预制方桩处理软土地基设计方法的应用探讨

李 坤

(青岛瑞祥成市政工程设计有限公司，山东 青岛 266000)

预制方桩处理软土地基设计方法的应用探讨

李 坤

(青岛瑞祥成市政工程设计有限公司，山东 青岛 266000)

结合工程实例，分析了预制方桩复合地基设计方法，并比较了预制方桩与其他软土地基处理方法技术指标；探讨了预制方桩处理软土地基时应考虑的因素、施工方法及检测方法，为预制方桩的推广应用提供了设计参考依据。

预制方桩，复合地基，方案比选，预应力管桩

0 引言

软弱土层在我国分布较广，特别是沿海平原地区。软土的技术特点主要为天然含水量高、孔隙比大、压缩性强、抗剪强度和承载力低，对软土地基处理不当容易产生地基的不均匀沉降等病害。本文结合预制方桩的应用探讨分析了软土地基处理的设计方法。

1 工程概况

某滨海道路工程主线全长约2.1 km，道路等级为城市主干路，设计车速为60 km/h，双向六车道。本工程共分为两个标段，其中Ⅰ标段K0+000～K1+600段路基中存在淤泥质粘土层，采用预制方桩对路基进行处理。本文仅对预制方桩的设计进行分析探讨。工程地质条件分析如下。

1.1 土层主要物理力学指标

根据已有的地质勘查报告，K0+000～K1+600段，淤泥质软土的层厚为6 m～13.5 m，层底埋深为10.2 m～16.2 m。

主要土层特点：素填土层厚2 m～4 m，部分含大粒径石块；淤泥层厚3 m～7.5 m。

淤泥质粉质粘土层厚3 m～6 m；粉质粘土2 m～5 m；底层为中砂。地基土承载力基本容许值表见表1。

表1 地基土承载力基本容许值表

1.2 地基处理分析

1)现状场地素填土层较厚，并且部分含有大粒径石块；对地基处理方法的选择产生较大的影响，特别对预制桩、搅拌桩、砂桩、塑料排水板的实施带来一定的困难。

2)素填土和淤泥层的层厚较厚，采用预制桩处理软土地基时，单桩承载力计算需考虑桩侧土负摩擦力的影响。

3)本工程的路面设计标高比拟建场地现状地面标高高出2.5 m～4 m，单桩承载力计算时考虑填土及车辆荷载为100 kPa。

4)经用分层总和法计算，软土地基未处理时工后总沉降量约为1.37 m，其中工后沉降量约为1.1 m。不满足规范规定的桥台与路堤相邻处不大于10 cm、一般路段不大于30 cm的要求。

2 预制方桩复合地基设计

2.1 地基处理方案比选分析

根据上述地质条件的论述，针对第一段(K0+000～K1+600)的路基处理提出3种处理方案。

2.1.1 方案一：预制混凝土方桩(推荐)

表2 预制方桩设计参数一览表

预制混凝土方桩的施工工序为：在现状地面基础上填土至3 m标高→满夯一遍→实施预制混凝土方桩(锤击法施工)→填筑60 cm碎石垫层+2层钢塑格栅→填筑路基土至路基顶面[1]。

技术指标：

1)满夯的夯击能为1 000 kN·m，最后两击的平均夯沉量不大于5 cm。

2)预制混凝土方桩采用边长0.3 m的方桩，正方形布置，桩帽为正方形桩冒，边长为1.4 m，桩帽厚度为0.3 m；垫层厚度为60 cm；桩端进入中砂层1 m。

满夯的处理范围为路基坡脚外6 m，预制混凝土方桩的处理范围为1 000 kN·m满夯交工面坡脚线外3 m。

3)预制混凝土方桩设计参数见表2。

2.1.2 方案二：预应力管桩(比选)

预应力管桩的施工工序为：在现状地面基础上填土至3 m标高→满夯一遍→实施预应力管桩(采用静压或锤击法施工)→填筑60 cm碎石垫层+2层钢塑格栅→填筑路基土至路基顶面[2]。

技术指标：

1)满夯的夯击能为1 000 kN·m，最后两击的平均夯沉量不大于5 cm。

2)预应力管桩的直径为0.4 m，正方形布置，桩端进入中砂层1 m，桩长根据淤泥质软土的层厚确定。桩间距根据桩长及复核地基承载力确定；桩帽为正方形桩冒，边长为1.4 m，桩帽厚度为0.3 m；垫层厚度为60 cm。

满夯的处理范围为路基坡脚外6 m，预应力管桩的处理范围为1 000 kN·m满夯交工面坡脚线外3 m。断面布置基本同预制方桩。

3)预应力管桩设计参数见表3。

表3 预应力管桩设计参数一览表

2.1.3 方案三：砂井+强夯+堆载预压

砂井+强夯+堆载预压的施工工序为：在现状地面基础上填土至3 m标高→施打砂井→满夯2遍→填筑0.5 m粗砂垫层+填土至路基顶面→填筑1 m的超载土柱[3,4]。

砂井间距为1.7 m(袋装砂井间距1.1 m)，砂井直径为0.4 m(袋装砂井直径0.07 m)，等边三角形布置，砂井平均长度17.5 m。强夯为满夯，满夯的夯击能为1 000 kN·m，满夯2遍。预压期12个月。处理后一般路段工后沉降13 cm。

通过上述3种方案的论述，其优缺点如表4所示。

表4 地基处理设计方案比选表

本工程采用真空联合堆载预压方案预压期约6个月，塑料排水板的造价约350元/m2。由于现场已填筑杂填土，含有大量的石块，塑料排水板将很难实施，竖向排水通道需打设砂井，所以本工程没有对真空堆载预压方案做详细的方案比选。

2.2 施工检测与验收

预制方桩的质量及施工要求应符合相关规定，沉桩质量及地基处理效果进行检测，检测时应符合下列规定[5-7]：

1)方桩沉桩完成后进行小应变法检测桩身的完整性，小应变检测的桩数不小于总桩数的10%，且不小于10根。

2)单桩竖向抗压承载力静载试验检测的桩数不小于总桩数的1%，且每个单位工程不少于3根。

3)复合地基承载力的检测频率不小于总桩数的0.3%，且每个施工作业点不少于3根，随机抽取，检测桩分布均匀。

以上检测，验收方案及方法宜与建设单位、质检部门协商确认后方可实施。

2.3 沉降计算

复核地基承载力满足设计要求，并且预制方桩的桩端持力层为中砂，桩端端阻力特征值较大，桩的沉降量将很小。根据现有的规范规程中的计算公式，无法有效的建立计算模型，所以从定性分析桩的沉降，并辅以路基的沉降观测手段，控制路基的沉降。

3 结语

1)预制方桩为摩擦型桩时，可用复合地基承载力理论来估算其复合地基承载力，并用现场载荷实验予以校验。

2)软土地基处理方案的比选要考虑采用方法的可行性、经济性等设计因素。

3)由于地层中存在较大粒径的石块，预制方桩在施工过程中存在断桩的情况，断桩率较低，不影响方案的实施。

4)预制方桩处理软土地基后的复合地基的沉降计算没有有效的计算模型，需要结合工程实际做进一步的研究。

[1] 徐铨彪,陈 刚,贺景峰,等.复合配筋混凝土预制方桩抗弯性能试验[J].浙江大学学报(工学版),2016,50(9):33-34.

[2] 万里鹏,高燕希,王东志.预应力管桩在进港道路淤泥质软土地基中的承载性状分析[J].公路与汽运,2009(4):22-31.

[3] 钟礼明.袋装砂井与超载预压复合技术在软基处理中的应用[J].基础与结构工程,2013,1(31):11-15.

[4] 吴江斌,楼志军,宋青君.关于塑料排水板的真空联合堆载预压软基处理的位移反分析研究[J].公路交通科技,2003,20(6):55-57.

[5] JTG D62—2004,公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范[S].

[6] DB J08—40—1994,地基处理技术规范[S].

[7] JGJ 106—2014,建筑桩基检测技术规范[S].

The application of prefabricated square pile in the treatment of soft subgrade

Li Kun

(QingdaoRuixiangintoMunicipalEngineeringDesignCo.,Ltd，Qingdao266000,China)

This paper analyzes the way of composite subgrade design about prefabricated square pile and reports the comparative analysis of on prefabricated square pile with other way of soft soil foundation treatment. The factors that should be considered in the treatment of soft soil foundation with prefabricated square piles are discussed, construction methods and testing methods are introduced, which provides reference for the design and application of precast square piles.

prefabricated square piles, composite subgrade, comparision and selection of design plan, PHC

1009-6825(2017)22-0064-02

2017-05-26

李 坤(1982- )，男，硕士，工程师

TU471.8

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