軟土地區PTC樁網復合地基關鍵技術研究

摘要：針對某個工程橋臺施工的軟基沉降問題，采用PTC樁網復合基礎處理軟基的過度沉降問題。設計了具體加固方案，并對施工過程進行了檢測分析，結果表明：樁帽的沉降量要遠遠小于樁間土體沉降量，且樁帽的沉降量，隨其上回填后厚度的增加僅有小幅增長，最大沉降量為25mm，小于理論要求的界限值35mm，路基沉降滿足穩定工作要求。樁間土體承受的土壓力已被轉移到樁體，樁體荷載分擔效果十分顯著，由此判斷，樁間土拱形成后，地基的等沉面會高于樁帽頂端3m左右，路堤完成填筑后地基承載力滿足施工要求。

關鍵詞：軟基；PTC樁網復合地基；沉降量；樁體載荷

0" "引言

我國地域域廣泛，地質情況復雜多樣，進行交通建設時常常面臨著許多地質條件不良的地區，由此給施工帶來了較多困難[1]。近年來，樁網復合地基由于其處理后的地基沉降小、施工周期短，而被廣泛應用于軟基處理工程中[2]。樁網復合地基能夠降低的主要原因是樁與樁間土體形成了群樁效應[3]。目前國內多采用假設的辦法，將土體和樁體將剪切破壞行為假定為圓弧滑動，采用傳統計算方法將土體和樁視為一個整體進行穩定性分析。

樁網復合地基進行施工時，常需要考慮管樁間距、路基回填土厚度、管樁樁帽尺寸、樁端持力層材質等多方面的影響因素。陳云敏等[4]討論了樁體荷載承擔比的計算方法，并通過一系列的室內試驗驗證其有效性和適用性。

目前國內外采用樁網復合處理軟基多采用PHC樁、PTC樁和CFG樁[5]。本文針對某工程橋臺施工區域的軟基沉降，在橋臺長60m范圍內采用PTC樁網復合基礎處理軟基過度沉降問題，設計其具體加固方案，并對施工過程進行了檢測分析。

1" "工程概況

某工程位于某省生態城03片區與04片區之間，自清凈湖南路向東跨越薊運河故道落地后與現狀中新大道（漢北路）相接。橋梁跨越薊運河故道，主橋為跨徑35m+4×50m+35m的拱結構支撐的鋼連續梁橋。北側引橋跨徑布置為5×25m，南側引橋跨徑布置為4×25m，橋梁總長度495m。

本工程所處區域為虛填池塘、河床淺灘和薊運河故道，虛填池塘段路基采用戧灰（6%）的方式進行處理，戧灰厚度為1.5m。將河床淺灘段將淤泥清除干凈后，回填素土至道路設計標高，采用戧灰的方式對回填土進行處理，將其作為路基。

2" "方案設計

2.1" " 工程設計特點

該工程某大橋的橋臺結構為肋板式，基礎為灌注樁，橋臺后部的路堤高度為8m。原本的軟基設計方案是真空預加載結合堆載，在基礎承載力達到設計要求后再進行橋臺施工，設計規定在橋臺施工結束后軟基的沉降深度需小于10cm。

對軟基進行真空預加載結合堆載處理后，施工結束發現基礎沉降深度達到了50cm左右，嚴重超過當初的設計標準，也影響到后期的施工安排和進度，因此決定在橋臺長60m的范圍內使用PTC樁網復合基礎處理軟基過度沉降問題，處理結構如圖1所示。

PTC樁網復合基礎的工作原理是將路堤間的軟土擠壓密實，使其產生變形，在樁間形成隆起土拱，利用土拱與樁之間的作用力，將樁間土承受的荷載作用在樁身，以減小樁間土體的所受荷載，實現土和樁共同受力的目的。

當前工程中PTC樁多采用混凝土管樁。管樁一般由高強度混凝土澆筑形成，樁體直徑以40cm居多，管厚6～8cm。該類型管樁的豎向單樁極限承載力能達到1500kN以上。工程中多采用調整樁的間距布置對樁網進行設計，實現樁體對樁間土體荷載分擔比例的調整，但實踐研究報告顯示，該方法在應用于淤泥質土的地基承載力處理時往往效果不理想。

2.2" " 解決方案

鑒于工程中涉及淤泥層，采用傳統的PTC樁網復合處理基礎存在一定困難，為此在對軟基進行PTC樁網處理時，需要科學設計樁體荷載分擔比例，以減小樁間土體所承受荷載。從已有文獻可知，采用縮小樁間距離、增大樁帽的寬度、增加墊層厚度及強度等辦法，可以達到提高樁體荷載分擔比的目的。本文先采用真空預加載和淤泥土換填的方法提高地基土強度，然后再對樁網結構進行科學設計，以增強路堤承載力和穩定性。

2.3" " 樁網復合地基支承路堤具體設計

本文采用PTC樁網復合法提高路堤的承載力。采用強度標號為C80的混凝土預制直徑60cm，管厚70mm的管樁，管樁布置間距2m，其單樁極限承載力為1600kN。樁帽設計為正方形，邊長為1m。加筋墊層設計為60cm厚，每鋪設20cm的碎石加鋪一層土工格柵。碎石粒徑40～50mm略大于土工格柵孔徑。襯墊層為5m厚加筋土，每鋪設1m厚加筋土設置一層土工格柵，直到鋪完5層加筋土為止。在墊層碎石和加筋土層中設置土工格柵，以有效限制路堤外側土體和管樁的側向移動。樁網復合地基支承路堤具體設計如圖2所示。

3" "樁網復合地基整體穩定性分析

設計完成后需對其進行穩定性分析。該工程匯總穩定性分析，可以忽略外圍區域樁帽與地連梁的外力。對施工區域路基填土、巖層進行基本物理和力學指標測試，得到的基層填土和基層巖石的參數指標見表1。

對原始地基處理后，采用圓弧滑動法對路基的穩定性進行整體分析。加固區的地基土采用復合強度計算，包括樁間圖的抗剪強度和樁體的抗剪強度。PTC樁的主要材料為混凝土，作為一種傳統的凝膠水硬性材料，這部分抗剪強度的計算以樁體發生斷裂為基準。混凝土管樁的內摩擦角取29°，摩擦系數為0.55。根據已有計算方法，得到管樁的穩安全定性系數為1.336，＞1.3，滿足工程設計要求。

4" "施工流程與監測分析

4.1" " 施工流程

先完成橋墩承臺周圍的PTC樁的布設沉樁，然后對橋臺進行施工，以使橋臺和道路地基的施工保持同步，避免工期延誤。PTC樁復合處理地基的施工順序按照先中心后四周次序，采用靜壓樁機進行壓樁。路基的土體回填時，需對壓實度、內摩擦角兩項指標進行控制。分多層填筑，填筑結束后采用打夯機和壓路機反復壓實。

4.2" " 監測分析

4.2.1" "樁帽填土厚度與沉降量關系

在施工過程中為了保證施工效果，對樁帽和樁間土體的沉降量、土壓力、坡腳位移等參數進行了監測。樁帽與樁間土體的沉降量監測，采用預埋沉降板和沉降監測桿的方式進行，根據檢測數據繪制的樁帽填土厚度與沉降量的關系曲線如圖3所示。

由圖3可以看出，樁帽與樁間圖的沉降量與其上填土厚度基本呈正相關。填土厚度越大，樁帽和樁間土體承受的荷載就越大，整體表現為先沉降快后沉降慢的趨勢。當填土厚度超過3m后，樁間土體的沉降量隨填土厚度的增加逐漸放緩，最大沉降量為315mm。樁帽的沉降量遠遠小于樁間土體沉降量，且樁帽的沉降量隨其上回填后厚度的增加僅有小幅增長，最大沉降量為25mm，小于理論要求的界限值35mm，路基沉降滿足穩定工作要求。

4.2.2" "土壓力與填土厚度關系曲線

樁頂土壓力的監測通過在樁帽和樁間土預埋壓力盒進行。根據檢測數據繪制的土壓力與填土厚度的變化曲線如圖4所示。

由圖4可知，樁間土體的土壓力值隨著填土厚度的增加，表現出現持續增大的趨勢，但增長速率先快后慢。當填土厚度超過3m后，樁間土體的土壓力基本保持不變。樁帽的土壓力隨著填土厚度的增加，持續增大。

由此可見，樁間土體承受的土壓力已經被轉移到樁體，樁體的荷載分擔效果十分顯著。由此判斷，樁間的土拱形成后，地基的等沉面會高于樁帽頂端3m左右。在路堤完成填筑后，樁帽的最大土壓力為525kPa，樁間土體的而最大土壓力為33kPa。這一檢測結果與理論要求結果接近，地基承載力滿足施工要求。

5" "結語

近年來，樁網復合地基由于其處理后的地基沉降小、施工周期短，而被廣泛應用于軟基處理工程中。樁網復合地基進行施工時，常需要考慮管樁間距、路基回填土厚度、管樁樁帽尺寸、樁端持力層材質等多方面的影響因素。

本文針對某橋臺長60m范圍內應用PTC樁網復合基礎處理軟基的過度沉降問題，設計了具體加固方案，并對施工過程進行了檢測分析，研究結果表明：

樁帽的沉降量要遠遠小于樁間土體沉降量，且樁帽的沉降量隨其上回填后厚度的增加僅有小幅增長，最大沉降量為25mm，小于理論要求的界限值35mm，此時路基沉降滿足穩定工作要求。

樁間土體承受的土壓力已經被轉移到樁體，樁體的荷載分擔效果十分顯著。由此可以判斷，在樁間的土拱形成后，地基的等沉面會高于樁帽頂端3m左右在路堤完成填筑后，地基承載力滿足施工要求。

參考文獻

[1] 湯亮，李聰聰，郭淯晟，等.沿海地區不均勻地質下抗拔預應力高強混凝土管樁的設計與施工[J].工程建設與設計，2022（22）：102-105.

[2] 李俊才，張永剛，鄧亞光，等.管樁水泥土復合樁荷載傳遞規律研究[J].巖石力學與工程學報，2014，33（S1）：3068-3076.

[3] 楊以國，劉開富，謝新宇.循環荷載下長短樁樁網復合地基變形試驗研究[J].浙江大學學報（工學版），2021，55（6）：1027-1035.

[4] 陳云敏，賈寧，陳仁朋.樁承式路堤土拱效應分析[J].中國公路學報，2004（4）：4-9.

[5] 曹文貴，余林芳，張超，等.考慮樁土差異沉降影響的樁網復合地基樁土應力比分析方法[J].水文地質工程地質，2017，44（4）：41-49.