預應力管樁及土工材料復合處理在橋臺軟基中的應用

陳鳳英

摘 要：指出了路橋過渡段施工質(zhì)量的重要性，接著研究分析了過渡段施工過程中可能出現(xiàn)的問題，主要從沉陷、裂縫等方面進行了介紹。最后從選擇材料、控制沉降等方面介紹了主要采用的相關施工方法。預應力管樁及土工材料復合路基在保證路橋過渡段施工質(zhì)量、解決路基的不均勻沉降問題起到關鍵作用，具有推廣價值。

關鍵詞：預應力管樁；土工材料；軟基；施工應用

目前，公路為人們的出行帶來很大的便利，逐漸成為人們生活中不可缺少的部分，因此，人們對于公路的質(zhì)量要求也越來越高，尤其是公路路橋的過渡段。對于橋頭深厚軟基地段處治不到位，或設計不科學常造成橋頭跳車等各種問題，影響行車舒適性，并直接威脅行車安全。尤其是在深厚軟基中的橋臺路基處理更是復雜，所以路橋過渡段的施工是路橋施工過程中的重點，也是難點。下面將介紹公路路橋過渡段施工中遇到的主要問題及采取的主要施工技術措施。

1 工程概況

福永高速項目A2合同段地處淤積平原，廣泛分布淤泥層，道路沿線主要為灘涂、田地、池塘、河溝、魚塘及水溝等，表面為1.5m～2.0m的耕土（粘土）層，其下為淤泥層，厚度為26～50米。該段軟土具有天然含水量高、孔隙比大、壓縮性搞、透水性差、力學性差等特征。對路基機橋涵基礎工程沉降、穩(wěn)定有較大的影響。

軟土路基處理主要控制路基工后沉降和穩(wěn)定性。設計按照一次性鋪筑路面考慮，采用路面完工15年內(nèi)工后沉降控制。一般路段工后沉降S≤30CM，與涵洞或箱型通道銜接處工后沉降為S≤20CM，與橋臺相鄰處工后沉降S≤10CM。橋梁基礎均采用樁基礎，樁基礎承載能力大、孔底沉渣厚度要求小于3cm，工后沉降小。若與橋梁相鄰部位不采取適當措施處理，將造成較大的沉降差異，產(chǎn)生橋頭跳車、沉陷、裂縫等病害。

2 路橋過渡段施工中出現(xiàn)的主要問題

2.1 沉陷問題

公路路橋在使用過程中，在深厚軟基路橋中柔性結構的路面和剛性結構的橋面相連接的區(qū)域即過渡段，因臺后回填的密實度達不到要求或基底沉降等原因可能出現(xiàn)比較嚴重的沉陷問題。

2.2 裂縫問題

在公路路橋的實際施工過程中，因有些施工人員的技術水平的不高可能造成施工結果不完全符合規(guī)范要求，除此之外，一些實際操作和客觀環(huán)境也給施工結果造成一定的影響。在施工過程中，未能做到相鄰的路基與臺背填土工程同時進行，在路面上可能會出現(xiàn)一定的裂縫。

2.3 橋頭跳車問題

橋頭跳車主要是因為灰劑量的設計不能滿足相應的施工要求及臺背處回填土的壓實度不符合要求，而且，結構整體強度較差，造成其在車輛等荷載的長期作用下出現(xiàn)沉陷現(xiàn)象。橋頭路堤多數(shù)情況下處于天然地基之上，假若在臺背回填之前不對其進行徹底的處理，地基將會由于車輛荷載以及填料的長期作用下發(fā)生很大的變形，然而橋涵構造物多使用剛性基礎，其自身沉降很小，如果在橋頭路面的鋪筑工程之前路堤土的變形沒有基本完成，那么將會出現(xiàn)不均勻沉降的問題，進而造成跳車現(xiàn)象。

針對這一工程中比較難以處理的問題，結合福州瑯岐環(huán)島路建設工程軟基處理方案，在過渡段采用了變樁長和變樁距的預應力管樁及加設碎石墊層及土工材料復合地基處理技術，使橋頭過渡段的沉降差控制在容許范圍內(nèi)，成功地解決了橋頭過渡段的工后沉降問題。

3 路橋過渡段采用的主要方案

為確保橋頭路段路基穩(wěn)定劑沉降滿足使用要求，設計采用PTC樁復合地基進行軟基處理。管樁采用PTC-0400X60預應力管樁，樁身設計強度為C60混凝土，按正方形布置，橫向一般路段打至邊坡線，橋臺路段打至錐坡基礎邊線，樁間距為2.8m～2.4m，樁長為40～30米，上面布設樁帽。同時回填50cm的級配碎石砂墊層，雙向土工格柵放置在級配碎石砂墊層中間。橋頭要求從填方基底至路床部分壓實度為96%，同時對臺后填土與一般填土路基填土之間采用挖臺階過渡，臺階寬度為2m，高度為0.6m，在每層臺階頂鋪設雙向土工格柵，以增強路基整體強度，減少不均勻沉降。橋梁臺后路基處理長度為30米。見圖1所示。

預應力混凝土管樁具有質(zhì)量穩(wěn)定可靠、單樁承載力大、抗彎性能好、工期短、工后沉降和不均勻沉降較小、施工現(xiàn)場文明等優(yōu)點。在處理深厚軟土地基、充分發(fā)揮樁間土的承載力上有獨特作用。

針對本工程的具體情況，為解決橋頭跳車及減少不均勻沉降問題，在橋頭軟基過渡段采用了變樁長與變間距的預制管樁復合地基處理技術處理深厚軟土層，并通過設置褥墊層及樁帽來保證樁與土共同承擔荷載，并對橋梁軟基處理末端進行超載預壓6個月，希望使過渡段的工后沉降差能滿足行車的要求。

4 使用材料及施工要求

4.1 PTC管樁施工

PTC管樁外徑為400mm，壁厚為60mm。樁身混凝土強度為C60，樁身外觀質(zhì)量合格無破損、無裂縫現(xiàn)象。

因施工地點距離村莊較近，周圍環(huán)境對噪音要求較高，所以采用靜壓法。結合具體工程地質(zhì)情況，沉樁設備自重與配重合計2400KN，沉樁設備配有加載反力讀數(shù)系統(tǒng)。

因施工場地地基承載力較小，所以在施工前用宕渣將場地硬化處理，以便滿足設備行走的要求。用測量儀器將施工段落的樁位一一放出，并用竹簽標示，然后人工將管樁樁尖埋設就位。

管樁調(diào)正位置后，啟動沉樁機械開始沉樁，并調(diào)校管樁垂直度。沉樁過程中注意觀察加載反力讀數(shù)變化是否正常。若發(fā)現(xiàn)異常，及時停止沉樁，檢查沉樁機械是否平穩(wěn)或地質(zhì)是否與地質(zhì)報告符合等。

采用鋼端板焊接法進行接樁，當管樁的上端距離地面1m左右時，即可接樁。接樁前，先將下段樁頂清除干凈，加上定位板。然后，把上段樁吊至合適高度，將其放在下段樁端板上，依靠定位板將上下樁段接直。如果接頭處有空隙，應采用楔形鐵片全部填實焊牢，接口處坡口槽電焊應分層對稱進行，焊接時應采取措施減少焊接變形，焊縫應連續(xù)飽滿（滿足二級焊縫），焊后應清除焊渣，檢查焊縫飽滿程度。單樁接頭不宜超過4個，結束后用液壓千斤頂式截樁機截樁。

4.2 科學選擇級配碎石及砂

路橋過渡段施工過程中所使用的級配碎石級配、碎石粒徑以及相關的材料性能應該滿足相關規(guī)范要求。材料顆粒粒徑在22.4mm以上的粗顆粒中要有質(zhì)量百分率大于等于30%的破碎面顆粒；粒徑小于0.02mm的顆粒的質(zhì)量百分率不得超過3%。選擇品質(zhì)良好的原材料是保證級配碎石整體質(zhì)量的有效措施，要保證最終混合而成的級配碎石材料的級配、粒徑以及相關指標滿足規(guī)范要求。碎石含量為70%，砂含量為30%。路橋過渡段的級配碎石的粒徑級配應滿足表1的要求。

碎石貫砂要用壓力機進行碾壓密實。

4.3 選用合適材料按要求填筑

在進行填筑施工時，要選擇使用合適的填筑材料才能夠有效地保證工程的施工質(zhì)量。填筑材料應該滿足一下兩標準：一是材料中不含有泥土塊和有機物質(zhì)，二是材料配制科學合理且含水量符合要求，在最佳含水量范圍內(nèi)。為了控制填筑材料的含水量，需要在施工之前對材料進行取樣，檢查其含水量，假如測定的材料的含水量太大，可以添加一定的含水量小的填筑材料進行攪拌，還可以將材料進行晾曬。

施工中應先將橋臺和臺后過渡段的軟基做全斷面的復合地基，軟基處理后再進行橋梁的樁基施工，橋臺與路堤銜接部位同步填筑與碾壓，在大型壓路機不易施工的邊角要用小型設備進行夯實。

施工中還要嚴格控制填土速率，以保證路基的穩(wěn)定。嚴格控制壓實度，確保壓實度在96%以上。

4.4 土工材料必須符合要求

級配碎石砂加筋墊層土工合成材料采用雙向鋼塑復合土工格柵，格柵的強度不小于80KN/m，對應的變形率小于3%。鋪設時，受力方向應順路堤橫斷面方向全幅鋪設，橫斷面方面不能搭接。多層鋪設要求上下接縫交替布置，錯開50cm。鋪設時應保持連續(xù)性，不要出現(xiàn)扭曲、褶皺、重疊現(xiàn)象，鋪設后要盡快填土，避免暴曬。

5 沉降觀測分析

通過埋設的沉降盤數(shù)據(jù)進行觀測，并進行數(shù)據(jù)的整理，見表2。

根據(jù)觀測數(shù)據(jù)可以看出：①隨著樁長減小及樁間距的變大，預制砼管樁處理段中的各測點沉降值變大；②堆載預壓加固段的沉降遠大于預制管樁處理的復合地基段。

通過這種方法處理，管樁及土工材料復合處理路基沉降影響十分顯著，可以較為理想的解決了路橋銜接段的問題，協(xié)調(diào)了路基的不均勻沉降問題，提高了行車舒適性，保證行車安全。

6 結語

預應力薄壁管樁復合處理在解決路基沉降特別是橋頭沉降方面具有明顯的優(yōu)越性，生產(chǎn)采用工廠化、工后沉降小，施工方便?？墒箻蚺_樁基、預應力混凝土管樁路段和普通排水固結處理路段之間的工后沉降能夠平穩(wěn)過渡，減小橋頭路段的沉降差異、效果理想，對改善橋頭跳車等問題的起到很好的作用。但其缺點為成本比較高。綜合而言，該工藝不失為一種實用的地基處理方法，值得推廣應用。

參考文獻

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