PHC管樁在臨港新城市政道路橋臺后高填土路基處理中的應用

周孔

（上海市政工程設計研究總院（集團）有限公司，上海市200092）

PHC管樁在臨港新城市政道路橋臺后高填土路基處理中的應用

周孔

（上海市政工程設計研究總院（集團）有限公司，上海市200092）

臨港新城是上海未來發展的重點區域之一，近年來，臨港地區的市政基礎設施建設快速推進，但是，復雜的軟土地基給市政建設帶來了嚴峻的考驗，尤其是在橋臺后的高填土路基段，由于地基土的含水量較大，壓縮性高、強度低，如果采用常規處理方式，極易產生橋頭跳車現象，嚴重影響行車的安全性和舒適性，本文結合實際工程，通過對比分析，提出采用P H C管樁處理橋臺后高填土軟土路基，取得了良好的效果。

P H C管樁；軟土地基；地基處理；工后沉降

1 概述

根據上海市委市政府有關決策部署，臨港新城是上海未來發展的重點區域之一，為落實市委市政府的工作要求，臨港綜合區于2012年全面啟動建設，洲德路是臨港綜合區先行啟動的第一條重要通道，承擔引導區域開發建設的重要功能。

洲德路西接兩港大道，東連東海大道，是東西向連接主產業區和綜合區的主要道路之一，同時利用兩港大道和東海大道可融入市域快速交通體系，提升綜合區對外交通能力。

2 問題的提出

洲德路的道路等級為城市次干路，全長約4.16km，包含橋梁5座。根據場地勘察報告，沿線淺部普遍分布有①1層填土、①4A層沖填土、①4B層沖填土，土質情況較差。

①1層填土，以素填土為主，含植物根莖，局部淺部以雜填土為主，含碎石、磚塊，層厚0.3～2.4 m。該層填料不均，結構松散，未經處理不宜作為建（構）筑物的天然地基持力層。

①4A層沖填土，以黏性土為主，混少量粉性土，層厚0.7～2.0 m，該層沉積年代較長，土質一般，且土質不均勻，結構較松散，未經處理不宜作為建（構）筑物的天然地基持力層。

①4B層沖填土，以淤泥質黏性土為主，混粉性土，層厚0.6～3.4 m，該層土質較差，且土質不均勻，有軟弱夾層存在，結構較松散，未經處理不宜作為建（構）筑物的天然地基持力層。

為了保證設計質量，根據規范要求，對本工程軟土路基工后沉降提出如下要求：

（1）一般路段不大于0.3 m；

（2）與涵洞相接處不大于0.2 m；

（3）與橋臺相接處不大于0.1 m。

該工程橋臺后路基最大填土高度在2.0～3.2m，而且大部分橋臺后有現狀河塘存在，填土高度更高，最高達5.6 m，如不采取切實有效的處理措施，工后沉降難以滿足設計要求。如何處理這部分高填土軟土路基成為本工程設計的難點和重點。

3 處理方案比選

目前常用的深層地基處理方法有排水固結法和樁土復合地基法。

排水固結法的基本原理是軟土地基在附加荷載的作用下，逐漸排出孔隙水，使孔隙比減小，產生固結變形。在這個過程中，隨著土體超靜孔隙水壓力的逐漸消散，土的有效應力增加，地基抗剪強度相應增加，并使沉降提前完成或提高沉降速率。

排水固結法主要由排水和加壓兩個系統組成。排水固結法按加載方式的不同，一般分為堆載預壓、真空預壓、真空聯合堆載預壓；按加載與設計荷載的關系，可分為欠載預壓、等載預壓、超載預壓。

排水固結法適用于厚度大于5 m的軟土，但施工周期較長，預壓時間根據土體性質（孔隙比、滲透系數、固結系數等）、土層分布、加載速率等因素的不同而不等，一般至少要保證9個月以上，不能滿足本工程的建設進度要求。

樁土復合地基法主要有水泥攪拌樁、C F G樁、TC樁和P H C管樁等，這些工法都具有施工周期短、地基處理見效快、處理效果好等特點，但造價較一般的淺層處理方法要高，因此樁土復合地基法尤其適用于地質條件差（軟基）、差異沉降控制要求高（如路橋結合處）而且施工建設期要求緊的情況。

上海地區常用的樁土復合地基深層處理方式主要有水泥攪拌樁和P H C管樁。

3.1 水泥攪拌樁

主要是利用水泥（或石灰）等材料作為固化劑，通過特制的攪拌機械，在地基深處就地將軟土和固化劑（漿液或粉體）強制攪拌，由固化劑和軟土間產生一系列物理化學反應，使軟土硬結成具有整體性、水穩定性和一定強度的水泥加固土，從而提高地基強度和增大變形模量。由于目前施工設備的改進，計量、監理和工程質量都容易保證，施工工藝已相當成熟，已廣泛應用于道路軟基處理。適合不需較長的樁體（樁長一般不大于15 m），即可穿透軟土層，并與下層好的土體形成整體。軟土層經加固后形成復合地基，強度有很大的增強，有利沉降控制。地基處理時間一般一個多月強度就較高，一般加固效果顯著，適用于工期較短的工程。根據施工方法的不同，水泥土攪拌法分為水泥漿攪拌（水泥攪拌樁）和粉體噴射攪拌（粉噴樁）兩種。本工程可在水泥攪拌樁中加入外加劑（如石膏粉）對攪拌樁的性質進行改良，一方面使水泥攪拌樁容易成樁，另一方面通過改善攪拌樁水泥土的組成，提高水泥攪拌樁的強度，進而改進復合地基的整體性能。石膏粉用量約為水泥用量的20%，具體配合比參照現場試驗結果確定。

水泥攪拌樁還可用于處理明浜填土較高的路段，提高置換率，長短樁結合和增加水泥參量，來保證浜域內的水泥土達到一定的樁身強度。

3.2 PHC管樁

預應力高強混凝土管樁（簡稱P H C樁），是在近代高性能混凝土（H P C）和預應力技術的基礎上發展起來的混凝土預制構件，P H C管樁是專業工廠里采用先張法預應力和離心成型工藝，經過蒸壓養護而制成的一種空心圓筒體的等截面構件，運往施工現場后，通過錘擊或靜壓的方法沉入地下作為建（構）筑物的基礎，適合深度較深的路基處理。P H C管樁具有以下優點：

（1）單樁承載力高。樁身混凝土強度等級為C80，具有高強性能，單樁允許承載力可達到2 500～3 200 k N，與樁頂、樁帽及碎石褥墊層結合后可形成較強的多樁復合地基承載力和抗變形能力。

（2）抗彎性能好。P H C管樁選用高強度、低松馳的陰螺紋鋼筋作為預應力主筋，使樁身具有較高的預壓應力，其抗彎、抗裂性能良好，P H C管樁有卓絕的貫入性能，可以穿透密實的砂層，能適應復雜的環境與地理條件。

（3）質量穩定可靠。由于采用工廠預制的生產方式，能利用先進的工藝和設備，質量容易控制，產品質量容易保證，且成樁質量監測方便。

（4）應用范圍廣。樁身耐防腐性能好，規格長度容易調整，容易布樁，對樁端持力層起伏變化大的地質條件適應性強。

（5）施工速度快，工期短。P H C管樁在工廠商品化生產，能按施工要求及時供樁，施工前期準備時間短，一般能縮短工期1～2個月。

（6）施工現場文明。施工現場無砂石、水泥，無泥漿污染，對施工現場狹窄的工程特別有利。

3.3 方案比選

本文針對不同橋臺后填土高度，選取典型地質斷面，對這兩種地基處理方式的工后沉降進行計算，結果見表1～表5。

表1 1號橋臺后填土工后沉降計算結果

表2 2號橋臺后填土工后沉降計算結果

表3 3號橋臺后填土工后沉降計算結果

表4 4號橋臺后填土工后沉降計算結果

表5 5號橋臺后填土工后沉降計算結果

根據計算結果，在本工程的地質條件下，采用P H C管樁進行地基處理后控制沉降的效果要明顯優于水泥攪拌樁，而且水泥攪拌樁的成樁效果往往還取決于地基土的土質條件、地下水的腐蝕性等因素，根據地質報告，本工程地下水呈微腐蝕性，水泥攪拌樁的成樁效果還有待試驗檢驗。

綜合比較，本工程推薦采用P H C管樁進行橋臺后地基處理，P H C管樁設計參數如下：

（1）樁徑：400 mm。

（2）樁長：設計樁長穿透高壓縮軟土層，樁長約22 m。

（3）樁距：2.5 m，按正方形排列，布樁范圍為橋臺后30 m。

（4）預應力混凝土管樁采用A B型，樁徑400mm，壁厚95 mm，混凝土強度等級采用C80。

（5）預應力混凝土管樁單樁設計承載力不小于840 k N，地基加固后復合地基承載力不小于150 k P a。

另外，為了保證樁、土協同受力和減少局部應力集中，水泥攪拌樁和P H C管樁樁頂均鋪設褥墊層，褥墊層材料選用碎石，最大粒徑不宜大于30mm。

4 預應力管樁施工技術要求

（1）預應力混凝土管樁施工前，必須對地質報告進行詳細、全面的了解，確保工程質量，若遇地質實際情況與地質詳勘報告有較大出入或遇到異常情況時，需及時向建設方和有關部門反應，并妥善地加以解決。此外，應查明工程范圍內地上及地下各類管線、障礙、地下構筑物等實際位置，若布樁位置與橋梁承臺、立柱、地下管線及其他地下構造物有沖突時，應注意避讓。必要時應采取相應的保護措施，沉樁工程應注意對鄰近建筑物的影響。

（2）預應力混凝土管樁實施前地表先進行清表處理，確保根植土、雜填土清除后，再回填夯實、碾壓至設計標高，壓實度（重型）不小于90%；若位于浜塘處，則先抽干積水，清淤后采用二灰填筑至原地面，壓實度（重型）不小于90%。

（3）預應力混凝土管樁采用重錘輕打的方法沉樁，施工單位應根據設計樁長進行合理配樁，采用焊接法接樁，要求相鄰樁接頭位置錯開1 m以上，并加強焊縫及樁的連續性檢測。接樁時，樁的縱向彎曲矢高不得大于每節樁長的0.1%。接樁的接頭平面與樁軸平面垂直度不得大于每節樁長的0.5%，接樁焊接應滿足《建筑地基基礎工程施工質量驗收規范》（G B 50202—2002）的相關要求。

（4）沉樁以控制樁尖標高為主，貫入度為輔。打樁順序應從中間依次向四周打，以防止土體擠密影響沉樁。對沉樁過程中發生異常現象（如斷樁、樁身破損及貫入度反常等）均應做詳細記錄，并采取措施妥善處理。樁頂如有破損和強度不足時，應將破損和強度不足段鑿除并修補平整。

（5）預應力管樁樁頂一般低于清表、夯實、整平后的地表25 c m，在樁頂地表開30 c m深的槽現澆混凝土樁帽，采用C25混凝土現澆，樁身嵌入樁帽5 c m，預應力管樁樁帽施工完成后，先攤鋪10 c m厚碎石，在碎石上鋪設一層鋼塑格柵后，再攤鋪20 c m厚碎石并再鋪設一層鋼塑隔柵,其上再攤鋪10 c m厚碎石，碎石墊層總厚度40 c m。鋪設格柵時縱橫向搭接應不小于50 c m，并且上下層接縫應交替錯開，錯開長度應大于0.5 m，鋼塑格柵的經、緯向抗拉強度不小于50 k N/m，伸長率不大于5%。基底碎石壓碎值應不大于26%，每層碎石攤鋪需碾壓密實后再鋪設鋼塑隔柵。

5 結語

本文結合臨港地區實際工程，選取典型地質斷面，通過對比分析水泥攪拌樁和P H C管樁在軟土地基處理中的優缺點，推薦采用P H C管樁作為本工程橋臺后高填土軟土路基處理方式，實踐證明，效果良好，可為同類工程提供借鑒和參考。

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[3]熊鷹.預應力PHC管樁在市政道路軟基處理中的應用[J].公路與汽運，2015(4):151-152.

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U416.1

B

1009-7716（2017）06-0078-03

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2017.06.022

2017-02-09

周孔（1984-），男，河南南陽人，工程師，從事道路設計工作。