預應力混凝土管樁在高速公路軟土地基中的應用研究

摘要：為了解決高速公路改擴建工程中軟土地基承載力差等問題，采用預應力混凝土管樁進行軟基加固。通過對預應力混凝土管樁在軟土地基中的應用進行研究和分析，結果表明：單樁在豎向荷載作用下的承載機理主要受樁身自重和土體側向土壓力的影響，通過預應力技術，可以增強樁體的抗彎能力、提高承載能力；影響單樁承載力的主要因素包括樁徑、樁長、預應力水平等，其中，樁徑和樁長是影響承載力的關鍵因素。靜壓樁通過外部靜壓力將樁體沉入土體中，形成摩擦阻力和端阻力，從而提高樁體的承載能力。通過系統分析，可以更好地理解預應力混凝土管樁在軟土地基中的應用及其施工技術，為工程實踐提供參考。

關鍵詞：預應力混凝土管樁高速公路軟土地基承載力

ResearchontheApplicationofPrestressedConcretePipePilesinSoftSoilFoundationsofHighways

ZHOUJianhua

LiaoningRailwayVocationalandTechnicalCollege，Jinzhou，LiaoningProvince，121000China

Abstract：Inordertosolvetheissuesofpoorbearingcapacityofsoftsoilfoundationinhighwayreconstructionandexpansionprojects，thispaperadoptsprestressedconcretepipepileforsoftfoundationreinforcement.Throughtheresearchandanalysisof?;theapplicationofprestressedconcretepipepileinsoftsoilfoundation，theresultsshowthat：Thebearingmechanismofasinglepileunderverticalloadismainlyaffectedbyitsownweightandlateralearthpressure.Usingprestressedtechnologycanenhancethebendingresistanceofthepileandimprovethebearingcapacity.Themainfactorsaffectingthebearingcapacityofsinglepileincludepilediameter，pilelengthandprestresslevel，amongwhichpilediameterandpilelengtharethekeyfactorsaffectingthebearingcapacity.Thestaticpressurepileistosinkthepileintothesoilthroughtheexternalstaticpressuretoformfrictionresistanceandendresistance，soastoimprovethebearingcapacityofthepile.Throughsystematicanalysis，theapplicationandconstructiontechnologyofprestressedconcretepipepileinsoftsoilfoundationcanbebetterunderstood，andprovidingreferenceforengineeringpractice.

KeyWords：Pre-stressedconcretepipepiles;Highway;Softsoilfoundation;Bearingcapacity

隨著城市化進程的加快和基礎設施建設的不斷推進，軟土地基的處理成為了一個重要的問題[1]。預應力混凝土管樁以其承載能力高、施工周期短、效果顯著等特點成為了軟土地基處理的重要手段之一[2]。WUJT等基于高速公路進行了PHC管樁加固軟土地基的現場試驗研究[3]。王晨分析了內外側摩阻力的疲勞退化現象，結合內側摩阻力分析了土塞效應[4]。然而，在實際工程中，預應力混凝土管樁的施工技術和承載機理等方面仍存在一些問題，需要進一步研究和探討。因此，本文旨在對預應力混凝土管樁的工作原理、施工工藝流程和承載機理等方面進行闡述，以為工程實踐提供理論支持和技術指導。

1預應力混凝土管樁原理和特點

1.1預應力混凝土管樁的工作原理

預應力混凝土管樁是一種常用于軟土地基加固的工程技術，其工作原理涉及預應力技術和混凝土結構原理。

預應力技術是指在混凝土結構施工前施加預先設計好的預應力，通過預應力錨固系統，將鋼筋或鋼纜預應力，使混凝土在受力后具有一定的預壓應力。預應力技術可以提高混凝土結構的承載能力、抗彎能力和變形性能。混凝土具有優良的耐久性和抗壓性能，是一種常用的建筑材料。混凝土結構的原理是在混凝土硬化后形成的堅固結構，能夠承受外部荷載并傳遞至地基。

預應力混凝土管樁利用混凝土的高強度和耐久性，結合預應力技術，在軟土地基中提供穩定的承載能力。在預應力混凝土管樁施工前，通過預應力技術，在鋼筋或鋼纜中施加預應力。預應力作用使得混凝土在受到外部荷載后產生一定的預壓應力，提高了混凝土的抗壓性能和承載能力。預應力混凝土管樁的樁身通過地基錨固在軟土地基中，承擔外部荷載傳遞至地基的作用。混凝土管樁的高強度和穩定性保證了其能夠有效地承載外部荷載。在預應力混凝土管樁施加荷載后，樁身周圍的土體會發生固結現象，形成固結效應，增加了樁與土體之間的相互作用力，提高了樁的承載能力和穩定性。

1.2預應力混凝土管樁的特點

預應力混凝土管樁在施工過程中施加預應力，使混凝土樁體具有較高的抗壓、抗彎強度和承載能力，能夠承受較大的荷載[5]。預應力混凝土管樁的預應力作用使得樁體的變形受到控制，能夠有效地減小地基沉降和變形，提高路基的穩定性和均勻性。

預應力混凝土管樁的施工工藝相對簡單，可以在各種地質條件下進行施工，適用性廣泛。與傳統的地基處理方法相比，預應力混凝土管樁具有較高的經濟效益，能夠降低工程成本、提高工程的投資回報率。預應力混凝土管樁的施工過程中不會產生大量的污染物和廢棄物，對環境影響較小，符合可持續發展的要求。

2施工工藝流程

2.1前期準備階段

首先，對項目進行評估，對高速公路軟土地基的情況進行評估，確定需要進行加固的范圍和方案。其次，委托專業設計單位進行樁基設計，包括樁的類型、布設方案、預應力方案等，并經過相關部門審核。最后，根據設計要求，準備所需的預應力混凝土管樁、預應力鋼筋、混凝土等施工材料。

2.2施工準備階段

對施工現場進行布置，包括清理場地、劃定施工范圍、搭建施工臨時設施等[6]。同時，對施工所需的機械設備進行調試和檢測，確保設備正常運轉，并對施工人員進行安全培訓和技術培訓，使其熟悉施工流程和操作規程。

2.3樁基施工階段

根據設計要求，在施工現場進行孔洞鉆探，確定樁孔位置和深度。按設計位置進行沉樁，對樁基進行防腐、防水等防護工程，以延長樁體的使用壽命和穩定性。完成樁基施工后，進行質量驗收，檢測樁體的尺寸、強度等，評估施工質量。對施工現場進行清理和整理工作，清除施工廢料和設備，恢復場地原貌。做好施工記錄和檔案管理工作，記錄施工過程中的關鍵參數和數據。通過科學規劃、嚴格施工和有效控制，可以保證施工工藝的順利進行和質量可控，從而為高速公路軟土地基的加固提供了可靠的技術支撐。

3預應力管樁承載機理的分析

3.1豎向荷載下單樁承載機理的分析

樁端阻力主要通過樁底摩阻和端阻力來傳遞。軟土地基中，樁底的摩阻力通常較小，而樁端的端阻力則是主要的承載來源之一。側摩阻力是樁身表面與土體之間的摩擦力，其大小與土體的性質、樁身形狀和尺寸等因素密切相關。

單樁施加豎向荷載后，土體將產生側向變形，導致土體對樁身的側向約束，進而增加了樁體的承載能力。在工程實踐中，在不同的土質條件下承載方式會有所不同。

在砂土地基中，預應力管樁的承載方式主要是樁端阻力。在砂土地基中，樁端的阻力往往較大，主要承擔樁身的承載。由于砂土的排水性能較好，樁端阻力的傳遞相對較為直接和有效。而且，由于砂土的顆粒間隙相對較大，側摩阻力往往相對較小，不如樁端阻力對承載起主導作用。

在黏土地基中，預應力管樁的承載方式與砂土地基有所不同，樁身摩阻力更加突出。由于黏土的黏性較大，樁身表面容易與土體產生黏結，因此，樁身的摩阻力在黏土地基中往往起著重要作用。黏土的流變性較強，樁端的阻力通常相對較小，但在特定情況下仍可能起到一定的作用。

在淤泥地基中，預應力管樁的承載方式受到淤泥的特殊性影響，樁身的側摩阻力往往是主要的承載方式。由于淤泥的流變性和含水量較高，樁端阻力相對較小。由于淤泥地基的流變性，樁端的阻力相對較弱，因此，在設計中，需要特別考慮樁身的側摩阻力。

3.2單樁承載力影響因素的分析

單樁承載力是指單根樁在地基中所能承受的最大荷載，其大小受多種因素的影響。

3.2.1地層條件

不同類型的土壤對單樁承載力有不同的影響，一般來說，堅硬的巖石地層下的單樁承載力較大，而軟弱的土壤地層下的承載力較小。土層厚度對單樁承載力有顯著影響，當土層較薄時，樁端可能直接承受較大的荷載；當土層較厚時，樁身的摩阻力會起到更大的作用。

3.2.2樁的幾何形狀

樁的直徑和長度是影響單樁承載力的重要參數，一般來說，直徑較大和長度較長的樁具有更大的承載力。在相同地層條件下，不同形狀的樁的承載力可能存在差異。

3.2.3樁與土體之間的相互作用

樁端的阻力是單樁承載力的重要組成部分，受土層的類型和密實度、樁底形狀等因素影響。樁身與土體之間的側摩阻力也對承載力有重要影響，受樁身表面形狀和土壤的黏性等因素影響較大。

3.2.4荷載性質

不同類型的荷載對單樁承載力的影響有所不同，靜載和動載下樁的承載特性可能存在差異。荷載的大小和作用方式對單樁承載力的影響明顯，不同大小和不同作用方式的荷載可能導致樁的不同承載特性。

3.3靜壓樁沉樁機理的分析

靜壓樁是一種常用的樁基施工方法，用于加固土體、傳遞荷載或改善地基。

其沉樁工藝通常包括以下幾個步驟：（1）在樁位上開挖樁孔，并進行清理和加固處理，以確保樁孔的穩定并符合設計要求；（2）通過吊裝設備將預制好的樁身準確地放置到樁孔中，并進行水平和垂直定位；（3）通過靜壓設備施加垂直向下的力，使樁身逐漸沉入土層中；（4）在沉樁過程中，進行實時監測，包括樁身下沉速度、沉樁深度、樁身垂直度等參數，以及土層的反力和變形情況；（5）當樁身沉入設計要求的深度后，停止施加靜壓力，完成樁基的沉樁工藝。

沉樁過程中，需要注意以下幾個關鍵點：（1）控制施加的靜壓力和沉樁速度，以避免過快或過慢的沉樁速度對土層和樁身造成損害；（2）實時監測沉樁過程中的各項參數，并及時調整施工參數；（3）在沉樁過程中，要嚴格控制樁身的垂直度，確保樁身沉入土層的垂直度滿足設計要求。

4結語

本文對預應力混凝土管樁在軟土地基中的應用進行研究和分析。結果表明：（1）單樁在豎向荷載作用下的承載機理主要受樁身自重和土體側向土壓力的影響，通過預應力技術，可以增強樁體的抗彎能力、提高承載能力；（2）影響單樁承載力的主要因素包括樁徑、樁長、預應力水平等，其中，樁徑和樁長是影響承載力的關鍵因素；（3）靜壓樁通過外部靜壓力將樁體沉入土體中，形成摩擦阻力和端阻力，從而提高樁體的承載能力。

參考文獻

[1]鄭剛，張軍輝，章定文等.地基處理技術現狀與發展[J].土木工程學報，2024，57（7）：51-70.

[2]朱亞輝.PHC管樁復合地基在軟土路基處理中的應用分析[J].交通世界，2024，（Z2）：148-150.

[3]WUJT，YEX，LIJ，etal.FieldandnumericalstudiesontheperformanceofhighembankmentbuiltonsoftsoilreinforcedwithPHCpiles[J].ComputersandGeotechnics，2019，107（Mar.）：1-13.

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[5]魏明鵬.皖北地區高速鐵路PHC樁加固軟弱土地基承載及沉降特性研究[D].蘭州：蘭州交通大學，2019.

[6]張智紅.特殊地基綜合處治施工技術研究：以山東地區某高速公路為例[J].工程技術研究，2023，8（16）：66-68，181.