帶帽組合PC管樁復(fù)合地基在江六高速公路中的應(yīng)用

白蘭蘭

(江蘇省交通科學(xué)研究院股份有限公司)

1 帶帽組合PC 管樁復(fù)合地基

帶帽組合單樁復(fù)合地基是指采用預(yù)應(yīng)力混凝土薄壁管樁(PC 管樁)作為地基豎向增強(qiáng)體，同時(shí)，考慮到剛性樁本身剛度較大，路堤本身為非完全剛性柔性，為克服單樁樁頂應(yīng)力過分集中現(xiàn)象和減少樁頂向上刺入墊層量，在樁頂設(shè)置樁帽，并通過鋼筋籠與之固定在一起，從而形成T 形樁和樁帽下的土體共同承擔(dān)荷載的復(fù)合地基處理方式。帶帽組合單樁復(fù)合地基是目前公路項(xiàng)目中PC 管樁復(fù)合地基最常見的形式。

2 適用條件及優(yōu)勢(shì)

隨著我國交通運(yùn)輸事業(yè)的快速發(fā)展，以及人民對(duì)公路建設(shè)(包括新建和拓寬)認(rèn)識(shí)的逐漸深入，人們?cè)絹碓街匾晿蝾^路基和新舊路基之間的差異沉降控制，PC 管樁以其適應(yīng)處理土層多、成樁質(zhì)量好、處理深度深、施工速度快、處理效果好等諸多優(yōu)勢(shì)，成為現(xiàn)在公路特殊路基處理的主要方式，尤其是對(duì)于深厚軟土地基和舊路擴(kuò)建施工工期緊等項(xiàng)目，具有巨大的經(jīng)濟(jì)和時(shí)間優(yōu)勢(shì)。見表1。

表1 幾種常見的深層軟基處理方式造價(jià)對(duì)比表

3 靈巖河橋頭PC 管樁復(fù)合地基處理

3.1 分析工程特點(diǎn)及軟土特征

該工點(diǎn)位于靈巖河橋頭路段，按照《公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范(JTG D30－2004)》要求，要求工后沉降不超過10 cm，橋頭路基填土高度6 m，按照堤填土重度取18 kN/m3，路面結(jié)構(gòu)層厚0.72 m，重度取22 kN/m3，汽車荷載換算為90 cm 等代土柱，利用分層總和法計(jì)算天然地基工后沉降為30.7 cm，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超10 cm 規(guī)范要求標(biāo)準(zhǔn)，且路堤填土高度較高，要求路基承載力127 kPa，而淺層填土及軟土承載力均不能滿足要求，故需進(jìn)行軟基處理。該工點(diǎn)軟土底部埋深18.5 m，超過15 m，建議該工點(diǎn)采用PC 管樁進(jìn)行處理。見表2。

表2 靈巖河?xùn)|橋頭地勘斷面

3.2 江蘇省省內(nèi)PC 管樁案例調(diào)研及總結(jié)

為更好的進(jìn)行項(xiàng)目設(shè)計(jì)，先對(duì)江蘇省高等級(jí)公路PC 管樁處理方案進(jìn)行了調(diào)研，具體詳見表3。

表3 江蘇省高等級(jí)公路PC 管樁復(fù)合地基處理案例

從表3 可以看出。

(1)C 管樁樁間距一般在2.5～3.5 m。

(2)樁帽材料多采用灰土或碎石墊層+鋼塑格柵。(3)進(jìn)入持力層深度一般均超過2 m。

3.3 樁長及樁間距初步擬定

樁長要求打穿軟土至少2 m，軟土底部埋深18.5 m，同時(shí)保證不出現(xiàn)零碎樁長，故確定起算樁長22 m，根據(jù)橋頭填土高度6 m，確定初步樁間距3 m。

3.4 承載力及沉降計(jì)算

考慮到公路項(xiàng)目主要為了控制沉降，且持力層并非完全剛性巖層，因此PC 管樁可能在某種程度的樁底刺入。因此在項(xiàng)目沉降計(jì)算時(shí)，加固區(qū)沉降采用樁身壓縮模量法，刺入沉降采用基樁刺入變形影響系數(shù)法，下臥層沉降采用分層總和法。

承載力計(jì)算方法:單樁豎向極限承載力按雙橋靜力觸探法分別采用鐵道部《靜力觸探技術(shù)規(guī)則》和《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》兩種不同方法計(jì)算，取其中較小者。以上計(jì)算結(jié)果除以安全系數(shù)，即為單樁容許承載力，一般取安全系數(shù)K=2。

由于項(xiàng)目為高靈敏度軟土，按照所有荷載均有樁承擔(dān)進(jìn)行設(shè)計(jì)，當(dāng)樁間距為3 m 時(shí)，單樁承載力應(yīng)達(dá)到1 143.72 kN((6－0.72+0.9)×18+(0.72×22)×3×3=1 143.72)，計(jì)算結(jié)果詳見表4。

表4 樁間距3 m，樁長21 m 沉降及承載力計(jì)算結(jié)果

3.5 樁長、樁間距優(yōu)化調(diào)整

從表4 可以看出沉降和承載力均不能滿足要求，將樁間距調(diào)整至2.5 m，樁長調(diào)整至23 m，重新進(jìn)行承載力和沉降計(jì)算，當(dāng)樁間距為2.5 m 時(shí)，單樁承載力應(yīng)達(dá)到795 kN((6－0.72 +0.9)×18 +(0.72 ×22)×2.5 ×2.5 =794.25)，計(jì)算結(jié)果詳見表5。此時(shí)承載為651 kN，仍然小于要求承載力，因此繼續(xù)增加樁長，當(dāng)樁長調(diào)整至27 m 時(shí)，承載力為831 kN，滿足承載力要求，且此時(shí)工后沉降為6.8 cm，也滿足規(guī)范要求橋頭工后沉降小于10 cm 的要求。因此確定該工點(diǎn)的PC 管樁設(shè)計(jì)樁長27 m，樁間距2.5 m。

3.6 褥墊層的選擇

項(xiàng)目區(qū)域地下水位較高，設(shè)計(jì)水位距地表僅為0.5 m，因此建議設(shè)置40 cm 碎石墊層+鋼塑格柵作為本工點(diǎn)PC 管樁復(fù)合地基的褥墊層。

3.7 復(fù)合地基最終方案的確定

通過以上論述，確定本工點(diǎn)特殊路基處理方案為PC 管樁復(fù)合地基處理，樁徑40 cm，樁長27 m，樁間距2.5 m，褥墊層為40 cm 碎石墊層+兩層鋼塑格柵。

表5 樁間距2.5 m，樁長23 m 沉降及承載力計(jì)算結(jié)果

4 總 結(jié)

根據(jù)此設(shè)計(jì)方案，工后沉降6.8 cm，單樁承載力831 kN，滿足道路要求，且項(xiàng)目已經(jīng)通車運(yùn)營接近兩年，橋頭無跳車現(xiàn)象，表明設(shè)計(jì)方案是合理可行的。

從以上分析可知，帶帽組合復(fù)合單樁復(fù)合地基，在處理橋頭路段和深厚軟土路段，在技術(shù)上和經(jīng)濟(jì)上均具有較好的優(yōu)勢(shì)，在高速公路項(xiàng)目中有較好的應(yīng)用前景，可以為后期類似項(xiàng)目提供借鑒。

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