱，當固定好上下樁節后，接著對稱、逐層焊接，焊縫需要保證連續、飽滿。

3.3.9 樁接頭焊接好之后，需要冷卻15 分鐘后，方可連續沉樁。

3.3.10 樁頭高出地面的部分應保護。

3.3.11 施工過程中需要密切監測樁頂高程，出現上浮時需要復打。

3.3.12 試樁與工程樁檢驗

（1）在管樁工程樁正式施工前，應由承包方先行組織專項試樁，每2 聯設置一組（2 根），全線共6 組，試樁過程應進行嚴格控制與檢驗。現場試樁須做好各項記錄，并由設計、監理人員簽字確認，并將試樁相關數據向業主、設計、監理反饋。

（2）施工完成后，需要完整性檢驗管樁的豎向和水平方向的承載力與樁身。

檢驗試樁：選擇三組六根試樁使用靜載荷法和高應變動測法對比試驗豎向承載力，選擇兩組四根試樁使用靜載試驗法對單樁水平進行檢驗。

檢驗工程樁：采用靜載荷法對單樁豎向承載力的樁進行檢驗時，樁的數量不能低于總樁數的2%；對所有工程樁樁身的完整性進行檢驗，如果工程樁樁身存在問題，應及時處理有缺陷的樁基，處理之后需要采用靜載試驗方法對單樁豎向進行檢測，以便于明確其承載力與要求是否相匹配。

3.3.13 管樁持力層是粘土層，施工時需要將樁長控制作為中心，貫入度控制發揮輔助作用。

4 結論

高速公路施工建設過程中，軟土地基的處理是經常碰見的問題。此篇文章研究過程中將項目工程的具體狀況當作參考使用PHC 管樁處理軟土地基，符合迅速施工要求，同時可以加強對沉降速度的控制，能夠為想同類型的工程施工提供相應參考；本文敘述了PHC 管樁設計、施工要點，積累了相關經驗，可為相似的路基處理案例提供參考具有現實推廣的意義。