預(yù)應(yīng)力管樁在深厚、復(fù)雜軟土地基加固中的應(yīng)用

朱祚紅

（中鐵二十四局集團(tuán)福建鐵路建設(shè)有限公司，福建 福州 350000）

預(yù)應(yīng)力管樁強(qiáng)度高、施工方法簡單、施工速度快捷、施工成本低、施工污染小，被廣泛應(yīng)用于樁基建設(shè)中。預(yù)應(yīng)力管樁在深厚、復(fù)雜軟土地基加固中應(yīng)用，能有效提高地基承載力、減少路基沉降、防止橋頭跳車等，在應(yīng)用過程中一定要掌握好預(yù)設(shè)方法，借鑒同類工程經(jīng)驗(yàn)，利用預(yù)應(yīng)力管樁的承載力實(shí)測，比較各個(gè)工序施工特點(diǎn)，提高地基的堅(jiān)固性。顯示出預(yù)應(yīng)力管樁在深厚、復(fù)雜軟土地基加固中應(yīng)用中的經(jīng)濟(jì)性與優(yōu)越性。

一、預(yù)應(yīng)力管樁特點(diǎn)

預(yù)應(yīng)力管樁是一種新型基樁，它是由專業(yè)廠家采用一定的工藝技術(shù)利用蒸汽養(yǎng)護(hù)而成，是一種細(xì)長空心混凝土構(gòu)件。目前比較常用的預(yù)應(yīng)力管樁類型由：PHC型、PTC型、PC型等，管樁按照玩具的大小劃分可以分為A型、AB型和B型，其中B型最大，A型最小。從工程實(shí)際來看，它比傳統(tǒng)樁基具有很多優(yōu)勢，比如管樁樁身質(zhì)量穩(wěn)定、承載力高、施工工期短、造價(jià)經(jīng)濟(jì)等；另外管樁規(guī)格較多，所以在配備樁基方面比較方便，所以近幾年預(yù)應(yīng)力管樁被廣泛應(yīng)用于民用建筑、公路、鐵路建設(shè)等工程中。

二、深厚、復(fù)雜軟土地基特點(diǎn)及加固中存在的問題

（一）深厚、復(fù)雜軟土地基特點(diǎn)

近幾年城市化建設(shè)不斷加快，我國很多城市位于內(nèi)陸湖相沉積帶、河流沖擊帶上，此地帶分布大量的軟土、淤泥、粉細(xì)砂等軟土土層，所以通向城市的鐵路無可避免的要經(jīng)過深厚、復(fù)雜的軟土地基。這種地質(zhì)底層結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，軟土層在縱橫向分布上結(jié)構(gòu)變化比較大，軟土固結(jié)程度不均勻，特別是粘性土體異性顯著，物理學(xué)指標(biāo)很低，而且變異性比較大，軟土層深厚等，這些軟土特征都是導(dǎo)致地基加固困難的原因，影響地基加固效果。

（二）高速鐵路地基加固措施及存在的問題

高速鐵路建設(shè)中要求路基工程有足夠的承載力，以便提高路基邊坡的整體穩(wěn)定性，一般情況下這些要求地基樁基一般措施也能解決，但是對于高速鐵路對路基工程剛度要求比較高，路面的縱向平順性尤為重要，需要在工程設(shè)計(jì)中嚴(yán)格控制沉降標(biāo)準(zhǔn)。在深厚、復(fù)雜軟土地質(zhì)修筑路基時(shí)，需要對軟土地基進(jìn)行加固處理，普通的加固方式并不能取得較好的結(jié)果，在施工中存在較多的問題。

表1 福鐵路軟土特點(diǎn)

1 加固措施的限制

鐵路建設(shè)中對深厚、復(fù)雜軟土地基進(jìn)行加固處理時(shí)，普通的排水固結(jié)、輾壓等加固方式加固深度比較淺，達(dá)不到高速地基要求。必須采用復(fù)合地基或者樁基方式進(jìn)行加固，所以普通加固方式受地質(zhì)條件和加固措施的影響，限制性較多，可供選擇的范圍比較小。

2 成樁質(zhì)量分析

一般加固措施在深厚、復(fù)雜軟土地基中成樁難度比較大，而且成樁質(zhì)量不高，即便在施工中采取特殊的施工工藝，也會頻繁出現(xiàn)斷樁、徑縮等不良現(xiàn)象，導(dǎo)致地基加固質(zhì)量降低。據(jù)工程實(shí)踐顯示，在此類地基上不宜采用砂石柱，從加固深度方面來看，加固深度一般不會超過20m；水泥攪拌樁在處理深度超過15m的深厚、復(fù)雜軟土地基中也比較難以控制其質(zhì)量；在淤泥等軟土地質(zhì)中難以成樁。

3 加固工程力學(xué)分析

一般加固措施是根據(jù)復(fù)合地基進(jìn)行的設(shè)計(jì)，它的主要功能是地基加固增強(qiáng)體與原狀地基土的共同協(xié)調(diào)承擔(dān)荷載。深厚、復(fù)雜軟土地基底層分布比較復(fù)雜，地層物理學(xué)指標(biāo)的變異性比較大，導(dǎo)致復(fù)合地基在縱橫方向上工程力學(xué)性能的變化較大，即便是地基加固后仍然存在不均勻沉降變形問題。

4 施工工期比較長

一般加固措施在施工過程中需要在軟土地基中成孔后加入加固材料，這種情況下必須保證在不斷樁、不塌孔的狀態(tài)下進(jìn)行，需要慢速施工；另外為了避免成孔過程中對已成孔的影響，必須對成孔樁進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。所以普通加固措施施工時(shí)間比較長，工期緊張。

5 環(huán)境污染分析

在鐵路地基加固施工中，各種加固措施的應(yīng)用都不可避免的會帶來一些環(huán)境污染，比如噪音污染、廢水污染、廢渣污染等。近幾年，隨著人們環(huán)保意識的提高與可持續(xù)發(fā)展理念的提出，很多一般加固措施被禁止或者限制使用，所以工程中可供選擇的加固措施相對減少。

三、預(yù)應(yīng)力管樁在深厚、復(fù)雜軟土地基加固中的應(yīng)用

（一）工程實(shí)例

溫福鐵路試驗(yàn)段加固25m～48m深厚軟土地基中首次應(yīng)用，隨后分別在溫福鐵路、甬臺溫鐵路得到進(jìn)一步推廣和完善，之后又在福平鐵路長樂東站普遍應(yīng)用加固軟土路基。實(shí)踐證明，預(yù)應(yīng)力管樁加固深厚、復(fù)雜軟土地基切實(shí)可行有效。

溫福鐵路位于沿海地帶，是我國鐵路通道的重要組成部分，鐵路全線軟土分布廣闊，所以在鐵路建設(shè)中對對路基的強(qiáng)度要求比較高。溫福鐵路地域分布環(huán)境比較特殊，浙江軟土與福建軟土在工程性質(zhì)上具有不同的特點(diǎn)，浙江境內(nèi)的軟土厚度大，軟土成層分布穩(wěn)定，福建境內(nèi)的軟土橫縱向分布不均勻（主要土質(zhì)特點(diǎn)見表1）。根據(jù)工后沉降控制標(biāo)準(zhǔn)和地質(zhì)特點(diǎn)，如果采用傳統(tǒng)的地基加固方法，達(dá)不到公路地基加固要求，必須采用一種剛性比較強(qiáng)的地基加固方法進(jìn)行加固，提高樁基承載力，而預(yù)應(yīng)力樁基恰恰符合要求。

（二）單樁承載力

一般情況下單樁豎向承載力的設(shè)計(jì)公式為：

此公式中f∞代表管樁混凝土的抗壓強(qiáng)度，PC樁f∞=60MPa；管樁有效預(yù)應(yīng)力用σpc代表，此次工程中σpc=5Mpa，然后可以根據(jù)這兩個(gè)已知條件求出管樁樁身豎向承載力設(shè)計(jì)值RP=3234kN；然后根據(jù)荷載填土高度可以得到路堤中心最大附加應(yīng)力值。根據(jù)以上已知條件和單樁最大承受力推導(dǎo)出單樁豎向極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值公式：

其中，

QUK代表單樁豎向極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值；

qaik代表周第i層土的極限摩阻力標(biāo)準(zhǔn)值，單位是kN/m2；

qpk代表樁極限端阻力標(biāo)準(zhǔn)值，單位是kN/m2；

u代表樁周外周長，單位是m；

li代表樁周第i層土分層厚度，單位用m表示；

ζai代表樁側(cè)阻修正系數(shù)取1；

Ap代表樁尖水平投影面積，單位用（m2）表示。

根據(jù)以上條件可以得到單樁豎向承載力設(shè)計(jì)值：R=Quk/rsp

其中rsp代表側(cè)端阻綜合抗力分項(xiàng)系數(shù)，根據(jù)這個(gè)系數(shù)值可以求出R，得到單樁承載力值。

（三）管樁的選用

預(yù)應(yīng)力管樁的種類較多，所以在工程施工中配樁比較方便，從經(jīng)濟(jì)角度考慮一般會選用管樁樁身額定承載力（Rb）與單樁載力標(biāo)準(zhǔn)值（Rk）相等的管樁。管樁沉樁方式的選擇應(yīng)該考慮功率的具體地質(zhì)情況和實(shí)際施工條件，比如如果地質(zhì)屬于砂礫層或者強(qiáng)風(fēng)層，就應(yīng)該考慮使用錘擊灌入法施工，這種情況下管樁要采用PHC類型為宜，其他類型不宜采用。而靜壓法比較適合使用在淤泥或者粘土地質(zhì)中，根據(jù)軟土地基施工經(jīng)驗(yàn)確定靜壓機(jī)的壓樁力，然后再開始施工。

施工過程中要特別注意管樁的擠土效應(yīng)，一般情況下采用開口樁靴可以減少擠土效應(yīng)的發(fā)生，同時(shí)控制好布樁密度，制定合理的打樁順序，打樁順序一般為從樁場中心向四周擴(kuò)散。同時(shí)施工中隨時(shí)監(jiān)測周邊公共設(shè)施的變化情況，做好管樁的預(yù)設(shè)。

結(jié)語

綜上所述，公路在施工過程中要做地基處理工作，提高地基承載力，確保公路的安全、穩(wěn)定運(yùn)行。特別是是對于深厚、復(fù)雜軟土地基處理，一定要做好其加固處理，一般加固措施在深厚、復(fù)雜軟土地基中并不能取得很好的效果，應(yīng)該使用預(yù)應(yīng)力管樁加固措施實(shí)施加固，提高復(fù)雜地質(zhì)極端路基的承載力，保障公路質(zhì)量的提高。

[1]余雷.預(yù)應(yīng)力管樁在溫福鐵路軟土路基中的設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J].鐵道工程學(xué)報(bào)，2007（z1）：111-112.

[2]李志偉.預(yù)應(yīng)力管樁處理高速公路軟土地基設(shè)計(jì)研究[J].交通科技，2014（01）：65-66.