维普资讯 http://www.cqvip.com 施工技术 建材与装饰２００７年８月中旬刊 ＰＣＣ管桩在某高速公路软基处理中的应用 李善法 （广东能达高等级公路维护有限公司） 摘要：本文是作者通过多年的工作实践，结合某工程实例，详细的阐述了现浇混凝土薄壁管桩（ＰＣＣ管桩）在高速公路软基处理中 应用分析。 关键词：ＰＣＣ管桩：工作原理；软基处理 １工程地质概况 该高速公路段地势平坦，地面标高２．９～３．６ｍ。管桩加固区的 地质问题主要表现为软土地基问题。区内分布的软土主要为１～ ２层淤泥质亚粘土，灰色，夹少量粉砂薄层，流塑，高压缩性。天 然含水量Ｗ＝２８．６％～４７．７％（平均３６．４９％），孔隙比ｅ＝Ｏ．８５～１．３１ ｆ平均１．０３），液性指数为／Ｌ＝Ｏ．８５～１．９８（平均１．４２），压缩系数 ０．１８～０．９３ＭＰａ－Ｉ（平均０．５２ＭＰａ。）。地基土容许承载力『０＂０］＝７０～９０， 桩周土极限阻力Ｊｒ ＝１５～２５ｋＰａ。该层连续稳定分布，顶面标高一 ０．０５～１．９０ｍ，层厚６．３０～１０．５０ｍ。 ２ ＰＣＣ管桩工作原理及成桩机理 ＰＣＣ管桩是指采用特殊振动沉管灌注设备和成桩工艺在土 体中现浇形成的环形薄壁桩体，因现浇薄壁管桩桩径较大，壁厚 相对较薄，土与混凝土的接触面积很大，可充分发挥混凝土的抗 压性能，因而单方混凝土提供的承载力有了较大的提高。地基土 体中的薄壁管桩桩体、桩间土以及其上设置的褥垫层共同形成 复合地基。现浇混凝土薄壁管桩的施工机械与振动沉管桩相近， 但又有本质不同，其振动沉管由两层钢管组成，内管与外管直径 相差２０～３０ｃｍ，内外两层钢管形成环形腔体模板。振动下沉时对 桩侧土体排土作用较小，现浇注入混凝土，振动提拔钢管，同时 混凝土从环形腔体模板下注入环形槽孔内，从而形成沉管、浇 注、振动提拔一次性直接形成管桩的新工艺。该桩成桩机理为： 两层钢管形成的环形腔体起到了现浇混凝土模板的作用，不会 出现缩壁和塌壁现象：振动提拔钢管对环形腔内的混凝土有连 续振捣作用，使桩体充分振动密实：同时，从环形腔体模板下端 注入环形槽孔内的混凝土可对桩间土起到一定的挤密作用。 ３ ＰＣＣ管桩设计 ３．１设计原则 进行管桩设计时主要从地基承载力（稳定性）及工后沉降量 两个方面来进行考虑。盐通高速公路全线工后沉降控制标准为： 桥头段≤１０ｃｍ、一般路段￣＜３０ｃｍ、过渡段￣＜２０ｃｍ，作为一种复合 地基加固方案，采用ＰＣＣ管桩处理的段落应遵循这一设计原 则。 ３．２加固方案设计 ３．２．１复合地基承载力计算 盐通高速公路软基处理设计期间尚无ＰＣＣ管桩的应用规 范，复合地基承载力按《建筑地基处理技术规范》（ＪＧＪ７９—２００２） 中复合求和法有关公式计算。 ・２１０・ ｆ￣＝ｍＲａ／Ａｐ＋／３（１一ｍ ＰＣＣ管桩单桩极限承载力按《建筑桩基技术规范》（ＪＧＪ９４— ９４）计算。 Ｒａ＝ｕ￣ ｑｃａｐ 设计计算时，单桩极限承载力计算只考虑管桩的侧壁摩阻 力，桩端阻力作为安全储备。 ３．２．２复合地基沉降计算 复合地基地沉降由两部分组成，如图１所示。图中ｚ为荷载 作用下地基压缩层厚度，ｈ为复合地基加固区厚度。复合地基加 固区的压缩量记为ｓ．，由于ＰＣＣ管桩的刚度较大，故ｓ。一般很 小；下卧层 一＾）范围压缩量记为ｓ：，因此复合地基总沉降量为 Ｓ＝Ｓ ＋ 。 荷ｔ ｌ一 ｒ 复台地蘑加一 ｆ ” 加强 Ｆ西胫 图１复合地基沉降 （１）加固区土层压缩量Ｓ． 加固区土层压缩量采用复合模量法计算，复合土层的分层 与天然地基相同，加固区土层压缩量Ｓ 表达式为： ｎ Ｓｌ＝ △Ｐ／Ｅｃｓｉ ｌ 竖向增强体复合地基复合土压缩模量Ｅｃｓ采用下式计算： Ｅｃ￥＝ｍＥｐｓ＋ｆ１一ｍ）Ｅｓｓ 为复合地基置换率。 （２）下卧层土层压缩量Ｓ： 下卧层土层的压缩量Ｓ：的计算常采用分层总和法计算，即： ｎ ｓ２＝ ｅａ－ｅｌｉ／ｌ＋ｅ￣Ａｈｉ ｌ 计算下卧土层压缩量Ｓ：的关键是如何计算作用在桩底平面 处的附加应力。结合工程实际情况，Ｐ￣Ｃ管桩桩底平面处的附加 应力可采用下述２种方法计算： ①压力扩散法 高速公路地基处理可视为条形基础，如图２所示。作用在软 弱下卧层顶面处的附加应力Ｐｈ计算可按下式简化计算： （尸 Ｐｄ／Ｂ＋２ｈｔｇＢ 式中， 为软弱下卧层顶面处的平均压力值，ｋＰａ；Ｐｃ为软弱 下卧层项面处的自重压力值，ｋＰａ。 维普资讯 http://www.cqvip.com 建材与装饰２００７年８月中旬刊 图２ ②等效实体法 作用在下软弱层上的荷载采用等效实体法，即将复合地基 加固区视为一等效实体，作用在下卧层上的荷载作用面与作用 在复合地基上的荷载作用面相同，在等效实体四周作用有侧摩 阻力，设其侧摩阻力系数为 则下卧层上的荷载尸ｈ采用下式计 算： Ｐｂ＝Ｐ＋ＡＧ－２ｈｆ 式中，Ｐ为路堤基底处的平均压力值，ｋＰａ；△Ｇ为加固区底 面处的自重压力值，ｋＰａ；ｈ为加固区深度，ｍ。 ３．２、３复合地基工后沉降计算 因现浇混凝土薄壁管桩为刚性桩，复合地基加固区整体刚 性相对较大，在路堤荷载作用下，桩间土的沉降主要发生于路堤 填筑阶段并在桩土荷载调整分担过程中很快趋于稳定。 ４施工工艺 ４．１施工流程 按照ＰＣＣ管桩施工过程中各关键工序的前后关系及施工 过程中的要点，管桩的施工流程可用图表表示，此处限于篇幅， 略。 ４．２施工质量控制 ４．２．１测量放样 单桩的中心位置偏差不应大于５ｃｍ，现场应以经纬仪施放， 并多次复核；在场地周边应设置一定数量的桩起。目前，固结计 算仍然依据太沙基的单向固结理论。假定渗透和压缩变形只在 竖向发生，在线性加载条件下土层的平均固结度为式中，Ｈ为单 面排水最大路径长度；ｔ为固结计算与荷载加载开始的时间差；Ｔ 为荷载加载结束与开始的时间差。 Ｍ＝（Ｍｌｌ２）兀，ｍ＝１，２，３， 若荷载是分级施加，对第ｉ级荷载可用上式计算，整个加载 过程可由上式叠加求之。对于单向固结，土层的平均固结度也可 用下式表示：Ｓ ＵＢ。 为对不同桩径、壁厚、间距以及不同垫层管桩复合地基加固 效果进行评价，本次科研在２４９ｍ长的管桩加固段中设置了７ 个参数不同的加固区，在各区中分别采用了如下几种设计参数， 桩径：１０００、１２４０ｍｍ；壁厚：１００、１２０ｍｍ；间距：２．８、３．０、３．３ｍ；垫 层：５０ｃｍ厚碎石垫层加２层土工格栅、６０ｃｍ厚石灰土加２层土 工格栅；桩长：１６．０、１８．０ｍ。如表１所示。根据现有的设计方法， 桩长相同时不同桩径及间距只对复合地基的承载力存在影响， 对沉降的影响可以忽略。 ４．２．２桩机就位 根据桩位的情况，移机至桩位，此时应调整桩机水平度和垂 直度，垂度以桩塔的垂线控制，其垂直偏差应小于１％，水平度应 以水平尺控制，误差小于１％。 施工技术 表ｌ ＰＣＣ管桩加固方案设计表 里程布置方 案 加固长 度，ｍ 桩长，皿 桩径， 壁厚／ 间距， 桩数，根 总长， 垫层种类 Ｋ３Ｏ＋７４０＿＋７７８ 方形 ３８ １６ ｌ０００ ｌ２０ ３－３ ｌ４２ ２２７２ 灰土两层土工格栅 Ｋ３Ｏ＋７７８＿＋８０８ 方形 ３０ ｌ８ ｌ２柏 ｌ２０ ３．３ ｌｌ３ ２０３４ 碎石两层土工格栅 Ｋ３０＋８０８－＋８３８ 方形 ３０ ｌ８ ｌ０００ ｌ２０ ２．８ ｌ５８ ２８４４ 碎石两层土工格栅 Ｋ３ｏ＋８３８ ８６８ 方形 ３０ ｌ８ ｌ０００ ｌ２０ ３．０ ｌ３９ ２５０２ 碎石两层土工格栅 Ｋ３０＋８６８ ８９８ 方形 ３０ ｌ８ ｌ０００ ｌ２０ ３３ ｌｌ６ ２Ｏ８７ 碎石两层土工格栅 Ｋ３ｌ＋５０９－＋５５９ 方形 ５０ ｌ８ ｌ０００ ｌ０ｏ ３３ １９３ ３４７４ 碎石两层土工格栅 Ｋ３１＋５５９－＋６ＯＯ 方形 ４ｌ ｌ６ ｌ０００ ｌ２０ ３．３ ｌ５５ ２４８０ 灰土两层土工格栅 ４．２．３活瓣固定 在桩机就位后，用铁丝固定活瓣，其松紧程度宜以活瓣不再 外张为宜，不宜过紧。 ４．２．４振动沉模 根据不同的地质条件，沉管在下沉过程中可采用先压到一 定的深度后，再开启振动锤，直至设计深度。 ４．３管桩封顶以及褥垫层施工 管桩封顶以及褥垫层施工是发挥ＰＣＣ管桩高强度特点、保 证其良好受力，进而形成复合的关键。管桩施工完毕并通过质量 验收后，人工将上部浮浆凿除，并将桩顶５０ｃｍ范围内的桩芯土 体掏挖去除，再用桩体相同标号的混凝土回填密实。回填的混凝 土方量不得小于理论计算量。处理后的桩头应平整密实并大致 处于同一标高。 ５结束语 （１）ＰＣＣ管桩复合地基方案是一种全新的处理桥头高填方地 段软土地基的方案，实践表明：该方案可显著减小地基的沉降量， 加固效果好，为解决高等级公路软土地基桥头跳车及其他建筑物 地基的加固提供了一种创新的方法； （２）从现有的试验成果来看，ＰＣＣ管桩具有加固机理清晰、 施工质量易于控制、成桩质量好、桩体的承载力高、经济性优越 等优点，可以予以推广应用，以期产生更大的社会经济效益。 ・２ｌｌ・