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(jì)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(jì)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(guò)減少總沉降量來(lái)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(chē)現(xiàn)象。介紹管樁的特點(diǎn)及其加固機(jī)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(shí)例，介紹其設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、處理方案比選及施工質(zhì)量的控制和檢驗(yàn)。

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(yàn)。近幾年在高速公路建設(shè)中的運(yùn)用也越來(lái)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(biāo)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(diǎn)

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(chǎng)用混凝土澆筑。施工時(shí)，一般用壓樁機(jī)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(qiáng)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(dá)到加固地基的目的。

2　管樁的加固機(jī)理

管樁地基在填土過(guò)程中幾乎只產(chǎn)生幾個(gè)千帕的超靜孔隙水壓力，表明荷載基本被樁體承擔(dān)，樁間土承擔(dān)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(dān)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(guò)樁體傳入深層好的地層上，繞過(guò)了上部軟弱土，避免產(chǎn)生過(guò)大的軟土壓縮量和施工中會(huì)出現(xiàn)的路堤穩(wěn)定問(wèn)題，加快了施工進(jìn)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(wú)法施工的路段。

3　管樁在上海中環(huán)線的應(yīng)用設(shè)計(jì)

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(zhǎng)9.44 km。工程共分5個(gè)設(shè)計(jì)標(biāo)段，該標(biāo)段為設(shè)計(jì)3標(biāo)。該標(biāo)段分為高架和地面道路，其中高架按城市快速路標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，雙向8 車(chē)道規(guī)模，設(shè)計(jì)速度為80 km/h；地面道路按城市主干路標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，為雙向6車(chē)道規(guī)模，設(shè)計(jì)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(biāo)位于長(zhǎng)江三角洲入海口東南前緣，該項(xiàng)目橫穿楔形綠地，屬濱海平原地貌，擬建場(chǎng)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(shì)相對(duì)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(qiáng)度低等特點(diǎn)，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(duì)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(jì)標(biāo)準(zhǔn)

設(shè)計(jì)年限：路面設(shè)計(jì)使用年限為15 a。

沉降計(jì)算方法：地基沉降量計(jì)算采用分層總合法，主固結(jié)沉降量采用e-p曲線計(jì)算，總沉降量計(jì)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(guó)內(nèi)軟土地區(qū)的具體工程實(shí)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(guò)地基沉降計(jì)算得到該工程范圍路基填高與沉降之間的關(guān)系圖（見(jiàn)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(dāng)路基填高不小于1.30 m時(shí)，路基沉降不小于0.10 m；

當(dāng)路基填高不小于2.95 m時(shí)，路基沉降不小于0.20 m；

當(dāng)路基填高不小于4.75 m時(shí)，路基沉降不小于0.25 m。

（1）一般路段軟土地基

該標(biāo)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(jì)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(biāo)準(zhǔn)，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(biāo)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(biāo)準(zhǔn)。由于路基與涵洞、通道構(gòu)造物相鄰處差異沉降對(duì)行車(chē)的安全性、舒適性影響較大，為避免過(guò)大的差異沉降帶來(lái)行車(chē)安全隱患，該標(biāo)段兩處箱涵以及與構(gòu)造物相鄰處軟基進(jìn)行處理，處理長(zhǎng)度取40 m，構(gòu)造物中線兩側(cè)各20 m。

（3）與橋臺(tái)相鄰處

該標(biāo)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(tái)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(biāo)準(zhǔn)，因此與橋臺(tái)相鄰路段軟土路基必須進(jìn)行處理，處理范圍為臺(tái)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(zhǎng)20～25 m過(guò)渡段。

3.3軟土地基處理

3.3.1方案比選

根據(jù)該項(xiàng)目地質(zhì)情況提出以下方案進(jìn)行比選。

（1）排水固結(jié)法：是地基在荷載作用下，通過(guò)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(qiáng)度逐漸增長(zhǎng)。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(guò)程中，由動(dòng)力系統(tǒng)分別帶動(dòng)安裝在同心鉆桿上的內(nèi)、外兩組攪拌葉片同時(shí)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(guò)20 m。

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

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

3.3.2管樁處理設(shè)計(jì)

原則上樁體應(yīng)穿透軟弱土層到達(dá)強(qiáng)度相對(duì)較高的土層（簡(jiǎn)稱硬土層）。對(duì)于間隔硬土層在雙層以上的軟土層，樁體穿過(guò)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(biāo)段沿線土層相對(duì)均勻，管樁基本打穿軟土層1 m，樁長(zhǎng)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(guò)渡段，第2段過(guò)渡段樁長(zhǎng)打穿第④層淤泥質(zhì)黏土，樁長(zhǎng)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(guò)變樁間距來(lái)減少不均勻沉降，過(guò)渡段樁間距為2.8 m。涵洞工后沉降要求相對(duì)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(biāo)段間距2.5 m采用樁帽邊長(zhǎng)1.2 m，間距2.8 m采用樁帽邊長(zhǎng)1.4m。管樁橋頭、臺(tái)前設(shè)計(jì)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(jī)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(dá)到設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)；

（7）移動(dòng)樁位，進(jìn)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(hù)；

（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(yàn)

3.3.4.1施工質(zhì)量控制

（1）在每批管樁進(jìn)場(chǎng)之前，應(yīng)進(jìn)行隨機(jī)抽樣檢驗(yàn)。

（2）根據(jù)設(shè)計(jì)文件中的樁基深度匹配長(zhǎng)度進(jìn)行施工組合。一般樁基深度不小于24 m，不超過(guò)3節(jié)樁組合；樁基深度小于24 m，不超過(guò)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(shí)，應(yīng)用鋼絲繩綁住樁身單點(diǎn)起吊，小心移入樁機(jī)，然后調(diào)平樁機(jī)，開(kāi)動(dòng)縱橫兩向油缸移動(dòng)樁機(jī)調(diào)整對(duì)中，同時(shí)利用相互垂直的兩個(gè)方向的經(jīng)緯儀檢查垂直度。

（4）接樁及焊接要求：接樁時(shí)上下兩節(jié)樁錯(cuò)位偏差不應(yīng)大于2 mm。焊接時(shí)應(yīng)分層焊接，在坡口四周先對(duì)稱點(diǎn)焊6點(diǎn)，焊接層數(shù)不得少于2層，焊縫應(yīng)達(dá)到三級(jí)焊縫要求。

（5）送樁：送樁前用水準(zhǔn)儀確定地面標(biāo)高，在送樁桿上作記號(hào)，送樁過(guò)程中進(jìn)行跟蹤，動(dòng)態(tài)檢查送樁深度。

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

3.3.4.2施工質(zhì)量檢驗(yàn)

應(yīng)對(duì)樁位及第一節(jié)樁和后續(xù)樁的垂直度進(jìn)行檢測(cè)，并嚴(yán)格控制接樁時(shí)錯(cuò)位偏差及焊機(jī)層數(shù)、焊接點(diǎn)數(shù)，樁長(zhǎng)、樁頭標(biāo)高及單樁極限承載力應(yīng)滿足設(shè)計(jì)要求。

4　結(jié)語(yǔ)

（1）管樁處理軟土地基可以有效減少總沉降，進(jìn)而減少工后沉降，并且施工簡(jiǎn)便，施工速度快。一般情況下處理之后可以不進(jìn)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(duì)處理深厚軟土，且工期緊張的工程非常實(shí)用。

（2）管樁處理軟基工后沉降很小，因此要注意設(shè)置過(guò)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(jì)工作。