PHC 管桩在高速公路软基处理中的应用研究

刘文庆

（安徽省交通控股集团有限公司，安徽 合肥 230088）

如果将高速公路修剪在软土区域，这就需要施工人员率先处理一系列问题，如：侧向变形太大、承载力较低、沉降不均匀、路堤缺少稳定性等。当前，在软土区域修建高速公路时，应更好的处理以下两方面问题：首先，加快沉降地基土固结，例如真空预压、打设排水体等；其次，强化地基土，抑制沉降，比如从竖向设计增强体、超载预压等。其中，软土地区修建高速公路时使用的各种解决问题的方法自身拥有优点与缺点，比如，袋装沙井施工非常便利，更容易加强对施工质量的控制，不需要耗费更多资金；桩承式加筋在一定程度上可以减少施工期限，明显降低沉降或者是不均衡沉降，具有较强的适用性；PHC 管桩具有较高的承载力，施工进度快[1]。

如今，PHC 管桩我国的生产技术成熟、种类和规格齐全、相关的应用技术更加完善。目前，在建筑施工中广泛应用了预应力高强的混凝土管桩，根据相关数据统计的可以得知，其在桩基市场中所占比例超过80%。预应力高强混凝土管桩在建筑市场中得到广泛应用的具体因素是其自身的穿透力非常强，并且耐打、耐压，具有非常高的单桩竖向承载力，能够抵御一定级别的地震，耐久性良好，成本小，能够减少施工期间，施工现场干净整洁，得到施工范围、业主及设计人员的一致青睐[2]。

在合肥某高速公路改扩建工程中，增加了PHC300 A 70 型管桩软基处理方案，这能有效减少新建拼宽路基工后沉降以及与既有路基和桩板式无土路基之间的差异沉降。

1 水文地质概况

1.1 地形、地貌

本文研究的高速公路所修建的地区是江淮冲积平原，地形非常平整，微地貌属于一级阶地。

1.2 地层岩性

1.2.1 前第四纪地层

场地前第四纪地层为第三系定远群（E1dn）粉砂质泥岩，埋深较大，一般在23.3～31.0m 之间。呈暗红色，岩性极软，伏于第四系地层之下。

1.2.2 第四纪地层

施工区域中分布非常全面，通常是第四系，全新统、粉质黏土及上更新统冲击黏土等。其中A 匝道的南侧主要包括新近填筑的杂填土，沟塘位置包括第四系全新统冲击淤泥质黏土等。

1.3 地质构造

项目区位于下杨子海槽和淮阳古陆边缘地带，发育的构造主要为郯庐断裂、肥西-韩摆渡断裂及肥东盆地等。项目区第四纪以来未见活动性断裂发育，对工程影响较小。

1.4 新构造运动与地震

自从第四季之后，施工范围地壳运动主要以周期性阶梯式进行上升与下降。全新世是我国最年轻的地质年代，区域范围中大多数地区依然出现程度不一的地壳抬升与河流下切的情况，有的地区出现连续性的沉降运动。还没有探索到第四纪以来的活动断层。

如果场地的地震峰值加速度是0.10g，地震动反应谱特征呈现的周期是0.35s，则场地类型是二类，属于一般类型的抗震场地。

1.5 特殊性岩土

1.5.1 杂填土

根据现场调查及勘察结果，杂填土主要为工地建设弃土，为新填筑，松散，一般高于原地面，堆筑成高低不等的土坡，成分较杂，混凝土块等建筑垃圾，且分布不均，厚度一般在1.2～4.2m 之间。

由于杂填土填筑时间短、固结性差，承载力低、易变形，且均匀性差，不宜作为路基填料使用。

1.5.2 膨胀土

项目区范围内广泛分布的第四系上更新统黏土和粉质黏土，通过对采集样本结果进行分析可以得知，自由膨胀率控制为37.0%～45.0%范围中，标准吸湿含水率在2.91～5.86%之间，为弱膨胀土。

膨胀土自身具有的特征是遇水膨胀、失水收缩，可以直接影响建筑工程的施工质量。

1.5.3 软土

项目沿线软土零星分布于沿线塘底，根据现场调查及勘察结果，主要为淤泥质黏土及软塑状态黏性土，厚度2.7～3.5m。

1.6 气象

本项目施工地区地处于江淮中间，是亚热带湿润性季风气候，整年温度冬冷夏热，春秋温度柔和。项目施工地区中在7 月份经常下雨，平均约173.9mm；12 月份降水最少，平均为28.2mm。

2 设计要点

2.1 拼宽路基

AK0+000～AK0+206.371 和AK0+306.371～AK0+507.3段桩板式无土路基与既有路基之间为常规拼宽路基，采用AK0+206.371-AK0+306.371 段沟塘淤泥换填方案，清淤后应铺设40cm 厚碎石垫层，见图1。

图1 桩板式无土路基与拼宽路基搭接图

为减少新建拼宽路基工后沉降以及与既有路基和桩板式无土路基之间的差异沉降，AK0+000～AK0+206.371 和 AK0+306.371～AK0+507.3 段增加PHC300A70 型管桩软基处理方案，桩的长度是10 米，在桩顶设计一个正方形钢筋土桩帽，该土桩帽的长为10cm、宽为10cm、高为25cm，桩顶埋入桩帽5cm，设置40cm 厚8%灰土垫层在桩帽顶部，垫层上下满铺高强土工格栅，垫层顶部高程不得高于桩板式无土路基一侧地面高程，即PHC300A70 型管桩桩顶高程需低于桩板式无土路基一侧地面高程60cm 以上，具体可根据现场情况进行调整，同一广场内需确保高程一致，PHC300A70型管桩按梅花形布桩，桩间距2 米，外侧与PHC500B100 型管桩桩间距亦为2米，内侧与既有路基开挖台阶距离不小于1 米，PHC300A70 型管桩施工以桩长控制，锤击法，施工单位应合理选择锤重，避免爆桩，垂直度应满足相关规范要求。

拼宽部分三角渐变段内，使用C15素混凝土回填路基，可设置混凝土挡墙收坡脚，见图2。

图2 预应力管桩处理软基布置图

2.2 沉降计算

根据现场踏勘情况及设计经验选取典型截面进行路基沉降验算。该区域内的详细地层分布情况如表1 所示。

表1 地层分布情况

根据勘察结果及相关规范，地基处理设计参数详细情况如表2 所示。

表2 地基设计参数推荐值表

综合考虑各方面因素，在本文中采用分层总和法计算该路段的路基沉降问题。

计算公式：

得到沉降量为0.12m。

由于软基的计算沉降量和实际沉降量相比非常小，通过修改后的路基沉降量计算公式如下：

s=ms＇=1.3×0.12=0.156m

3 施工要点

3.1 现浇板施工要点

3.1.1 混凝土浇筑以前需要严格检查保护层垫块的位置、紧固程度及保护层垫块的数量。绑扎垫块与钢筋的铁丝头应使用相关工具切掉，避免其进入保护层中。为了确保钢筋定位的精准性，可以使用定型生产的纤维砂浆垫块。

3.1.2 PHC 管桩身在施工时的垂直度难免会出现误差，该误差值不能超过H/1000。

3.1.3 精准控制桩顶位置与高程要求，确保顶面平整光滑。

3.1.4 构件模板应具有足够刚度、强度及稳定性，防止预制构件变形，宜采用钢模板，模板长、宽高差容许误差为+0，-1，肋高±3mm，板面局部平整度为1mm，采用2m 靠尺，塞尺检查。

3.2 管桩的预制要点

管桩进场之前，应安排专业人员对其质量进行检验，符合当前实施的国家标准《先张法预应力混凝土管桩》的要求后，方可进入施工现场。

3.3 管桩施工要点

3.3.1 根据设计图确定轴线与桩位，经过重复审核没有错误后，验收符合要求方可继续施工。

3.3.2 管桩进入现场后，必须对管桩产品合格证及规格和型号、管桩的尺寸偏差、外观质量、管桩端板连接部件、管桩结构钢筋、管桩桩身破损情况等进行检验。

3.3.3 桩尖的高度、几何尺寸、厚度等需要与设计的要求相匹配。

3.3.4 沉桩期间，需要时常留意桩身是否出现倾斜或者是移位的情况。

3.3.5 高速公路施工建设期间，需要安排专人监控垂直度，如果发现异常应及时调整校正。

3.3.6 管桩上下段板表层和破口位置需要确保整洁、干燥。

3.3.7 接桩过程中，上下桩段的错位偏差不能超过2mm。

3.3.8 焊接过程中，首先在坡口位置保持焊点的对称，当固定好上下桩节后，接着对称、逐层焊接，焊缝需要保证连续、饱满。

3.3.9 桩接头焊接好之后，需要冷却15 分钟后，方可连续沉桩。

3.3.10 桩头高出地面的部分应保护。

3.3.11 施工过程中需要密切监测桩顶高程，出现上浮时需要复打。

3.3.12 试桩与工程桩检验

（1）在管桩工程桩正式施工前，应由承包方先行组织专项试桩，每2 联设置一组（2 根），全线共6 组，试桩过程应进行严格控制与检验。现场试桩须做好各项记录，并由设计、监理人员签字确认，并将试桩相关数据向业主、设计、监理反馈。

（2）施工完成后，需要完整性检验管桩的竖向和水平方向的承载力与桩身。

检验试桩：选择三组六根试桩使用静载荷法和高应变动测法对比试验竖向承载力，选择两组四根试桩使用静载试验法对单桩水平进行检验。

检验工程桩：采用静载荷法对单桩竖向承载力的桩进行检验时，桩的数量不能低于总桩数的2%；对所有工程桩桩身的完整性进行检验，如果工程桩桩身存在问题，应及时处理有缺陷的桩基，处理之后需要采用静载试验方法对单桩竖向进行检测，以便于明确其承载力与要求是否相匹配。

3.3.13 管桩持力层是粘土层，施工时需要将桩长控制作为中心，贯入度控制发挥辅助作用。

4 结论

高速公路施工建设过程中，软土地基的处理是经常碰见的问题。此篇文章研究过程中将项目工程的具体状况当作参考使用PHC 管桩处理软土地基，符合迅速施工要求，同时可以加强对沉降速度的控制，能够为想同类型的工程施工提供相应参考；本文叙述了PHC 管桩设计、施工要点，积累了相关经验，可为相似的路基处理案例提供参考具有现实推广的意义。