探討靜壓PHC管樁在巖溶復(fù)合地基中的應(yīng)用

何正勇

本文以某巖溶地區(qū)高速公路建設(shè)為工程實(shí)例，對(duì)PHC管樁加固軟土地基形成復(fù)合地基的應(yīng)用效果進(jìn)行探究，首先確定了巖溶地區(qū)復(fù)合地基設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，然后計(jì)算出復(fù)合地基單樁承載力、復(fù)合地基穩(wěn)定性，最后開(kāi)展PHC管樁試樁靜載試驗(yàn)保證PHC管樁形成的復(fù)合地基符合工程質(zhì)量要求。

一、研究背景

巖溶地區(qū)主要分布在我國(guó)西南地區(qū)，主要是由于石灰?guī)r和地表水、地下水相互作用，巖層發(fā)生溶蝕作用，最終形成溶溝、溶洞、溶槽、暗河等巖溶現(xiàn)象。巖溶地區(qū)的軟弱土層具有地貌復(fù)雜、生態(tài)環(huán)境脆弱、壓縮變形大、地質(zhì)土層承載力低，在此地區(qū)進(jìn)行工程建設(shè)穩(wěn)定性較差，容易發(fā)生地質(zhì)沉降，對(duì)工程質(zhì)量影響較大，所以在施工時(shí)需要進(jìn)行軟土地基處理。本文以某巖溶地區(qū)高速公路建設(shè)為工程實(shí)例，對(duì)PHC管樁形成復(fù)合地質(zhì)的應(yīng)用效果進(jìn)行探究，為同類工程提供一定參考。

二、工程介紹

某高速公路建設(shè)需要穿過(guò)巖溶地區(qū)，該地區(qū)屬于北江二級(jí)階地貌，經(jīng)地質(zhì)勘測(cè)發(fā)現(xiàn)，該地貌自下向上地層特點(diǎn)分別為泥盆系天子嶺組微風(fēng)化灰?guī)r層、礫砂層、粉質(zhì)黏土層、第四系更新統(tǒng)沖洪積層黏土層、第四系沖洪積層粉質(zhì)黏土層、第四系人工堆積層。其中第四系沖洪積層粉質(zhì)黏土層、第四系更新統(tǒng)沖洪積層黏土層、粉質(zhì)黏土層為PHC管樁復(fù)合地基主要壓縮層。

三、巖溶地區(qū)復(fù)合地基設(shè)計(jì)

1.設(shè)計(jì)方案

此巖溶地區(qū)高速公路建設(shè)需要考慮多方面因素，例如：施工工藝、工程造價(jià)、施工工期、施工設(shè)備、對(duì)周圍環(huán)境影響等。由于本工程工期較短，綜合上述影響因素技術(shù)人員提出采用CFG樁或PHC管樁加固施工區(qū)域軟土地基，比較CFG樁、PHC管樁加固方案，PHC管樁單樁承載力高于CFG樁，且形成復(fù)合地基質(zhì)量穩(wěn)定，不容易出現(xiàn)縮孔、塌孔等問(wèn)題，所以綜合來(lái)看，本工程軟土地基加固采用PHC管樁。

2.基本參數(shù)設(shè)定

（1）樁距：PHC管樁樁距需要根據(jù)軟土地基性質(zhì)、樁體承載力及復(fù)合地基填土荷載等因素確定，樁距越大對(duì)PHC管樁單樁承載力要求越高，而樁距越小，PHC管樁的擠土效應(yīng)越明顯，對(duì)樁間土超孔隙水壓力消散影響較大，結(jié)合上述影響因素，本工程根據(jù)地基承載力和地基上部荷載分區(qū)、分段調(diào)整樁距，樁距具體設(shè)定為2.0～2.6m。

（2）樁徑：PHC管樁樁徑選擇受力學(xué)參數(shù)影響，根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)，高速公路建設(shè)軟土地基加固一般選擇φ300mm或φ400mmPHC管樁，但φ300mmPHC管樁容易發(fā)生斷樁，綜合考慮本工程填土荷載7～11m，上部荷載較大，所以綜合考慮采用φ400mmPHC管樁，呈正方形布置方式。

（3）樁長(zhǎng)：由于該工程位于巖溶地區(qū)，該地區(qū)灰?guī)r以微風(fēng)化為主，PHC管樁加固軟土地基摩擦力較大，所以PHC管樁樁長(zhǎng)確定需要根據(jù)JGJ 94－2008《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》中摩擦樁樁長(zhǎng)計(jì)算，即：

式中：u—表示樁身周處；

qsik—表示樁側(cè)第i層土的極限側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值；

li—表示樁周土第i層土的厚度；

qpk—表示樁側(cè)第i層土的極限端阻力標(biāo)準(zhǔn)值；

Ap—表示樁端面積。

（4）樁帽：樁帽的設(shè)定可以有效提到單樁荷載，保證復(fù)合地基質(zhì)量，所以本工程綜合考慮要設(shè)置樁帽。為降低工程對(duì)土工合成材料的依賴，樁帽的抗彎、抗沖切計(jì)算根據(jù)GDJTGT E01－2011《廣東省公路軟土地基設(shè)計(jì)與施工技術(shù)規(guī)定》計(jì)算 ，即：

式中：M—表示樁邊緣處截面的彎矩；

ζ—表示修正系數(shù)；

H1—表示樁帽頂面以下填土厚度；

a—表示方樁邊長(zhǎng)，圓樁時(shí)a值為0.886d（d表示直徑）。

3.墊層設(shè)計(jì)

墊層是PHC管樁加固軟土地基的重要條件，軟土地基加固時(shí)采用墊層能保證PHC管樁和土體共同承擔(dān)荷載，防止管樁和土體受力不均勻，保證復(fù)合地基結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。設(shè)置墊層能夠充分發(fā)揮樁間土的承載力，荷載作用在樁間土體時(shí)，樁側(cè)的土體會(huì)產(chǎn)生豎向和水平方向的附加應(yīng)力，水平方向的附加應(yīng)力同時(shí)作用在樁體上可以增加樁體側(cè)阻力，提高樁體的穩(wěn)定性，不同的墊層厚度，樁土荷載分擔(dān)比不同，可以根據(jù)工程要求進(jìn)行調(diào)整。本工程墊層選擇級(jí)配較好的砂礫、碎石等，墊層厚度大于0.3m。另外為了減小樁頂水平力，需要在樁頂進(jìn)行加筋，防止土體向外側(cè)滑移，提高土體穩(wěn)定性。本工程在碎石墊層頂部和底部各鋪設(shè)一層雙向土工格柵加筋。

表1 靜載試驗(yàn)抽樣檢查結(jié)果

表2 復(fù)合地基收錘標(biāo)準(zhǔn)

四、復(fù)合地基單樁承載力

本工程按照靜載試驗(yàn)確定復(fù)合地基的單樁承載力，通過(guò)開(kāi)展靜載試驗(yàn)不僅可以確定PHC管樁的極限承載力，還能通過(guò)各種測(cè)試元件測(cè)出PHC管樁的樁側(cè)阻力、荷載傳遞、樁端阻力等數(shù)據(jù)資料。但是由于荷載試驗(yàn)成本較高，開(kāi)展難度較大，只能抽樣檢查。本工程開(kāi)展靜載試驗(yàn)抽樣檢查結(jié)果見(jiàn)表1。

五、復(fù)合地基穩(wěn)定性

復(fù)合地基穩(wěn)定性按照J(rèn)TG/T D31－02－2013《公路軟土地基路堤設(shè)計(jì)與施工技術(shù)細(xì)則》中圓弧滑動(dòng)法驗(yàn)算，其中復(fù)合地基內(nèi)滑動(dòng)面上的抗剪強(qiáng)度采用樁土復(fù)合抗剪強(qiáng)度，即：

式中：m—表示樁土面積置換率；

Ts—表示軟基土體的抗剪強(qiáng)度；

Tp—表示樁體的抗剪強(qiáng)度。

六、PHC管樁試樁

通過(guò)開(kāi)展PHC管樁試樁，從而檢測(cè)地質(zhì)條件、施工工藝、施工參數(shù)等誤差，從而保證正常施工后符合工程質(zhì)量要求。PHC管樁試樁靜載試驗(yàn)采用為快速維持荷載分級(jí)加載法，使用液壓千斤頂逐級(jí)加荷，最大試驗(yàn)荷載為2000kN。

收錘標(biāo)準(zhǔn)和管樁承載力、控制條件、貫入度等關(guān)系密切，按照工程要求，高速公路工程的收錘標(biāo)準(zhǔn)需要達(dá)到樁端持力層和最后三振錘（一振10錘）錘擊數(shù)作為工程的重要收錘控制標(biāo)準(zhǔn)，工程的貫入度控制值通過(guò)試樁靜載試驗(yàn)確定，見(jiàn)表2。

通過(guò)表2結(jié)果可以看出，本工程施工采用三振錘（一振10錘）的貫入度要＜40cm，靜載最大試驗(yàn)荷載＜2 000 kN，單樁豎向承載力特征值均≥1 000 kN，符合工程設(shè)計(jì)要求。為了保證施工質(zhì)量，同一施工場(chǎng)地應(yīng)選擇一致的單樁承載力特征值，當(dāng)填土高度不一致時(shí)，為保證單樁承載力特征值相同，可以通過(guò)調(diào)整樁間距調(diào)節(jié)，對(duì)于施工區(qū)域地質(zhì)條件相差較大區(qū)域，需要開(kāi)展分區(qū)試樁試驗(yàn)，以保證收錘標(biāo)準(zhǔn)符合工程質(zhì)量要求。

七、結(jié)語(yǔ)

（1）本工程采用PHC管樁加固軟土地基有顯著優(yōu)勢(shì)，形成的復(fù)合地基各項(xiàng)指標(biāo)均符合工程質(zhì)量要求。

（2）同一施工場(chǎng)地應(yīng)選擇一致的單樁承載力特征值，對(duì)于施工區(qū)域地質(zhì)條件相差較大區(qū)域，需要開(kāi)展分區(qū)試樁試驗(yàn)，以保證收錘標(biāo)準(zhǔn)符合工程質(zhì)量要求。