总第２５３期 交通科技 Ｓｅｒｉａｌ Ｎｏ．２５３ ２０１２年第４期 Ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ Ｓｃｉｅｎｃｅ ８Ｌ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｎｏ．４ Ａｕｇ．２０１２ ＰＴＣ桩软基处理技术在汉蔡高速公路中的应用 高继平 闵继成 （中交第二航务工程勘察设计院有限公司 武汉４３００７１） 摘 要 预应力混凝土薄壁管桩（ＰＴＣ）在深层软基处理和高速公路改扩建工程软基处理中具有 很强的优势，文中结合汉蔡高速公路ＰＴＣ桩软基处理技术，对ＰＴＣ桩的作用机理进行了阐述，并 对施工工艺、质量控制进行技术探讨。工程实践表明，ＰＴＣ桩加固路段处理效果良好，明显优于采 用水泥土搅拌桩、塑料排水板等处理措施。 关键词ＰＴＣ桩 软基处理 高速公路 复合地基 预应力混凝土管桩最早于２Ｏ世纪７０年代由 法进行软基处理。 日本开发并应用于工程实践，８Ｏ年代大量在 （１）对浅部薄层软土，清淤后采用换填碎石 和地区应用，１９８４年我国广东省开始研制和 土并分层压实。 应用，最初主要应用于工民建领域各类建筑物和 （２）对于一般软土和需大面积进行地基处理 构造物的基础工程＿１］。近年来预应力混凝土薄壁 的路段采用塑料排水板预压法处理，并结合稳定 管桩（ＰＴＣ）已大量应用于高速公路的软基处理， 性控制需要适当设置土工格栅等进行补强。 尤其在深层软基处理和高速公路改扩建工程软基 （３）对于桥头软土路段、涵洞、通道构筑物等 处理中具有很强的优势，取得了很好的社会效益 路段，小范围地采用复合地基进行处理。对于埋 和经济效益Ｌ２＿３］。 深在４～１２ ｍ的软土，采用粉（浆）喷桩＋填土预 １ ＰＴＣ桩设计和施工技术 压处理；对于埋深在１２￣３０ ＩＴＩ的软土，采用ＰＴＣ 桩进行处理。 武汉市汉阳区米粮山至蔡甸区侏儒高速公路 对ＰＴＣ桩要求桩端进入持力层，即较硬的土 （以下简称汉蔡高速）是武汉市规划的７条快速出 层或中密状以上的砂层。本文着重阐述ＰＴＣ桩 口公路之一，是连接武汉市二环线和外环线并延 处理设计方案和施工技术。 伸至沪蓉高速的ｌ条重要的西部出口通道。道路 １．２工程地质条件 全长３６．０ ｋｍ，软土分布达１４．５ ｋｍ。其软土强 本工程沿线穿越的地貌单元主要为湖塘、冲 度低、透水性差、压缩性大、灵敏度高、变形稳定时 积平原，农田排灌水系发育，水网密布，软土地基 问长等特性，其工程特性为设计、施工及运营带来 了一系列的难题。 广泛分布，因此，软土地基成为本工程的主要不良 １．１ 软土地基处理原则 地质问题。浅层软土一般为淤泥及淤泥质亚粘 本工程软土地基处理的基本原则是：先简后 土，主要分布于鱼塘、水塘、藕塘、沟渠、水田等地 繁、先地上后地下、就地取材、经济合理、技术先进 段，软土厚度为０．５～２．０ ｍ。下面是褐灰色饱和 可行，从稳定、沉降２个方面人手，在确保路基稳 亚粘土夹砂Ｑ４ａｌ，软塑状态，部分流塑，普遍发 定的同时控制工后沉降。通过对全线软土的稳 育。深层软土主要赋存于第四系全新统冲湖积平 定、沉降分析计算，拟定需要处理的软基段落，再 原区和岗问洼地地段，厚度不均，主要为灰褐色淤 依照国内外成功经验，针对不同软基路段软土的 泥质土，混腐植质，呈软塑状，厚度４～８ ｍ之问， 分布情况、路基高度以及工期等影响因素，分别采 最深处达１５ ｉｎ，最下层是灰色饱和粉细砂层 用换填法、塑料排水板预压、粉喷桩、ＰＴＣ桩等方 Ｑ４ａｌ，稍密～密实状态，局部夹粘性土薄层。 １．３ ＰＴＣ桩设计方案 收稿日期：２０１２－０５—０６ ＰＴＣ桩的桩身设计参数见表１ １０４ 高继平 闵继成：ＰＴＣ桩软基处理技术在汉蔡高速公路中的应用 ２０１２年第４期 对于ＰＴＣ管桩处治软土深度大于１２ ｍ的软 基路段，采用直径４００ ｍｍ，壁厚７０ ｍｍ的先张法 预应混凝土薄壁管桩，静压法施工，压桩至设计深 度后再浇注桩帽，铺筑碎石土垫层和钢塑格栅，形 成复合地基。ＰＴＣ桩加固软基设计图见图１。 ａ）纵断面 Ｂ／２ ＝：： 厂钢塑铬栅ｌ三：： ｝钢塑格栅 ”…～ ｂ）横断面 图１ ＰＴＣ桩处理软基设计图 １．４ ＰＴＣ桩施工工艺 １．４．１施工设备选择 ＰＴＣ桩施工一般采用锤击法和静压法。锤 击法施工依靠柴油打桩机，施工机械较小，施工速 度较快，施工费用较低，施工过程噪声污染大，锤 击振动对基底土的扰动大，对周围建筑物有影响； 静压法采用静力压桩机，机器笨重，施工速度较 慢，施工费用较高，但对基底土扰动小，周围环境影 ｐＮ４，。由于本项目位于城郊结合部，对环境敏感度 高，故选用静力压桩机。设计压桩力为６００ ｋＮ，要 求静压机压桩力大于４ ０００ ｋＮ。压桩速度≥ １ ｍ／ｍｉｎ，一次压桩行程１．５～２．０ ｍ。 １．４．２施工流程 原地面整平夯实一填筑３０ ｃＩｎ碎石土、整平压 实至９Ｏ％一桩位放样一静压机就位一经纬仪调 整垂直度一静压第一节桩一起吊第二节桩一电 焊接桩一检查焊接质量和垂直度一静压第二节 桩一重复前面的压桩工艺直至设计标高一检查 整体质量一开挖桩帽土体，形成土模一绑扎桩 帽钢筋、现浇混凝土、养护一填筑第一层碎石土垫 层、整平压实一铺筑钢塑格栅一铺筑第二层碎石 土垫层，整平压实一铺筑第二层钢塑格栅一铺 筑碎石土垫层至设计厚度一报验。 １．４．３施工方法 （１）施工顺序。由于ＰＴＣ桩属于挤土桩，在 沉桩过程中会对桩周围的土体产生挤压作用，从 而导致出现地面隆起和软土层中超静孔隙水压力 升高［４］，造成桩在软土层中产生侧向位移及挤桩 效应。如不加以控制，常导致先人土的桩倾斜、偏 位，后入土的桩沉桩困难，甚至沉桩不到位。这是 软土中沉桩存在的棘手问题。为了比较合理地解 决这一问题，设计要求采用“ｓ”型的压桩顺序，尽 量减小挤桩效应，压桩顺序见图２。 图２压桩肋序不恿图 （２）控制压桩速度。工程所用的ＰＴＣ桩要 根据施工图设计文件中的桩基深度来进行桩的组 合。当桩基深度＞２４ ｍ时，不超过３节桩组合； 当桩基深度≤２４ ｍ时，不超过２节桩组合；桩基 深度≤１２ ｍ时，不超过１节桩。施工时按照“长 桩在下、短桩在上”的顺序进行施工。 沉桩过程中应严格控制压桩速度。这是因为 在沉桩过程中，压桩速度过快，软土中产生较大的 超静孔隙水压力，这时土体有效强度降低，由于挤 土效应作用，深层土体将会因强度降低不能克服 挤土力而产生侧向位移。另一方面，超静孔隙水 压力增大，土体强度降低，土体将会变得松软，土 体隆起对桩产生向上的推力，侧向力和向上推力 的作用将会引起桩倾斜偏位，严重的会使桩的上 下节头部位断裂。因此打桩时必须严格控制沉桩 速度。根据工程经验，压桩速度控制在ｌ～２ ｍ／ｍｉｎ，当然对具体工程要具体分析，一般在前一 ２０１２年第４期 高继平 闵继成：ＰＴＣ桩软基处理技术在汉蔡高速公路中的应用 １０５ 根桩施压时所产生的超静孔隙水压力削散７０ 左右再施工下一根桩，因此应适时进行原位监测。 （３）沉桩的连续性。当桩沉人软土层中时， 试桩，终压标准应根据设计要求、地质条件和桩身 强度综合分析加以确定。正常情况按设计压桩力 １．３～１．５倍送桩，达到设计高程后持荷（正常压 力）１０ ｍｉｎ且沉降量不超过２ ｍｍ／ｍｉｎ后方可结 束送桩。在同一地质类型的地段，若出现静压力 显著增加或送桩时静压力显著减小等异常情况， 需暂停施工并及时报告监理，必要时增加静力触 探等施工勘察补钻资料，分析和找出原因后提出 处理措施。 １．４．４桩的施工质量及检测 桩周围土体将会急剧地挤压，土中超静孑Ｌ隙水压 力急剧上升，土的抗剪强度大大降低，这时桩身很 容易下沉。工程实践表明，沉桩后靠近桩壁处土 体产生的超静孔隙水压力消散较快，即扰动土固 结较快，强度恢复较快。如在沉桩过程中有停歇， 桩侧土体的摩阻力就会迅速增长，往往给继续沉 桩带来相当大的难度，特别是在较厚的粘土层中 几乎无法继续沉桩，因此必须尽量保持沉桩的连 续性，避免中途停歇。 （４）终压标准。开始施工ＰＴＣ桩前应进行 ＰＴＣ桩的施工必须严格控制施工质量，加强 施工的检测和监测，桩的施工质量及检测要求见 表２。 表２ ＰＴＣ桩的施工质量及检验要求 １．４．５桩帽、碎石土褥垫层和土工格栅 桩帽的作用是增大桩土荷载分配比例，充分 发挥桩的承载能力。碎石土褥垫层和土工格栅的 有效结合能充分发挥桩与土的共同作用机理和协 调变形能力，既可有效地提高复合地基的承载能 力，又可减少沉降。 盒。通过施工期间的观测可以看到，随着填土高 度的增加，当填土高度小于２．５ ｍ时，桩顶和桩 间土的应力比差值不大，说明桩和桩问土基本上 平均分担上部荷载；当填土高度大于２．５ １ＴＩ时， 桩土应力比差值越来越大，说明大部分荷载由桩 来承担。本工程测得的桩土应力比达到了１１，而 本工程桩帽尺寸为１４０ ｃｒｕｘ １４０ ｃｍ，厚度３５ ｃｍ。桩帽与桩身用钢筋焊接，桩帽施工采用反开 挖桩侧压实的土体形成土模，采用Ｃ３ｏ现浇混凝 土施工，上下两面配西１２＠１３０×１３０的钢筋网。 桩帽施工完成后在上面铺筑第一层３０ ｃｍ厚 水泥搅拌桩、碎石桩的桩土应力比一般在３～５之 间Ｌ５］，与之相比ＰＴＣ桩处理软基加固效果明显。 ３ 结语 ＰＴＣ桩即预应力混凝土薄壁管桩目前在我 国公路、铁路、工民建等工程建设中得到了广泛的 应用。它具有施工快捷、质量可靠、承载能力高等 碎石土垫层，压实后再铺设第一层钢塑格栅，其后 再铺筑第二层２０ ｃｍ厚碎石土，压实后再铺设第 二层钢塑格栅。碎石土褥垫层要求具有较高的强 度，碎石的含量不少于４Ｏ％。钢塑格栅主要指标 要求：抗拉强度大于纵向≥１００ ｋＮ／ｍ；横向≥８Ｏ 优点。汉蔡高速公路为我省第一条采用ＰＴＣ桩 大面积处理软基的高速公路，从２００８年通车以来 的情况看，ＰＴＣ桩加固路段处理效果较好，明显 好于采用水泥土搅拌桩（干喷、湿喷）、塑料排水板 处理的段落。本文对ＰＴＣ桩加固软基效果从机 ｋＮ／ｍ，最大负荷延伸率＜３ Ａ。ｏ ２ ＰＴＣ桩处理软基效果分析 为了检验ＰＴＣ桩的加固效果，施工时在桩帽 中心和与之同水平位置的桩间土中埋设了压力 理上进行了简要分析，并结合实际工程对ＰＴＣ桩 的施工技术进行了探讨，对类似工程具有很好的 借鉴作用。 （下转第１０８页） ｌＯ８ 阮 昆等：强夯置换法处理软土地基的应用研究 ２０１２年第４期 （１）强夯施工过程中的各项测试数据和施工 记录均符合设计要求。 ４ 结语 （２）地基质量检验是在强夯施工后间隔２～ 针对机场工程现场对分布有大量鱼塘和淤泥 ４周进行的，以此来确保检验的有效性。 等软土地层采用了强夯置换法处理方案，经实践 （３）质量检验的方法主要是选用原位测试和 检验，该方案是可行的，满足设计和规范要求。另 室内土工试验。原位测试主要采用平板载荷和标 外，机场工程的自身工程特点说明，在使用强夯置 准贯入试验。试验后各项试验结果均符合相关的 换法处理软土地基时，必须结合具体情况因地制 规范要求。室内土工试验主要在地基处理前后钻 宜，采用合适的施工工艺。 孔取原状土样进行。取样深度６－－８ ｍ。测试指标 主要有地基土的压缩模量、含水量、孑Ｌ隙比、抗剪 参考文献 强度等，通过测试各项指标均符合相关规范要求。 ［１］徐至钓．强夯和强夯置换法加固地基［Ｍ］．北京：机 （４）在检验的数量上，每个地基处理分区的 械工业出版社。２００４． 检验点都大于３处；检验深度均大于设计处理的 ［２］ＭＨ５０１４—２００２民用机场飞行区土（石）方与道面 深度，保证了检验的有效性。 基础施工技术规范［Ｓ］．北京：中国民用航空总局， （５）处理后的地基承载力标准值大于等于 ２００３． ２５０ ｋＰａ，与处理前相比有了显著提高，满足规范 ［３］ＪＴＧ Ｄ３０－－２００４公路路基设计规范Ｉｓ］．北京：人民 交通出版社，２００４． 要求。 ［４］ＪＧＪ７９—２００２建筑地基处理技术规范［ｓ］．北京：中 （６）处理后的地基沉降量工后不大于２０ ｃｍ， 国建筑工业出版社，２００２． 差异沉降不大于０．１５ ，且地基顶面反应模量不 Ｅｓ］ＤＢＪ１５～３—９ｌ广东省建筑地基基础设汁规范［ｓ］． 小于６０ ＭＮ／ｍ。，均满足规范要求。 北京：中国建筑工业出版社，２００３． Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｆ Ｄｙｎａｍｉｃ Ｃｏｍｐａｃｔｉｏｎ Ｒｅｐｌａｃｅｍｅｎｔ ｉｎ Ｓｏｆｔ Ｓｏｉｌ Ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ Ｒｕａｎ Ｋｕｎ ，Ｔｉａｎ Ｚｈｉｗｕ。，Ｗａｎｇ Ｈｕｉｃｈｅｎｇ。 （１．Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ，Ｗｕｈａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｗｕｈａｎ ４３００６３，Ｃｈｉｎａ； ２．Ｗｕｈａｎ Ｍｕｎｉｃｉｐａｌ Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ Ｇｒｏｕｐ，Ｗｕｈａｎ ４３００２３，Ｃｈｉｎａ； ３．Ｔｈｅ Ｃｈｉｎｅｓｅ ｐｅｏｐｌｅ＇ｓ ｌｉｂｅｒａｔｉｏｎ ａｒｍｙ ９５３３８ ｔｒｏｏｐｓ，Ｈｅｎｇｙａｎｇ ４２１００９，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｃｏｍｂｉｎｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｅｘａｍｐｌｅ ｏｆ Ｍｅｉｘｉａｎ Ａｉｒｐｏｒｔ ｅｘｐａｎｓｉｏｎ ｐｒｏｊ ｅｃｔ，ｄｙｎａｍｉｃ ｃｏｍｐａｃｔｉｏｎ ｒｅｐｌａｃｅｍｅｎｔ ｍｅｔｈｏｄ ｗａｓ ｕｓｅｄ ｉｎ ｓｏｆｔ ｓｏｉｌ ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ ｏｆ ｆｉｓｈｐｏｎｄ ａｎｄ ｍｕｄ．Ｍａｉｎ ａｓｐｅｃｔｓ ｏｆ ｄｙｎａｍｉｃ ｃｏｍｐａｃｔｉｏｎ ｒｅｐｌａｃｅｍｅｎｔ ｍｅｔｈｏｄ ｗｅｒｅ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ，ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ ｔｈｅ ａｐｐｌｉｃａｂｌｅ ｓｃｏｐｅ，ｃｏｎｓｔｒｕｃ— ｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ，ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ，ａｎｄ ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔ ｅｆｆｅｃｔ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ａｉｒｐｏｒｔ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ；ｓｏｆｔ ｓｏｉｌ ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ；ｄｙｎａｍｉｃ ｃｏｍｐａｃｔｉｏｎ ｒｅｐｌａｃｅｍｅｎｔ ｍｅｔｈｏｄ （上接第１０５页） ｌ０３一ｌＯ６． ［３］何良德，陈志芳。徐泽中．带帽ＰＴＣ单桩和复合地基 参考文献 承载特性试验研究［Ｊ］．岩土力学，２００６，２７（３）：４３５— ［１］王斌，许永明，陶柏峰，等．不同类型ＰＴＣ桩复合 ４３８． 地基试验研究［Ｊ］．岩土工程学报，２００９，３１（１０）： ［４］中国建筑总公司．地基与基础工程施工工艺标准 １６１４－１６１８． ［Ｍ］．北京：中国建筑工业出版社，２００３． ［２］张小秀，何泽波，徐发容，等．预应力管桩在高速公 ［５］龚晓南．地基处理手册［Ｍ］．３版．北京：中国建筑工 路软基处理中的应用［Ｊ］．公路与汽运，２００７（３）： 业出版社，２００３．
