探討靜壓PHC管樁在巖溶復合地基中的應用

何正勇

本文以某巖溶地區高速公路建設為工程實例，對PHC管樁加固軟土地基形成復合地基的應用效果進行探究，首先確定了巖溶地區復合地基設計標準，然后計算出復合地基單樁承載力、復合地基穩定性，最后開展PHC管樁試樁靜載試驗保證PHC管樁形成的復合地基符合工程質量要求。

一、研究背景

巖溶地區主要分布在我國西南地區，主要是由于石灰巖和地表水、地下水相互作用，巖層發生溶蝕作用，最終形成溶溝、溶洞、溶槽、暗河等巖溶現象。巖溶地區的軟弱土層具有地貌復雜、生態環境脆弱、壓縮變形大、地質土層承載力低，在此地區進行工程建設穩定性較差，容易發生地質沉降，對工程質量影響較大，所以在施工時需要進行軟土地基處理。本文以某巖溶地區高速公路建設為工程實例，對PHC管樁形成復合地質的應用效果進行探究，為同類工程提供一定參考。

二、工程介紹

某高速公路建設需要穿過巖溶地區，該地區屬于北江二級階地貌，經地質勘測發現，該地貌自下向上地層特點分別為泥盆系天子嶺組微風化灰巖層、礫砂層、粉質黏土層、第四系更新統沖洪積層黏土層、第四系沖洪積層粉質黏土層、第四系人工堆積層。其中第四系沖洪積層粉質黏土層、第四系更新統沖洪積層黏土層、粉質黏土層為PHC管樁復合地基主要壓縮層。

三、巖溶地區復合地基設計

1.設計方案

此巖溶地區高速公路建設需要考慮多方面因素，例如：施工工藝、工程造價、施工工期、施工設備、對周圍環境影響等。由于本工程工期較短，綜合上述影響因素技術人員提出采用CFG樁或PHC管樁加固施工區域軟土地基，比較CFG樁、PHC管樁加固方案，PHC管樁單樁承載力高于CFG樁，且形成復合地基質量穩定，不容易出現縮孔、塌孔等問題，所以綜合來看，本工程軟土地基加固采用PHC管樁。

2.基本參數設定

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

（2）樁徑：PHC管樁樁徑選擇受力學參數影響，根據以往經驗，高速公路建設軟土地基加固一般選擇φ300mm或φ400mmPHC管樁，但φ300mmPHC管樁容易發生斷樁，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：由于該工程位于巖溶地區，該地區灰巖以微風化為主，PHC管樁加固軟土地基摩擦力較大，所以PHC管樁樁長確定需要根據JGJ 94－2008《建筑樁基技術規范》中摩擦樁樁長計算，即：

式中：u—表示樁身周處；

qsik—表示樁側第i層土的極限側阻力標準值；

li—表示樁周土第i層土的厚度；

qpk—表示樁側第i層土的極限端阻力標準值；

Ap—表示樁端面積。

（4）樁帽：樁帽的設定可以有效提到單樁荷載，保證復合地基質量，所以本工程綜合考慮要設置樁帽。為降低工程對土工合成材料的依賴，樁帽的抗彎、抗沖切計算根據GDJTGT E01－2011《廣東省公路軟土地基設計與施工技術規定》計算 ，即：

式中：M—表示樁邊緣處截面的彎矩；

ζ—表示修正系數；

H1—表示樁帽頂面以下填土厚度；

a—表示方樁邊長，圓樁時a值為0.886d（d表示直徑）。

3.墊層設計

墊層是PHC管樁加固軟土地基的重要條件，軟土地基加固時采用墊層能保證PHC管樁和土體共同承擔荷載，防止管樁和土體受力不均勻，保證復合地基結構穩定。設置墊層能夠充分發揮樁間土的承載力，荷載作用在樁間土體時，樁側的土體會產生豎向和水平方向的附加應力，水平方向的附加應力同時作用在樁體上可以增加樁體側阻力，提高樁體的穩定性，不同的墊層厚度，樁土荷載分擔比不同，可以根據工程要求進行調整。本工程墊層選擇級配較好的砂礫、碎石等，墊層厚度大于0.3m。另外為了減小樁頂水平力，需要在樁頂進行加筋，防止土體向外側滑移，提高土體穩定性。本工程在碎石墊層頂部和底部各鋪設一層雙向土工格柵加筋。

表1 靜載試驗抽樣檢查結果

表2 復合地基收錘標準

四、復合地基單樁承載力

本工程按照靜載試驗確定復合地基的單樁承載力，通過開展靜載試驗不僅可以確定PHC管樁的極限承載力，還能通過各種測試元件測出PHC管樁的樁側阻力、荷載傳遞、樁端阻力等數據資料。但是由于荷載試驗成本較高，開展難度較大，只能抽樣檢查。本工程開展靜載試驗抽樣檢查結果見表1。

五、復合地基穩定性

復合地基穩定性按照JTG/T D31－02－2013《公路軟土地基路堤設計與施工技術細則》中圓弧滑動法驗算，其中復合地基內滑動面上的抗剪強度采用樁土復合抗剪強度，即：

式中：m—表示樁土面積置換率；

Ts—表示軟基土體的抗剪強度；

Tp—表示樁體的抗剪強度。

六、PHC管樁試樁

通過開展PHC管樁試樁，從而檢測地質條件、施工工藝、施工參數等誤差，從而保證正常施工后符合工程質量要求。PHC管樁試樁靜載試驗采用為快速維持荷載分級加載法，使用液壓千斤頂逐級加荷，最大試驗荷載為2000kN。

收錘標準和管樁承載力、控制條件、貫入度等關系密切，按照工程要求，高速公路工程的收錘標準需要達到樁端持力層和最后三振錘（一振10錘）錘擊數作為工程的重要收錘控制標準，工程的貫入度控制值通過試樁靜載試驗確定，見表2。

通過表2結果可以看出，本工程施工采用三振錘（一振10錘）的貫入度要＜40cm，靜載最大試驗荷載＜2 000 kN，單樁豎向承載力特征值均≥1 000 kN，符合工程設計要求。為了保證施工質量，同一施工場地應選擇一致的單樁承載力特征值，當填土高度不一致時，為保證單樁承載力特征值相同，可以通過調整樁間距調節，對于施工區域地質條件相差較大區域，需要開展分區試樁試驗，以保證收錘標準符合工程質量要求。

七、結語

（1）本工程采用PHC管樁加固軟土地基有顯著優勢，形成的復合地基各項指標均符合工程質量要求。

（2）同一施工場地應選擇一致的單樁承載力特征值，對于施工區域地質條件相差較大區域，需要開展分區試樁試驗，以保證收錘標準符合工程質量要求。