潘秀球

（上海城興市政工程設(shè)計有限公司，上海市200235）

管樁在上海中環(huán)線浦東段軟土地基處理中的應(yīng)用

潘秀球

（上海城興市政工程設(shè)計有限公司，上海市200235）

管樁處理道路軟土地基日趨廣泛，它通過減少總沉降量來控制工后沉降，特別是在填土高度較大的橋頭路段，可以有效控制工后沉降，避免橋頭因不均勻沉降而產(chǎn)生明顯的橋頭跳車現(xiàn)象。介紹管樁的特點及其加固機理，并以管樁在上海中環(huán)線浦東段軟土地基處理中的應(yīng)用為實例，介紹其設(shè)計標準、處理方案比選及施工質(zhì)量的控制和檢驗。

管樁；軟土地基處理；工后沉降

0　引言

管樁廣泛應(yīng)用于工業(yè)民用建筑領(lǐng)域的地基加固，并取得了豐富的成果和經(jīng)驗。近幾年在高速公路建設(shè)中的運用也越來越廣泛，尤其是用于東部沿海的高填方橋頭深厚軟基，有效地控制了工后沉降，但是目前管樁用于城市道路軟基處理尚少。本文在此背景下以上海中環(huán)線浦東段（軍工路越江隧道—高科中路）新建工程3標段為例，淺談管樁在上海城市道路軟土地基處理中的應(yīng)用。

1　管樁的特點

預(yù)應(yīng)力管樁由樁身、樁尖和樁帽三部分組成，樁身和樁尖預(yù)先在工廠按一定的規(guī)格制備好，樁帽也配有鋼筋，一般在工地現(xiàn)場用混凝土澆筑。施工時，一般用壓樁機在工地采用靜壓的方法把樁壓入地基。預(yù)應(yīng)力管樁具有較高的強度，它與樁帽和地基土共同構(gòu)成復(fù)合地基，以提高地基的承載能力，降低沉降量，達到加固地基的目的。

2　管樁的加固機理

管樁地基在填土過程中幾乎只產(chǎn)生幾個千帕的超靜孔隙水壓力，表明荷載基本被樁體承擔，樁間土承擔很小。路堤填土在樁與樁間土之間發(fā)生了不等的沉降變形，導(dǎo)致路堤產(chǎn)生土拱效應(yīng)，從而使樁的高承載能力得以發(fā)揮。管樁樁頂設(shè)置面積較大的樁帽，在組成復(fù)合地基中，樁承擔更大的荷載，充分發(fā)揮樁的高承載特性。用它處理高填方橋頭深厚軟土地基的思路是將高填方荷載通過樁體傳入深層好的地層上，繞過了上部軟弱土，避免產(chǎn)生過大的軟土壓縮量和施工中會出現(xiàn)的路堤穩(wěn)定問題，加快了施工進度及大大減少了工后沉降量。由于預(yù)應(yīng)力管樁的成本較高，所以原則上處理深度大于15 m的橋頭路段以及雖然處理深度小于15 m，但是存在較硬夾層，水泥攪拌樁無法施工的路段。

3　管樁在上海中環(huán)線的應(yīng)用設(shè)計

上海中環(huán)線浦東段（軍工路越江隧道—高科中路）新建工程位于上海市浦東新區(qū)，是上海市城市中環(huán)線的組成部分，工程范圍內(nèi)線路全長9.44 km。工程共分5個設(shè)計標段，該標段為設(shè)計3標。該標段分為高架和地面道路，其中高架按城市快速路標準設(shè)計，雙向8 車道規(guī)模，設(shè)計速度為80 km/h；地面道路按城市主干路標準設(shè)計，為雙向6車道規(guī)模，設(shè)計速度為50 km/h。

3.1地質(zhì)概況

上海中環(huán)線浦東段（軍工路越江隧道—高科中路）新建工程3標位于長江三角洲入海口東南前緣，該項目橫穿楔形綠地，屬濱海平原地貌，擬建場地內(nèi)主要為民宅、廠房和農(nóng)田等，橫穿大小多條明浜，地勢相對平緩。

軟土為沿線的主要不良地質(zhì)體，其巖性以淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土及淤泥質(zhì)黏土為主，局部為淤泥，軟塑-流塑狀，具有天然含水量大、高壓縮性、土的力學(xué)強度低等特點，工程性質(zhì)極差，易產(chǎn)生側(cè)向滑移、不均勻沉降及蠕變等工程地質(zhì)病害，對路基及構(gòu)筑物的穩(wěn)定性影響較大。沿線地層主要為第①1層填土，第②層褐黃～灰黃色粉質(zhì)黏土，第③層灰色淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土，第④層淤泥質(zhì)黏土，第⑤1層灰色黏土，第⑤2層灰色砂質(zhì)粉土。除了第③層、第④層為淤泥質(zhì)土外，第⑤1層灰色黏土屬高含水量，高壓縮性，弱滲透性軟弱土，地基應(yīng)處理至第⑤1層底面，因此軟弱土層深度不小于24 m。

3.2設(shè)計標準

設(shè)計年限：路面設(shè)計使用年限為15 a。

沉降計算方法：地基沉降量計算采用分層總合法，主固結(jié)沉降量采用e-p曲線計算，總沉降量計算采用沉降系數(shù)修正法，地基沉降系數(shù)取值參照了本地區(qū)及國內(nèi)軟土地區(qū)的具體工程實例，沉降系數(shù)Ms取值范圍為1.1～1.7。

容許工后沉降：一般路段為25 cm，涵洞及箱型通道處為20 cm，路堤與大、中、小橋毗鄰處為10 cm。

處理原則：根據(jù)該工程路基填土高度、土質(zhì)特性等資料，通過地基沉降計算得到該工程范圍路基填高與沉降之間的關(guān)系圖（見圖1）。

圖1　路基沉降-填土高度關(guān)系圖

根據(jù)路基沉降與填土高度關(guān)系圖，可以得出以下結(jié)論：

當路基填高不小于1.30 m時，路基沉降不小于0.10 m；

當路基填高不小于2.95 m時，路基沉降不小于0.20 m；

當路基填高不小于4.75 m時，路基沉降不小于0.25 m。

（1）一般路段軟土地基

該標段一般路段主要為低填路基，最大填高在1.5 m左右，根據(jù)計算得到路基沉降-填土高度關(guān)系曲線，沉降在0.05～0.15 m之間，小于容許工后沉降0.25 m控制標準，因此，該工程一般路段軟土地基不做處理。

（2）與涵洞、通道構(gòu)造物相鄰處

該標段有兩道箱涵，構(gòu)造物相鄰處最大路基填高均大于3 m，沉降大于0.20 m，大于容許工后沉降0.20 m控制標準。由于路基與涵洞、通道構(gòu)造物相鄰處差異沉降對行車的安全性、舒適性影響較大，為避免過大的差異沉降帶來行車安全隱患，該標段兩處箱涵以及與構(gòu)造物相鄰處軟基進行處理，處理長度取40 m，構(gòu)造物中線兩側(cè)各20 m。

（3）與橋臺相鄰處

該標段有4座橋，分別為趙家宅橋、張家浜橋、創(chuàng)新河橋、牛橋港橋，臺后路基填土高度均大于3.0 m，路基沉降在0.2 m以上，大于容許工后沉降0.10 m的控制標準，因此與橋臺相鄰路段軟土路基必須進行處理，處理范圍為臺前及橋頭路段20～25 m，另外為盡量減少不均勻沉降設(shè)置長20～25 m過渡段。

3.3軟土地基處理

3.3.1方案比選

根據(jù)該項目地質(zhì)情況提出以下方案進行比選。

（1）排水固結(jié)法：是地基在荷載作用下，通過布置豎向排水體，使土中的孔隙水被慢慢排出，孔隙比減小，地基發(fā)生固結(jié)變形，地基土的強度逐漸增長。排水固結(jié)法適用于處理飽和軟弱土層。

（2）雙向水泥土攪拌樁：在水泥土攪拌樁成樁過程中，由動力系統(tǒng)分別帶動安裝在同心鉆桿上的內(nèi)、外兩組攪拌葉片同時正、反向旋轉(zhuǎn)攪拌的雙向水泥土攪拌樁，處理深度不宜超過20 m。

（3）管樁：管樁由樁基、樁尖和樁帽三部分組成，施工時用壓樁機在工地采用靜壓的方法把樁壓入地基。

比選結(jié)論：該標段位于張家浜楔形綠地內(nèi)，軟弱土層深度不小于24 m，對處理效果要求較高，不采用排水固結(jié)法進行處理。雙向水泥土攪拌樁處理深度不宜超過20 m，預(yù)應(yīng)力混凝土管樁處理深度可達20 m以上，因此該標段采用管樁進行處理。

3.3.2管樁處理設(shè)計

原則上樁體應(yīng)穿透軟弱土層到達強度相對較高的土層（簡稱硬土層）。對于間隔硬土層在雙層以上的軟土層，樁體穿過部分層次軟土層后，已能滿足穩(wěn)定和變形要求者，可不打穿軟土層。該標段沿線土層相對均勻，管樁基本打穿軟土層1 m，樁長約25 m，樁間距2.5 m。為了盡量減少不均勻沉降，橋頭路段基本上設(shè)置了2段過渡段，第2段過渡段樁長打穿第④層淤泥質(zhì)黏土，樁長約19 m，以盡量減少管樁處理路段與一半路段的不均勻沉降，并通過變樁間距來減少不均勻沉降，過渡段樁間距為2.8 m。涵洞工后沉降要求相對較低，因此涵洞路段間距為2.8 m。管樁在平面上采用正方形布設(shè)。

管樁頂應(yīng)設(shè)置樁帽，采用C30鋼筋混凝土澆筑，樁帽尺寸應(yīng)根據(jù)樁間距采用，該標段間距2.5 m采用樁帽邊長1.2 m，間距2.8 m采用樁帽邊長1.4m。管樁橋頭、臺前設(shè)計單樁極限承載力為500 kN。墊層采用碎石墊層，碎石墊層中應(yīng)鋪筑鋼塑格柵。

3.3.3管樁施工

（1）靜壓機就位；

（2）靜壓第一節(jié)樁；

（3）起吊第二節(jié)樁；

（4）電焊接樁，并檢查焊接質(zhì)量和垂直度；

（5）靜壓第二節(jié)樁；

（6）重復(fù)以上壓樁工藝，直至達到設(shè)計樁長；

（7）移動樁位，進行下一樁的施工；

（8）一段路段管樁施工結(jié)束后，檢查整樁質(zhì)量；

（9）綁扎樁帽鋼筋，現(xiàn)澆水泥混凝土并養(yǎng)護；

（10）鋪筑碎石墊層，鋪筑鋼塑格柵。

3.3.4施工質(zhì)量控制與檢驗

3.3.4.1施工質(zhì)量控制

（1）在每批管樁進場之前，應(yīng)進行隨機抽樣檢驗。

（2）根據(jù)設(shè)計文件中的樁基深度匹配長度進行施工組合。一般樁基深度不小于24 m，不超過3節(jié)樁組合；樁基深度小于24 m，不超過2節(jié)樁管組合；樁基深度小于12 m，采用1節(jié)樁管。

（3）壓樁時，應(yīng)用鋼絲繩綁住樁身單點起吊，小心移入樁機，然后調(diào)平樁機，開動縱橫兩向油缸移動樁機調(diào)整對中，同時利用相互垂直的兩個方向的經(jīng)緯儀檢查垂直度。

（4）接樁及焊接要求：接樁時上下兩節(jié)樁錯位偏差不應(yīng)大于2 mm。焊接時應(yīng)分層焊接，在坡口四周先對稱點焊6點，焊接層數(shù)不得少于2層，焊縫應(yīng)達到三級焊縫要求。

（5）送樁：送樁前用水準儀確定地面標高，在送樁桿上作記號，送樁過程中進行跟蹤，動態(tài)檢查送樁深度。

（6）終止壓樁：正常情況按設(shè)計壓樁力1.3～1.5倍送樁，達到設(shè)計高程后持荷10 min且每分鐘沉降量不超過2 mm后方可結(jié)束送樁。

3.3.4.2施工質(zhì)量檢驗

應(yīng)對樁位及第一節(jié)樁和后續(xù)樁的垂直度進行檢測，并嚴格控制接樁時錯位偏差及焊機層數(shù)、焊接點數(shù)，樁長、樁頭標高及單樁極限承載力應(yīng)滿足設(shè)計要求。

4　結(jié)語

（1）管樁處理軟土地基可以有效減少總沉降，進而減少工后沉降，并且施工簡便，施工速度快。一般情況下處理之后可以不進行預(yù)壓處理，縮短工期；管樁處理深度超出一般水泥攪拌樁處理深度，對處理深厚軟土，且工期緊張的工程非常實用。

（2）管樁處理軟基工后沉降很小，因此要注意設(shè)置過渡段，盡量減少不均勻沉降。

U416.1

B

1009-7716（2015）05-0150-03

2015-01-09

潘秀球（1982-），女，侗族，廣西柳州人，工程師，從事公路與城市道路設(shè)計工作。