堆載預(yù)壓和預(yù)應(yīng)力管樁聯(lián)合處理軟土地基方法

喬 穎，田 勛，田中亞

（1.湖南中大檢測技術(shù)集團(tuán)有限公司，湖南 長沙 410205；2.齊魯交通發(fā)展集團(tuán)濟(jì)南分公司,山東 濟(jì)南 250001）

1 研究背景

軟弱地基土地區(qū)出現(xiàn)橋頭跳車現(xiàn)象較多，在路基段的地基處理過程中工藝較復(fù)雜，難度較大。橋梁樁基一般都是采用深層剛性樁，而與橋梁搭接的路基段則是淺層的柔性基礎(chǔ)，這種不均勻沉降的差異化，加大了橋頭跳車出現(xiàn)的頻率以及嚴(yán)重程度。橋頭軟基處理常用的方法有排水固結(jié)法、水泥攪拌樁、預(yù)應(yīng)力混凝土管樁等。

在淤泥厚度小于15 m時(shí)，采用水泥攪拌樁基本可以解決橋頭路基的不均勻沉降問題，但是對于深度大于15 m，甚至達(dá)到30 m以上的局部路基段，一般采用預(yù)應(yīng)力混凝土管樁進(jìn)行處理。但是混凝土管樁處理價(jià)格比較昂貴，所以在試驗(yàn)段采用塑料排水板堆載預(yù)壓法和預(yù)應(yīng)力管樁綜合處理的方法進(jìn)行處理，驗(yàn)證其處理效果。

選擇溫州市甬臺(tái)溫高速公路進(jìn)行軟土地基處理試驗(yàn)，該路段采用雙向六車道標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)，設(shè)計(jì)時(shí)速100 km。部分橋頭搭接路基部分存在較嚴(yán)重的軟弱性路基，淤泥深度為30～35 m。工程地基淤泥深厚且呈流塑性，具有含水量高、透水性差、靈敏性高、抗剪強(qiáng)度低、承載力低等特征，設(shè)計(jì)采用預(yù)應(yīng)力混凝土管樁進(jìn)行處理。在設(shè)計(jì)文件中，預(yù)應(yīng)力管樁采用平行四邊形布置，管樁外徑采用400 mm，每根管樁包含接樁和開口（閉口）型樁尖，樁尖采用B型，樁帽采用C30現(xiàn)澆混凝土。在場地允許的情況下，采用靜壓法沉樁。在采用預(yù)應(yīng)力管樁處理路段，樁頂50 cm厚德填筑材料應(yīng)采用粒徑不大于5 cm，含泥量小于10%的清宕渣墊層。

2 聯(lián)合處理法的現(xiàn)場處理

針對幾種傳統(tǒng)的軟基處理方法優(yōu)缺點(diǎn)，選取3處橋頭軟基處理段位置，其軟基深度及地質(zhì)情況基本一致。選取K24+305—K24+505段作為綜合處理的試驗(yàn)段，K31+498—K31+602、K50+007—K50+300按照設(shè)計(jì)文件進(jìn)行軟基處理作為對比段。試驗(yàn)路段總長度為200 m，路基寬度為35 m,在試驗(yàn)路段采用塑料排水板堆載預(yù)壓法和預(yù)應(yīng)力混凝土管樁進(jìn)行綜合處理，對比路段采用常規(guī)的預(yù)應(yīng)力混凝土管樁進(jìn)行軟基處理。

2.1 試驗(yàn)段軟基處理

試驗(yàn)段采用塑料排水板堆載預(yù)壓法和預(yù)應(yīng)力管樁法綜合處理，施工現(xiàn)場布置見圖1、圖2，施工及監(jiān)測流程見圖3。

圖1 平面

圖2 立面

圖3 試驗(yàn)段主要施工及監(jiān)測流程

2.2 對比路段軟基處理

根據(jù)設(shè)計(jì)方案要求，預(yù)應(yīng)力混凝土管樁在平面位置上采用平行四邊形布置，管樁樁長穿透軟土層，并進(jìn)入持下臥持力層深度不小于1 m，預(yù)應(yīng)力管樁外徑為40 cm，沉樁采用靜壓法。施工及監(jiān)測流程見圖4。

圖4 對比路段施工及監(jiān)測流程

2.3 堆載預(yù)壓的技術(shù)要求

（1）堆載預(yù)壓的材料宜采用素填土、砂等散料；（2）堆載要嚴(yán)格控制加荷速率，按設(shè)計(jì)要求分級加荷。根據(jù)堆載材料的密度，換算成相應(yīng)散料的每級堆載高度，保證在各級荷載下地基的穩(wěn)定性，同時(shí)要避免局部堆載過高而導(dǎo)致地基局部破壞。一般堆載控制指標(biāo)是：最大豎向變形量不應(yīng)超過10 ～15 mm/d；邊緣水平位移不應(yīng)大于5 mm/d；孔隙水壓力不超過預(yù)壓荷載所產(chǎn)生應(yīng)力的50～60%；（3）堆載邊緣宜超出地基處理部位底邊緣并適當(dāng)超出插板地帶；（4）大面積施工時(shí)可采用自卸車與推土機(jī)聯(lián)合作業(yè)，但要注意不能損壞已插好的排水板，更不允許超鏟將塑料排水板拔出。

2.4 地面沉降監(jiān)測點(diǎn)的布置

根據(jù)設(shè)計(jì)要求在軟土處理地段埋設(shè)沉降觀測標(biāo)志、設(shè)置沉降板，沉降板鋼板采用300 mm×300 mm×5 mm的鋼板，直桿(沉降桿)為一根Ф40 mm的鋼管，并由一根套管及四塊鋼肋板將其焊接在沉降板上。

沉降桿應(yīng)隨填土升高而逐漸接高，一般每段接管的長度為500 mm，兩端由螺紋接頭與空心管緊咬連接，隨著填土高度的增加接長觀測桿及套管。沉降觀測應(yīng)有明顯的標(biāo)志，防止施工碰撞。橋頭路段設(shè)置2～3個(gè)觀測斷面，路基填筑期間，每填筑一層觀測一次，填筑間歇期間，每3 d觀測一次，路堤進(jìn)入預(yù)壓期后，每周觀測一次、路面施工期間，每層觀測一次。工后沉降每月觀測一次。

根據(jù)設(shè)計(jì)要求做好沉降觀測，埋設(shè)完應(yīng)至少測量兩次，以后每增加一級荷載，至少觀測兩次，并及時(shí)做好記錄。在預(yù)壓期應(yīng)繼續(xù)進(jìn)行觀測。

試驗(yàn)路段及對比路段選取原則：兩者軟基情況基本一致，且都為橋頭路段，都為填方段，填方高度基本一致。每橫斷面布置三個(gè)沉降觀測點(diǎn)，路基邊緣各一點(diǎn)，路基中心樁號一點(diǎn)，并加強(qiáng)保護(hù)，嚴(yán)格控制填筑速率，橋頭路段原地面每晝夜沉降速率應(yīng)小于5 mm。預(yù)壓期間連續(xù)兩個(gè)月的月沉降速率小于3 mm，工后沉降量小于10 cm。

本項(xiàng)目試驗(yàn)段堆載預(yù)壓時(shí)間為3個(gè)月，卸壓后按照設(shè)計(jì)進(jìn)行預(yù)應(yīng)力管樁處理，對比路段直接按照設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行預(yù)應(yīng)力管樁進(jìn)行處理。對以上路段，在各個(gè)施工階段以及工后階段進(jìn)行沉降觀測，在路面設(shè)置工后觀測點(diǎn)，點(diǎn)位布置與施工期間監(jiān)測點(diǎn)位布置一致，施工期間每10 d監(jiān)測一次，工后沉降觀測時(shí)間為一年，每個(gè)月觀測一次。

3 試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析及對比

對試驗(yàn)路段和其他預(yù)應(yīng)力管樁進(jìn)行處理路段的監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，分為施工監(jiān)測階段和工后監(jiān)測階段，根據(jù)每個(gè)監(jiān)測時(shí)間點(diǎn)各斷面的沉降量平均值列出時(shí)間-沉降量變化圖來進(jìn)行沉降量對比，堆載預(yù)壓期見圖5～圖7，工后路面沉降見圖8～圖10。

圖5 K24+305—K24+517施工期間監(jiān)測

圖6 K31+498—K31+602施工期間監(jiān)測

圖7 K50+007—K50+300施工期間監(jiān)測

圖8 K24+305—K24+517工后監(jiān)測

圖9 K31+498—K31+602工后監(jiān)測

圖10 K50+007—K50+300工后監(jiān)測

從圖5～圖7數(shù)據(jù)可以得知，綜合處理的軟基路段和預(yù)應(yīng)力鋼管樁處理路段的沉降值，都滿足設(shè)計(jì)文件的沉降控制要求，連續(xù)2個(gè)月的月沉降率小于等于3 mm且小于預(yù)壓期間沉降值控制值。試驗(yàn)段的軟基沉降值要大于預(yù)應(yīng)力鋼管樁處理段的沉降值，因?yàn)閮煞N方法處理后的軟基都屬于符合地基，復(fù)合地基的沉降量與其綜合模量成反比關(guān)系，雖然軟基經(jīng)過排水堆載預(yù)壓后其模量可以得到一定程度的提高，但是仍小于預(yù)應(yīng)力鋼管樁群所構(gòu)成復(fù)合地基的綜合模量，塑料排水板堆載預(yù)壓和預(yù)應(yīng)力鋼管樁聯(lián)合處理法，是利用預(yù)應(yīng)力鋼管樁把大面積軟土分割成小塊局域，在小塊區(qū)域內(nèi)進(jìn)行塑料排水板堆載預(yù)壓加固。預(yù)應(yīng)力鋼管樁為塑料排水板堆載區(qū)域提供一個(gè)較強(qiáng)的邊界約束條件，使得塑料排水板處理區(qū)域在剛性約束下進(jìn)行排水固結(jié)。該方法能夠減少軟土地基處理的工期，降低軟土地基處理的造價(jià)，其綜合模量也較傳統(tǒng)的塑料板排水堆載預(yù)壓方法有一定的提高，控制軟土地基處理的工后沉降。所以試驗(yàn)路段和對比路段的堆載預(yù)壓期沉降值都可以滿足設(shè)計(jì)要求，試驗(yàn)段的沉降值要稍大于對比路段的沉降值。

根據(jù)《公路軟土地基路堤設(shè)計(jì)與施工技術(shù)規(guī)范》（JTJ 017-965.1）一般規(guī)定中的5.1.2條款，對于高速公路、一級公路中，在路面設(shè)計(jì)使用年限內(nèi)，橋臺(tái)與路堤相鄰處的容許工后沉降小于等于0.1 m，本項(xiàng)目設(shè)計(jì)工后容許工后沉降為0.06 m。從圖7～圖10工后路面沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)可以得知，各個(gè)斷面的沉降值控制的較好，試驗(yàn)段的年沉-降值也控制在3 mm以下，也都小于堆載預(yù)壓期的沉降平均值，說明在堆載預(yù)壓期間軟基都完成了大部分的主要固結(jié)，公路通車后，路基的沉降也比較穩(wěn)定，沒有發(fā)生較大的沉降，兩種方法都可以較好的控制工后沉降。綜合處理法由于預(yù)應(yīng)力管樁施工數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于原設(shè)計(jì)方法，基本未發(fā)生樁身位移偏位的情況；由于管樁施工數(shù)量減少，施工過程中對周邊建筑物的擾動(dòng)也相對較低，試驗(yàn)路段周邊的建筑物也基本未發(fā)生地基拱起或者房屋開裂的情況；根據(jù)該項(xiàng)目排水預(yù)壓和預(yù)應(yīng)力管樁的造價(jià)來比較，排水板預(yù)壓55元/平方米，預(yù)應(yīng)力管樁施工費(fèi)用加材料的造價(jià)為40元/米，在管樁深度較大的情況下，綜合處理方法的造價(jià)比預(yù)應(yīng)力管樁的造價(jià)降低了30%左右。但是聯(lián)合處理方法在一般情況下，施工周期比預(yù)應(yīng)力管樁法略長，在工期允許的情況也參考使用，且后續(xù)的工后沉降控制效果如何，也需要進(jìn)一步的進(jìn)行監(jiān)測研究。

4 結(jié)語

對浙江省溫州市的甬臺(tái)溫高速公路的軟基路段，采用塑料排水板堆載預(yù)壓和預(yù)應(yīng)力管樁聯(lián)合處理的方法進(jìn)行處理試驗(yàn)，并對其沉降進(jìn)行監(jiān)測。通過監(jiān)測的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，初步表明該方法可以較好控制工后沉降，相比較該地區(qū)應(yīng)用較多的預(yù)應(yīng)力鋼管樁的處理方法，降低了軟基處理的工程造價(jià)。