肇庆市砚都快速干道是肇庆市城区南北贯通321国道和广肇高速及多条城区主要道路的重要干道，对串联肇庆城区主要交通网、连接广佛肇交通网有着直接性的意义。本项目起于肇庆大桥与端州路交汇处，途经信安路、星湖大道等城区主要干道，终点接321国道，路线全长4.35公里（含新建肇庆大桥与端州路立交），规划路幅100米，双向10车道，设城市辅道，项目按城市快速路设计，设计车速为80km/h，项目于2011年9月建成通车。针对道路的地质条件差、道路路线所经路段分布较多的鱼塘，且鱼塘的面积大、蓄水深度大等特点，根据不同的地质条件及现场施工实际，对道路的软土地基采用了“CFG桩+袋装砂井”、“预应力混凝土管桩+袋装砂井”、高压旋喷桩等不同的处理方案。其中，“预应力混凝土管桩+袋装砂井”复合地基处理工艺是首次应用于肇庆市城区的市政道路工程领域，属创新性应用，使用该工艺的路段包括道路主线K0+280～K1+550、K1+900～K2+896、K3+525～K3+950、立交匝道AK0+250～AK0+410、CK0+200～CK0+460、DK0+230～DK0+450、HK0+385～AK0+560。本文着重介绍“预应力混凝土管桩+袋装砂井”复合地基的设计、施工工艺及处理效果等应用情况。

 

　　1、“预应力混凝土管桩+袋装砂井”复合地基的处治机理

 

　　袋装砂井是软土竖向排水通道，可以快速消除锤击沉桩施工和荷载作用引起的超空隙水压力，加快软土地基的排水固结，减少工后沉降；此外，袋装砂井对软土有一定的置换作用，能一定程度地提高地基的承载能力。预应力混凝土管桩在软土路基中布置，其通过摩阻效应与软土形成复合地基，大大地提高地基的承载能力。为充分发挥预应力混凝土管桩作为刚性桩的作用，尽可能承担多的荷载，减小桩间土的压缩量，桩顶还需设置钢筋混凝土托板。

 

　　2、工程的地质情况

 

　　本工程的岩土工程勘察报告揭示的情况，工程场地内的地质概况如下：

 

　　场地地貌属西江北岸一级阶地。地势低平，地表起伏，标高介于-5.18～15.20m之间（一般标高3～7m，塘基、菜地5～6m，渔塘底2～3m；里程k2+180～k2+400段为砖厂水塘，水深很大5～15m）。揭露场地土层主要为第四系填土层、冲积层、淤积层。第四系土层以湖沼沉积的淤泥为主，分布广泛。本次勘察揭露场地基岩为石灰岩，以微风化岩为主，岩质坚硬，属Ⅵ类岩，场区石灰岩潜伏岩溶。

 

　　根据岩土层地质成因、成分、结构构造结合其工程地质特性综合划分场地地质层位。全线实施钻探孔176个，按钻探所揭露情况分述如下：

 

　　第①层填土（Qml）：场区断续分布，素填土为主，局部出露为杂填土。灰褐色，灰黄色，中湿，松散～稍密状，由粉质粘土（亚粘土）组成，局部混25～30%碎石砖块，原状为耕土及原地表土土质，结构松软。层厚0.50～8.60m。最佳含水量12.6%～14.5%，最大干密度1.920～2.286g/cm3。

 

　　第②层粉质粘土（Qal）：呈断续分布，浅灰色，灰黄色，中湿，可塑为主，局部软塑，粘性较好，土质结构强度中软，厚大处呈中硬状。在该层进行了31次标准贯入试验N=3.4～15.4击，平均N=8.2击。层面埋深-0.30～5.90m，层厚0～19.30m，平均6.19m。

 

　　第③层淤泥（Ql）：沿线广泛分布，是影响路基强度与稳定性的主要地质层，是本工程着重分析和处理的不良路基土。深灰～灰黑色，过湿，流塑状，含腐植物，具腐味，一般夹软粘土，部分为淤泥质土状，为简明地质层位，综合划属淤泥层。含水量36.6%～89.1%，平均61.1%，平均压缩模量2.05Mpa；十字板剪力试验2孔16点次，Cu=8.8～11.2kpa，St=2.5～5.2。层面埋深-6.60～5.60m，层厚0～18.20m，平均厚度5.45m。

 

　　第④层粉质粘土（Qal）：呈断续分布。灰黄～黄色，中湿，可塑状为主，粘性较好，土质中软～中硬状。局部含少量干泥砾及砂页岩细砾。在该层进行了82次标准贯入试验N=1.4～15.3击，平均N=7.3击。层面埋深-15.40～2.20m，层厚0～17.00m。

 

　　第⑤层粘土（Qal）：呈广泛分布。褐黄～红色，干燥，局部中湿，可～硬塑状，花斑状结构，含泥砾结核，结构性紧密，土质良好，强度高。含少量干泥砾及砂页岩细砾。在该层进行了132次标准贯入试验N=6.8～17.0击，平均N=11.8击。层面埋深-11.60～6.25m，层厚0～21.30m。

 

　　第⑥层淤泥（Ql）：沿线断续分布，是影响路基强度与稳定性的主要地质层，属不良路基土。深灰～灰黑色，过湿，流塑状，含腐植物，具腐味，一般夹软粘土，部分为淤泥质土状，为简明地质层位，综合划属淤泥层。含水量23.9%～70.1%，平均49.2%，平均压缩模量3.09Mpa。层面埋深-13.90～-2.55m，层厚0～11.90m，平均厚度4.87m。

 

　　第⑦层粉质粘土（Qel）：呈广泛分布。褐黄～灰黄色，中湿，可塑状为主，土质结构不均匀，局部相变为亚砂土、砂土，为砂岩、页岩残积土，埋藏较深，属良好路基土下卧层。在该层进行了150次标准贯入试验N=0.7～14.7击，平均N=8.0击。层面埋深-21.80～-3.30m，层厚0～15.50m。

 

　　第⑧-1层强风化粉砂岩（C）：呈断续广布。褐黄～红色，半岩半土状，岩体风化强烈，岩块手折可碎，局部较硬呈中风化，强度高。在该层进行了26次标准贯入试验N=52.0～80.0击，平均N=59.1击。层面埋深-22.70～-9.40m，揭露厚度0～13.20m。

 

　　第⑧层微风化石灰岩（C）：场地稳定基岩。灰～深灰色，裂隙不发育，岩芯较完整，多呈短～长柱状，岩质坚硬，属6类岩石，采芯率达90%以上，微风化。层面埋深-23.60～-5.60m，揭露厚度1.00～13.00m。

 

　　场地潜伏岩溶，本次钻探共88孔有限钻深揭露石灰岩，9孔揭露溶洞，占洞率10.2%，里程K0+000～K1+800段岩溶较发育。

 

　　综述：场地填土层，以素填土为主，局部出露成分较杂的填土、耕土，结构松散～稍密状，未完成自重固结，经压实可有较高强度，宜处理利用。第②、④、⑤层粉质粘土，可塑状，土质中软～中硬状，中等压缩性，有一定承载力，浅部广泛分布，宜作路基持力层。第③、⑥层淤泥，广泛分布，厚度较大，呈流塑，高压缩性，低渗透性，工程性质极差，属不良路基土，应作软土路基处理或预作沉降控制；第⑦层粉质粘土，土质一般，第⑧-1层强风化粉砂岩，强度高，分布不均匀，埋藏较深；第⑧层微风化石灰岩，岩质坚硬，强度大，属场地稳定基岩，宜作拟建道路桥涵桩基础持力层。本场地工程地质特点：软土发育，厚度变化大（0.50～18.20m），同一剖面，左右两侧淤泥分布很不均匀；淤泥成分以粘粒、有机质为主，含砂质少，不利于排水固结，需要主要针对该类土层进行软土地基处理。

 

　　3、软土地基的控制标准

 

　　软土地基设计标准参照《公路路基设计规范》（JTGD30-2004）执行。软土地基的处理是从稳定、沉降及满足构造物的承载力要求等方面进行分析。软基处理以工后沉降及路基稳定性控制，具体要求如下：

 

　　沉降计算及容许工后沉降

 

　　路基沉降量采用分层总和法计算主固结沉降，并采用沉降系数对其进行修正。沉降系数为经验数据，根据有关设计施工总结得出的沉降系数分析后，本项目软土计算沉降系数：复合地基区、取1.3进行计算。

 

　　工后沉降容许值一般路段取30cm，箱涵及箱形通道处取20cm，路堤与桥台相接处取10cm，过度段沉降差小于0.2%。

 

　　稳定性计算

 

　　稳定验算采用有效固结应力法计算，快剪和固结快剪指标同时考虑，稳定性安全系数≥1.2。

 

　　加载速率及预压期

 

　　路基加载时，加载速率应满足路基中心沉降量不得大于10~15mm/昼夜，边桩位移不得大于5mm/昼夜。实际填筑速率应由施工观测来控制。

 

　　路基中心的表面沉降在15mm/d以内时，方可进行下一层路堤的填筑。路基填筑至设计的预定高程后，经观测沉降符合设计要求后可进行软基处理加载填土。复合地基处理区域应满足至少1个月的预压期。实际的预压时间应根据沉降观测和稳定要求确定。

 

　　预压堆载土高度

 

　　由于沿线软基分布范围广、厚度变化大、夹层较多，为加速地基沉降固结，满足路基允许的工后沉降量等要求，软基处理路段均采用超载预压，堆载高度一般为路床以上2.5m。

 

　　4、“预应力混凝土管桩+袋装砂井”复合地基的设计

 

　　本项目对于软土深度超过20m的路段，采用“预应力混凝土管桩+袋装砂井”的方法进行地基加固处理。管桩类型为C80-PHC-A400，桩径40cm，壁厚9.5cm，桩身混凝土抗压强度为C80，桩距1.8m，正方形布置；本次设计管桩采用锤击沉桩工艺，为快速消除锤击沉桩施工产生的超孔隙水压力，在管桩桩间设置袋装砂井，袋桩砂井桩径为7cm，布设在相邻管桩的中间。为充分发挥管桩作为刚性桩的作用，尽可能承担多的荷载，减小桩间土的压缩量，桩顶设置100cm×100cm×30cm的钢筋混凝土托板，桩顶应伸入托板至少5cm。管桩实际施工长度根据现场地质情况通过试桩确定，桩尖要求穿过淤泥层，进入持力层100cm，袋桩砂井与管桩等长。桩顶设置一层50cm厚的砂砾垫层，垫层顶面铺设一层土工格栅，协调地基土变形。土工格栅采用在低应力条件下就能较高地发挥其抗拉强度的钢塑土工格栅。

 

　　管桩采用锤击沉桩工艺进行施工，施工前先施打袋桩砂井，待砂井施工完毕后再施管桩，注意避开构造物基础，施工时要求从路中心向两侧施工，且需间隔跳打，以避免对已成桩造成伤害。施工过程中注意设置临时排水边沟，做好排水工作。

 

　　管桩收锤标准为打桩机连续响锤，灌入度达到6锤/60cm~10锤/100cm。管桩单桩承载力不小于600KN，复合地基承载力不小于120KPa。桩基础、砂垫层以及路基回填施工完毕后，进行超载预压，预压高度为路床标高以上2.5m。

 

　　5、施工工艺及要求

 

　　1）砂垫层的铺设

 

　　在软基处理路段设置50cm厚的砂垫层（一般设在桩顶），一方面为路基提供水平方向的排水通道，另一方面是为施工机械提供作业垫层。砂垫层填筑时应分层压实，每层的压实厚度不应超多30cm，也不应小于15cm，材料采用洁净的中砂或粗砂，含泥量不得大于5%，细度模数大于2.7，渗透系数不小于5×10-3cm/s。

 

　　2）土工格栅的铺设

 

　　土工格栅在软基处理后铺设，一般设于砂垫层顶部，当有多层格栅时，各层格栅的间距不小于50cm。摊铺前应整平基面，摊铺时应拉直平顺，紧贴下承层，不许出现扭曲、折皱、重叠现象。土工格栅采用钢塑双向土工格栅，抗拉强度不小于80KN/m，纵横向延伸率≤3%，伸长率在1%时纵横向抗拉强度≥60KN，粘焊点极限剥离力≥100N。其技术指标严格按照《公路工程土工合成材料土工格栅》（JT/T480-2002）的相关规定执行。。

 

　　3）管桩施工及质量要求

 

　　（1）施工材料

 

　　管桩型号C80-PHC-A400，直径40cm，每根桩桩顶设一块100×100×30cm的钢筋砼托板。先张法薄壁预应力混凝土管桩应符合《先张法预应力混凝土管桩》（GB13476）、《先张法预应力混凝土管桩》（JC888）的规定。采用蒸汽养护时应在常温下静置3d以上。托（盖）板混凝土强度C25。

 

　　（2）施工工艺要求

 

　　A、放场地，必须整平、坚实，应有排水措施，不得产生不均匀沉陷。

 

　　B、前检查成品桩。

 

　　C、工艺推荐采用锤击法施工，且需间隔跳打，施工前进行试桩，以确定合理的施工工艺及结束标准。桩端应进入持力层至少1m，确保承载力不小于设计值。

 

　　D、打桩时必须设置桩头垫层及上锤垫层。桩头垫层采用有弹性的麻袋、三夹板或软木，压缩厚度为15cm；桩帽内的上锤垫层采用平整的硬木，厚度20cm。锤击过程中要经常检查垫层，并及时更换。

 

　　E、焊接接桩：接桩时，上、下节桩的中心线偏差应小于5mm，节点弯曲矢高不得大于桩段长度的0.1%。焊接时应采取措施减小焊接变形，焊缝连续、饱满。焊接后应自燃降温，禁止用水浇降温。成桩过程中遇有较难穿透的土层时，接桩宜在桩尖穿透该土层后进行。

 

　　F、管桩与托板的连接

 

　　对于沉入到设计标高后不需要截桩的薄壁预应力混凝土管桩，与托板连接可以用托板连接钢筋与钢筋板圈焊接后，将桩顶直接埋入托板内。连接筋和桩顶埋入托板内的深度，应根据不同的工况，按设计要求确定。需要截桩的管桩与托板连接时，管桩截断后，将垫块下入管内，并把连接钢筋笼插入桩内，用与托板相同标号的混凝土灌注。

 

　　G、砂砾垫层施工前，应先填充夯实托板间的空隙，以保证在砂垫层施工过程中托板不移位；

 

　　（3）质量检验

 

　　管桩施工质量标准

 

　　为确保管桩施工质量，采用低应变和静载的检验方法，重点抽选施工过程中对施工质量有疑问的，或地质条件较差的施工桩进行质量检验。其中，低应变试验共检测2855根管桩，其中I类桩2698根，占所测桩数的94.5%；II类桩157根，占所测桩数的5.5%；无III类、IV类桩，管桩的桩身完整性符合设计要求。静载（复合地基平板荷载试验）检验管桩57根，在各管桩的试验加载240kPa时，总沉降量最大为9.73mm，最小为2.81mm，p-s曲线均平缓，无明显陡降段，s-lgt曲线呈平行规则排列，检测结果显示，所测各桩的地基承载力特征值均≥120kPa，复合地基承载力均满足设计要求。通过使用“预应力混凝土管桩+袋装砂井”处理软土路基，各路段的各层路面的验收弯沉值均满足设计要求，且弯沉值较低，进一步证明“预应力混凝土管桩+袋装砂井”复合地基具有高承载力、低沉降的特性。

 

　　结语：本文结合“预应力混凝土管桩+袋装砂井”复合地基在市政道路工程中的新应用，通过分析该工法的设计、施工工艺、应用效果等，进一步阐明了该工法适合于石灰岩地区基岩埋藏较深、湖沼沉积淤泥层厚、地质情况差且变化大的软土路基处理，为其它类似工程提供了参考。

 

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　　[3]彭兵田；周春儿.路堤下管桩复合地基沉降量计算交通科技2006/04

 

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