PC管桩在深层软土地基路桥衔接段基础处理中的应用

仇振宇

（同济大学建筑设计研究院（集团）有限公司，上海市，200092）

0 引言

为提高地基承载力、减少道路由于基础的不均匀沉降而引起的病害问题，在软土地质发育的地区，公路及市政道路的建设往往需要优先对于软弱土层进行处理，尤其是路桥衔接路段，对于基础的处理能有效地防止或延缓“桥头跳车”现象的出现。

目前，对于深厚层软土地基的处理方法主要有排水固结法、水泥粉煤灰碎石桩（CFG桩）及水泥土搅拌桩等方法。其中，排水固结法的预压期较长，对于对工期要求较短的工程适用性较差；水泥粉煤灰碎石桩与水泥土搅拌桩等受施工工艺、施工机械，以及土壤有机质含量等因素影响，在深厚、复杂软土地基中成桩难度比较大，而且成桩质量不高，即便在施工中采取特殊的施工工艺，也会频繁出现断桩、径缩等不良现象[1]。

我国东部、南部沿海省份是我国深层软土地基分布最广泛的地区。如何更好地处理软土地基，以减少道路病害的发生既是城市建设的现实需求，也是经济发展的有效保证。本文以沈海高速公路泉州机场连接线工程为实例，来分析预应力混凝土管桩（PC管桩）在深层软土地基路桥衔接段基础处理中的应用。

1 工程概况

1.1 项目概况

沈海高速公路泉州机场连接线是福建省晋江市路网规划中南北向重要的骨架道路之一，既是晋江机场客货运集散的主要通道，也是新增沈海高速公路池店出入口的主要集散道路之一，还是晋江北部、江南池店组团内部最重要的交通性主干路，越江交通的重要集散道路。

道路等级为一级公路，同时兼具城市交通性主干路功能，红线宽度60 m，计算行车速度为主线60 km/h，辅道40 km/h。道路全线分成高架段及地面段两部分，其中，深层软土地基主要分布于地面段部分。该项目地面段道路横断面为双幅路结构，具体布置为：7 m（人非共板）+19 m（机动车道）+8 m（中央分隔带）+19 m（机动车道）+7 m（人非共板）=60 m。

1.2 地质概况

拟建道路沿线地貌单元为坡残积台地向海积阶地过渡，沿线地形起伏较大。其中，地面段沿线均为海积阶地。该项目K4+220处路桥衔接段上部覆盖层主要为杂填土（Qml）、海积层粉质粘土淤泥及中砂下伏为燕山早期侵入的花岗岩及其风化带。现分述如下。

杂填土①1（Qml）：灰褐色，松散，以回填的建筑垃圾为主，回填的时间短，未经过专门的压实处理，厚度为1.00～2.80 m。

粉质粘土②（Q4m）：灰黄色，软塑-可塑状，天然含水量为27.3%，孔隙比为0.832，以粘粉粒为主，含少量的细颗粒，,干强度中等，中等韧性，无摇振反应，海积而成，厚度为0.90～2.60 m。

淤泥③（Q4m）：灰色，深灰色，流塑状，天然含水量为54.2%，孔隙比为1.637，含多量的有机质及一些腐植质，局部夹有薄层粉细砂，干强度高，高韧性，无摇振反应，海积而成，层顶标高为0.40～3.77 m，厚度为0.90～19.70 m。

中砂④（Q4m）：浅黄色，黄色，松散，局部稍密，饱和，含少量的粉细砂、泥质，厚度为0.70～9.60 m。

地基承载力基本容许值见表1所列。

表1 各层地基承载力基本容许值一览表

1.3 技术方案分析

项目所在地由于处于深层软土地基广泛分布地区，“桥头跳车”现象一直是影响当地道路品质及交通安全的重要因素。根据当地以往工程经验，路桥衔接段基本采用CFG桩或水泥搅拌桩进行处理，这两种处理方式都有着工程经济性好、施工周期短的特点，但由于处理深度有限，以及软土本身性质影响，在一些区域处理效果并不理想，无法有效地减缓工后沉降的产生，竣工几年后“桥头跳车”现象依然会产生。因此，该项工程采用PC管桩对深层软土地基处路桥衔接路段进行处理。

2 PC管桩技术特点

PC管桩是采用先张法预应力工艺和离心成型制成的一种空心圆筒状混凝土预制构件[2]。PC管桩有如下优点：（1）单桩承载力较高，PC管桩桩身混凝土强度等级不低于C60，且PC管桩一般以密实的砂层及强风化层作为持力层，进入持力后，由于桩尖的挤压作用，可有效地提高桩端承载力；（2）PC管桩规格多样，接长方便，可在施工现场根据地质条件的变化调整桩长，节省用桩的数量；（3）运输施工方便，施工速度快、工效高，桩的穿透力强，桩身质量检测方便，可靠性高。

3 工程方案及沉降观测分析

3.1 工程方案

该工程PC管桩处理范围为九十九溪大桥北侧（K4+193.307～K4+233.307），桩身混凝土强度等级不低于C60，直径为400 mm，壁厚75 mm，在平面呈矩形布置，沿道路中心线纵向桩间距2.0～2.5 m，横向桩间距2.0 m，桩端持力层选用中砂层，桩长以穿透持力层不小于1.0 m控制，桩顶设置桩帽，桩帽顶部设置60 cm碎石加一层钢塑土工格栅的褥垫层。

3.2 单桩承载力特征值计算

式中：up为桩周长，m；n为桩长范围内所划分的土层数；qsi为第i层土的桩侧摩阻力特征值，kPa；qp为桩端土承载力特征值，kPa；a为柔性桩桩端天然地基土的承载力折减系数；li为第i层土的厚度，m；Ap为桩的截面积，m2。

计算：Ra=π×0.4×（40×1.5+10×16.4+50×1.1）+2500×π×0.22≈650（kN）

3.3 复合地基承载力特征值计算

式中：fsp为复合地基承载力特征值，kPa；m为PC管桩面积置换率；Ra为单桩竖向承载力特征值，kN；Ap为桩截面积，m2；fsk为处理后桩间土的承载力特征值，kPa；β为桩间土的承载力折减系数，不考虑桩间软土作用时可取0，桩间为硬土时可取0.1～0.4，桩间为硬土时可取 0.5～1.0。

计算得复合地基承载力特征值fsp=192 kPa。

根据上述理论计算结果，处理后地基承载力较处理前显著提高，满足工程设计要求。

3.4 沉降观测

为检验PC管桩对于控制路基工后沉降的作用，该工程在PC管桩施工的同时，在路基两侧及中线处分别设置沉降盘，对不同时期路基的沉降进行观测，表2为路基填土高度、填筑时间与沉降量的观测记录数据一览表。

通过理论计算与沉降观测（见图1），该工程选用PC管桩处理方案达到预期处理效果。因此，该处理方案在该工程基础处理中较为合理。

4 结 语

预应力混凝土管桩（PC管桩）在深层软土地基路桥衔接段基础处理上较排水固结法、水泥粉煤灰碎石桩（CFG桩），以及水泥土搅拌桩等传统处理方式优势明显，且处理效果更优于传统处理方式，尤其是对工后沉降的控制，更是有着传统处理方式无法比拟的效果。其成桩质量可靠、施工周期短、处理效果显著的特点将随着在不同工程中的推广应用，进一步得到凸显。因此，随着工程经验的累计，通过更加合理的设计选型、处理方案的选定，以及不断完善施工期间的良好组织控制，预应力混凝土管桩（PC管桩）在公路，以及市政道路的建设中的应用必定会更加广泛。

表2 填土高度-填筑时间-沉降量观测数据一览表

图1 填土高度-填筑时间-沉降曲线图