陳飛彪

（福建省迅捷交通科技有限公司，福建 福州 350000）

1 概念

預(yù)制豎向勁性體[1]，也稱為增強(qiáng)體勁性體，簡(jiǎn)稱PST 管樁，是一種新型薄壁管樁，作為豎向增強(qiáng)體用于軟基處理以形成剛性樁復(fù)合地基。其作用相當(dāng)于對(duì)軟弱地基采用置換、擠密、膠結(jié)等形成復(fù)合地基，從而增加地基的豎向受力能力，起到改善軟弱地基的作用，滿足承載力與沉降要求。PST 管樁的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)模型如圖1 所示。

圖1 PST 管樁的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)模型圖

PST 管樁復(fù)合地基的優(yōu)點(diǎn)有6 個(gè)：1）施工質(zhì)量容易控制（工廠化預(yù)制，質(zhì)量看得見）。2）施工速度快（成品樁打入、樁間距大、樁數(shù)少）。3）工后沉降小、不均勻沉降?。渡韽?qiáng)度高，承載力大）。4）地基處理深度大（可采用焊接或機(jī)械連接方式接樁）。5）復(fù)合地基承載力大。6）造價(jià)較為適中。

2 PST 管樁的設(shè)計(jì)驗(yàn)算

由于PST 管樁的單樁造價(jià)比普通的水泥土樁要高，同時(shí)樁身強(qiáng)度大，承載力高，因此在設(shè)計(jì)中普遍采用充分發(fā)揮樁土共同工作和疏化樁距的方法來(lái)進(jìn)行復(fù)合地基的設(shè)計(jì)。

一般要求樁體須位于穩(wěn)定的地層作為持力層，樁端全截面（不含樁尖）進(jìn)入持力層深度，黏性土、粉土，不宜小于2 d；砂土不宜小于1.5 d。當(dāng)存在軟弱下臥層時(shí)，樁端以下持力層厚度不宜小于4 d，并進(jìn)行軟弱下臥層承載力和沉降驗(yàn)算。

樁長(zhǎng)設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)深厚軟土地基來(lái)說(shuō)，只要樁長(zhǎng)穿過(guò)軟土層到達(dá)相對(duì)較硬的土層，就可以較好地控制地基的沉降變形，樁長(zhǎng)的確定宜以打穿軟土層為主，不可過(guò)度追求到達(dá)很硬的土層，樁長(zhǎng)的具體取值應(yīng)根據(jù)軟基的沉降以及穩(wěn)定性計(jì)算確定。

PST 管樁在設(shè)計(jì)中主要以承載力和沉降進(jìn)行控制，可不驗(yàn)算復(fù)合地基的承載力[2]。

2.1 PST 管樁的承載力可按下列兩個(gè)公式進(jìn)行驗(yàn)算

式中：R—單樁豎向承載力設(shè)計(jì)值（kN）；

γ0—建筑物樁基重要系數(shù)，取1.1；Fcap—樁頂上的荷載壓力（kN）；Qsk、Qpk—單樁的總極限側(cè)阻力特征值和單樁的總極限端阻力特征值（kN）；γs、γp—側(cè)阻抗力分項(xiàng)系數(shù)和端阻抗力分項(xiàng)系數(shù)，γs=γp。

2.2 沉降驗(yàn)算

可不考慮樁間土壓縮變形對(duì)沉降的影響，采用單向壓縮分層總和法計(jì)算最終沉降。

式中：S—樁基最終沉降；m—樁端平面以下壓縮層內(nèi)土層分層的數(shù)目；Esj，i—樁端平面下第j層土第i個(gè)分層在自重應(yīng)力至自重應(yīng)力加附加應(yīng)力作用段的壓縮模量（MPa）；nj—樁端平面下第j層土的計(jì)算分層數(shù)；△hj，i—樁端平面下第j層第i分層的厚度（m）：σj，i—樁端平面下第j層第i分層的豎向附加應(yīng)力（kPa）；ψP—樁基沉降計(jì)算經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，根據(jù)當(dāng)?shù)氐墓こ虒?shí)測(cè)資料統(tǒng)計(jì)對(duì)比確定。

常見的“橋頭跳車”問題主要是由于樁基橋臺(tái)的幾乎零沉降與軟土地基路堤的工后沉降相比要小得多，導(dǎo)致橋面與路面的錯(cuò)臺(tái)現(xiàn)場(chǎng)。工程設(shè)計(jì)中通常采用較強(qiáng)的路基處理措施，從而減小橋梁與路基之間的沉降差，保證行車的舒適性。

就軟土地基處理來(lái)說(shuō)，處置方式的選用、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)須根據(jù)總的沉降量與容許工后沉降來(lái)確定，一味地追求舒適性必然會(huì)使軟弱地基處理的經(jīng)濟(jì)性變差，這就需要在軟弱地基處理的舒適性與經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)中尋找一個(gè)平衡點(diǎn)。

3 依托工程概況

某城市主干路，主路設(shè)計(jì)速度為60km/h，輔道設(shè)計(jì)速度為40km/h。主路為雙向六車道，路面總寬度24m；輔道為雙向兩車道，路面總寬度14m，標(biāo)準(zhǔn)路段紅線寬度為47m。道路以跨境交通為主，是長(zhǎng)距離、跨城區(qū)交通通道的重要組成部分，同時(shí)兼具區(qū)內(nèi)部分集散交通功能。擬建場(chǎng)地高程變化為4.73 m～16.23 m，場(chǎng)地地基土層除表層為人工填土外，主要為淤積、沖積、沖洪積成因土層，基底為燕山晚期形成的花崗巖，原始地貌屬?zèng)_積平原地貌單元。道路于2008 年竣工，至今已通行近13 年。經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)踏勘發(fā)現(xiàn)橋頭跳車明顯，橋頭路基沉降嚴(yán)重（最大處近1 m），對(duì)行車安全和行車舒適性有很大的影響，查閱原始相關(guān)資料， 橋頭接坡處路基采用水泥攪拌樁進(jìn)行加固處理。根據(jù)原路面結(jié)構(gòu)、原地勘資料、原設(shè)計(jì)高程及現(xiàn)狀路面高程，對(duì)橋頭接坡段的理論工后沉降與實(shí)際沉降量進(jìn)行驗(yàn)算對(duì)比。結(jié)果見表1。

表1 橋頭接坡段路基沉降驗(yàn)算分析表

經(jīng)驗(yàn)算比對(duì)發(fā)現(xiàn)：橋頭接坡段現(xiàn)狀實(shí)際沉降量比理論沉降量大，沉降比例基本大于100%，說(shuō)明原軟基處理方案的效果不佳。

4 軟基處理方案比較

以樁號(hào)K5+575 橋頭接坡段路基段為例，根據(jù)地勘資料的地層分布為第①層為1.3 m 厚的填碎石土，第②層為12.7m深的淤泥層，第③層為5.3 m 的卵石層。根據(jù)該道路竣工圖，原橋頭路基處理采用水泥攪拌樁，經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)踏勘發(fā)現(xiàn)效果不佳，鑒于橋頭路基沉降嚴(yán)重（最大處沉降近1m），結(jié)合當(dāng)?shù)厮鄶嚢铇冻翗顿|(zhì)量總體效果不佳的情況，本次不考慮水泥攪拌樁。

4.1 方案1：預(yù)制豎向勁性體（PST 樁），樁頂路基填筑采用泡沫混凝土

剛性樁適用于處理深厚軟土地基上荷載較大、變形要求較嚴(yán)格的高路堤段、橋頭或通道與路堤銜接段。傳統(tǒng)的PHC管樁質(zhì)量可靠，用于道路軟基處理，其樁體承載力存在較大的富余，工后沉降小，處理深度較深，但價(jià)格較高。而PST勁性體是在保證工程質(zhì)量的前提下，通過(guò)減少管樁的壁厚、降低配筋率等方式降低工程造價(jià)，在復(fù)合地基加固中與PHC管樁處理效果基本一致情況下，工程造價(jià)可節(jié)省15%～20%。

泡沫混凝土施工簡(jiǎn)單，材料來(lái)源豐富，工程質(zhì)量可控。同時(shí)泡沫混凝土[3]質(zhì)量輕，約為普通填料的1/3 左右，利用泡沫混凝土質(zhì)量輕的特點(diǎn)，可以有效減少對(duì)基底的壓力，甚至實(shí)現(xiàn)“零”附加應(yīng)力，從而有效遏制了軟弱地基段的工后沉降，尤其在結(jié)構(gòu)剛度差異較大的路基與橋梁過(guò)渡段中設(shè)置時(shí)，可有效減少兩者之間的差異沉降。

軟基處理方案：在施工區(qū)域路基兩側(cè)處施打鋼板樁，開挖臺(tái)背及原褥墊層并整平后，再進(jìn)行PST 樁施工（由橋臺(tái)跳樁跳排向后退打施工，PST 管樁在平面上按正方形布置，樁間距為2.0 m，樁徑為40 cm）。待管樁施工完畢并檢測(cè)合格后，鋪設(shè)雙向土工格柵及級(jí)配碎石褥墊層，待觀測(cè)到穩(wěn)定的初始值后，采用泡沫混凝土進(jìn)行路堤填筑。方案處理模型如圖2 所示。

圖2 PST 管樁軟基處理方案圖

4.2 方案2：碎石粉煤灰混凝土樁（CFG 樁），樁頂采用泡沫混凝土路基填筑

CFG 樁是一種低強(qiáng)度混凝土樁，可充分利用樁間土的承載力共同作用，并可傳遞荷載到深層地基中去，同時(shí)可通過(guò)褥墊層來(lái)調(diào)節(jié)樁和樁間土的應(yīng)力和變形，使樁間土的強(qiáng)度得到充分發(fā)揮，具有較好的技術(shù)性能和經(jīng)濟(jì)效果。

軟基處理方案：在施工區(qū)域路基兩側(cè)處施打鋼板樁，開挖臺(tái)背及原褥墊層并整平后，再進(jìn)行CFG 樁施工（要求由橋臺(tái)跳樁跳排向后退打施工，CFG 管樁在平面上按正三角形布置，橋頭兩側(cè)各10m 范圍內(nèi)樁間距為1.3m，其余10m～20m樁間距為1.6m，樁徑為40cm）。待管樁施工完畢并檢測(cè)合格后，鋪設(shè)雙向土工格柵及級(jí)配碎石褥墊層，待觀測(cè)到穩(wěn)定的初始值后，采用泡沫混凝土進(jìn)行路堤填筑。方案處理模型如圖3 所示。

圖3 CFG 樁軟基處理方案圖

4.3 方案3：高壓旋噴樁

高壓旋噴注漿法[4]是通過(guò)在軟弱土層中形成水泥固結(jié)體與樁間土一起形成復(fù)合地基，從而提高地基的承載力，減少地基的沉降變形，達(dá)到地基加固目的。旋噴樁的承載力取決于樁體的強(qiáng)度和地基土對(duì)樁的承載力，樁身強(qiáng)度成為決定樁承載力的決定因素，當(dāng)樁身強(qiáng)度較高時(shí)，增加長(zhǎng)度能顯著提高樁的承載力。

軟基處理方案：無(wú)須開挖臺(tái)背填方，直接采用引孔施工高壓旋噴樁（要求由橋臺(tái)跳樁跳排向后退打施工，在平面上按正三角形布置，橋頭兩側(cè)各10m 范圍內(nèi)樁間距為1.3m，其余10 m～20 m 樁間距為1.6m，樁徑為50cm）。待管樁施工完畢并檢測(cè)合格后，鋪設(shè)雙向土工格柵及級(jí)配碎石褥墊層。方案處理模型如圖4 所示。

圖4 高壓旋噴樁軟基處理方案圖

5 軟基處理方案對(duì)比分析

該文針對(duì)橋頭跳車情況，就常用的CFG 樁和高壓旋噴樁兩種方法與PST 管樁進(jìn)行軟基處理方案對(duì)比分析，表2 結(jié)果表明：綜合考慮工期、工后沉降以及運(yùn)營(yíng)期使用和養(yǎng)護(hù)等影響時(shí)，顯然PST 管樁相較于CFG 樁、高壓旋噴樁，具有樁材質(zhì)量好、工程地質(zhì)適應(yīng)性強(qiáng)、場(chǎng)地施工文明等優(yōu)點(diǎn)，而高壓旋噴樁容易污染環(huán)境，CFG 樁則成本較高，工期長(zhǎng)，同時(shí)對(duì)周邊土體有擠壓作用。

表2 橋頭跳車軟基處理方案比較

6 結(jié)語(yǔ)

該文針對(duì)橋頭接坡段的軟基處理方案，基于減少橋梁與路堤之間的差異沉降，實(shí)現(xiàn)橋梁與路基的剛?cè)徇^(guò)渡銜接，減少直至消除橋頭跳車現(xiàn)象，提高行車的安全性，保證行車的舒適性等因素，采用PST 樁結(jié)合填筑泡沫混凝土對(duì)橋頭接坡段進(jìn)行軟基處理，有效遏制了軟弱地基段的工后沉降，能有效解決橋頭跳車問題。且施工方便，質(zhì)量保證，經(jīng)濟(jì)合理，具有良好的應(yīng)用前景。