维普资讯 http://www.cqvip.com ＰＣＣ管桩在公路软基工程中的应用 文／余芝云 …………●…●…●………●…………‘‘…………●………●●●●●…●’………●●●●‘……●…●…●……●…● 摘要：现浇混凝土薄壁管桩技术属新型推广专利技术，本文结合高速公路施工实际说明 该技术在高等级公路软基加固中确可收到高效、经济的效果。 关键词：ＰＣＣ管桩软基工程应用 …………●…●●●…‘……●●…●‘………●…●…●●………●●●●‘…●………●……●……●●…‘…●………●● １．ＰＣＣ管桩简介 间土之间竖向荷载及水平荷载的分担比 大直径现浇混凝土薄壁管桩技 例以及减少基础底面的应力集中问题， 术（Ｔｈｉｎ—ｗａｌｌ Ｐｉｐｅ Ｕｓｉｎｇ Ｃａｓｔ—ｉｎ—ｓｉｔｕ 待ＰＣＣ桩混凝土达到设计强度后，在桩 Ｃｏｎｃｒｅｔｅ，下文简称ＰＣＣ管桩）是河海 顶铺设一层３０～５０ｃｍ砂石垫层，并在砂 大学自主开发研制的用于地基加固处理 石垫层中放置土工格栅，从而形成现浇 的专利技术，它是一种适合于软土地区 薄壁管桩复合地基。振动沉模大直径现 的新型高效优质桩型，可有效地提高地 浇管桩动力设备是振动锤，振动锤的两 基承载力和减小地基沉降。该技术采取 根轴上各装有偏心块，由偏心块产生偏 振动沉模自动排土现场灌注混凝土而成 心力。当两轴相向同速运转，横向偏心 管桩，具体步骤是依靠沉腔上部锤头的 力抵消，竖向偏心力相加，使振动体系 振动力将内外双层套管所形成的环形腔 产生垂直往复高频率振动。振动体系的 体在活瓣桩靴的保护下打入预定的设计 竖向往复振动，将腔体模板沉入地层。 深度，在腔体内现浇注混凝土，之后振 当激振力Ｒ大于以下三种阻力之和：刃 动拔管，在环形域中土体与外部的土 面的法向力Ｎ的竖向分力、刃面的摩擦 体之间便形成混凝土管桩。通常桩径 力Ｆ的竖向分力，腔体模板周边的摩阻 为 ８００ｒａｍ～ １５００ｒａｍ，并正在向更大 力Ｐ的合力时（见图２），模板即能沉 直径的方向发展；壁厚在１００～２００ｒａｍ之 入地层；当Ｒ与Ｎ、Ｆ、Ｐ竖向分力平衡 间；处理深度可达２５ｍ。现浇混凝土管 或达到预定深度时，则模板停止下沉。 桩机械图见图１。 由于腔体模板在振动力作用下使土体受 图１：ＰＣＣ管桩机械图 到强迫震动产生局部剪胀破坏或液化 破坏，土体内摩擦力急剧降低，阻力减 小，提高了腔体模板的沉入速度。 霭 该 ３．工程应用实例 某高速公路段地势平坦，地面标高 ２．９～３．６ｍ，管桩加固区的地质问题主 立面图 侧面图 要表现为 图１中：①底盘（含卷扬机）；② 软土地基 龙门支架；③振动头；④钢质内外套管 问题。区 空腔结构；⑤活瓣桩靴结构；⑥成模造 内分布的 浆器；⑦混凝土分流器。 软土主要 为１～３层 ２．ＰＣＣ管桩工作原理 淤泥质亚 ＰＣＣ管桩形成复合地基时，为了保 粘土，夹 证桩与土共同承担荷载，并调整桩与桩 少量粉砂 图２：ＰＣＣ管结构应力示意图 ５８．２００７／１１中华建设 薄层，流塑，高压缩性。天然含水量 Ｗ＝２８．６％一４７．７％（平均３６．４９％）， 孔隙￣Ｌｅ＝０．８５～１．３１（平均１．０３）， 液性指数为ＩＬ＝０．８５～１．９８（平均 １．４２），压缩系数０．１８～０．９３ＭＰａ一１（平 均０．５２ＭＰａ一１）。地基土地容许承载 力（『＝７０～９０ＫＰａ，桩周土极限阻力 Ｔ＝１ ５～２５ＫＰａ。该层连续稳定分 布，顶面标高一０．０５～１．９０ｍ，层厚 ６．３０～１０．５０ｍ。 ４．ＰＣＣ管桩设计 进行管桩设计时主要从地基承载 力（稳定性）及工后沉降量两个方面来考 虑。该高速公路全线完工后沉降控制 标准为：桥头段≤１０ｃｍ，一般路段≤ ３０ｃｍ，过渡段≤２０ｃｍ，作为一种复合 地基加固方案，采用ＰＣＣ管桩处理的路 段应遵循这一设计原则。 加固方案设计 （１）复合地基承载力计算 复合地基承载力按《建筑地基处理 技术规范》（ＪＧＪ７９—２００２）中复合求和 法有关公式计算： ／ｓｐｆ＝ｍＲａ／Ａｐ＋Ｂ（卜ＩＩ１）ｆｓｋ ＰＣＣ管桩单桩极限承载力按《建筑 桩基技术规范》（ＪＧＪ９４—９４）计算： Ｒａ＝ ∑ｑｓｉｋｌｉ＋ｑｐｋＡｐ 设计计算时，单桩极限承载力计算 只考虑管桩的侧壁摩阻力，桩端阻力作 为安全储备。 （２）复合地基沉降计算 复合地基沉降由两部分组成，如图 ３所示。图中ｚ为荷载作用下地基压缩层 厚度，ｈ为复合地基加固区厚度，复合 地基加固区的压缩量记为Ｓ。，由于ＰＣＣ 管桩的刚度一般较大，故Ｓ．一般很小； 下卧层（Ｚ—ｈ）范围压缩量记为Ｓ ，因 此复合地基总沉降量为Ｓ＝Ｓ ＋ｓ２。 维普资讯 http://www.cqvip.com 表１：ＰＣＣ管桩加固方案设计表 布置 加固长 桩长 桩径 壁厚 间距 桩数 总长／方案 度 ／ｍ 垫层种类 ｍ ／ｍｍ ／ｍｍ ／ｍ ／根 Ｋ３０＋７４ Ｏ一＋７７８ 方形 ３８ １６ １ ＯＯＯ １２ Ｏ ３．３ １４２ ２２７２ 灰土两层土工格栅 Ｋ３０＋７７８一＋８Ｏ８ 方形 ３Ｏ １ ８ １２４ ０ １２ Ｏ ３．３ １１ ３ ２ Ｏ３４ １ ８ １ ＯＯＯ １２ Ｏ ２．８ １ ５８ ２８４４ １ ８ １ Ｏ００ １２ Ｏ ３．Ｏ １ ３９ ２ ５ Ｏ２ １ ８ １ ＯＯＯ １ ２ Ｏ ３．３ １１ ６ ２ Ｏ８７ 碎石两层土工格栅 碎石两层土工格栅 碎石两层土工格栅 碎石两层土工格栅 Ｋ３０＋８ ０８一＋８３８ 方形 ３Ｏ Ｋ３Ｏ＋８３８一＋８６ ８ 方形 ３Ｏ Ｋ３０＋８６８一＋８９８ 方形 ３Ｏ 里程 图３：复合地基沉降 图４：条形基础地基 ①加固区土层压缩量Ｓ 加同区土层压缩量采用复合模量 Ｋ３１＋５０９一＋５ ５９ 方形 ５Ｏ Ｋ３１＋５ ５９一＋６ ＯＯ 方形 ４１ １ ８ １ Ｏ００ １ＯＯ ３．３ １ ９ ３ ３４７４ １６ １ ０００ １２ Ｏ ３．３ １ ５ ５ ２４ ８０ 砖毛弼珐 工格 灰土两层土工格栅 法计算，复合土层的分层与天然地基相 同，加固区土层压缩量Ｓ 表达式为： Ｓｉ＝∑△Ｐ ／ 竖向增强体复合地基复合土压缩模 量ＥＣＳ采用下式计算： ＥＣＳ＝ｍＥＰＳ＋（１－ｍ）Ｅｓｓ ①下卧层土层压缩量Ｓ， 下卧层土层压缩量ｓ，的计算常采用 分层总和法计算，即： ｓ，‘ ：∑“ｅＩ 一 ｌｉ／１＋ｅｏｉＡｈ 计算下卧层土层压缩量ｓ，的关键是 如何计算作用在桩底平面处的附加应 力。结合工程实际情况，ＰＣＣ管桩桩底 平面处的附加应力可采用下述２种方法 计算： 压力扩散法 高速公路地基处理可视为条形基 础，如图４所示，作用在软弱下卧层顶 面处的附加力Ｐｈ可按下式简化进行： Ｐｂ＝Ｂ（ＰＫ—ＰＣ）／Ｂ＋２ｈｔｇ Ｂ 式中：Ｐｋ为软弱下卧层顶面处的平 均压力值（ＫＰａ），Ｐｃ为软弱下卧层顶 面处的自重压力值（ＫＰａ）。 等效实体法 作用在下软弱层上的荷载采用等效 实体法，即将复合地基加固区视为一等 效实体，作用在下卧层上的荷载作用面 与作用在复合地基上荷载作用面相同， 在等效实体四周作用有侧摩阻力，设其 侧摩阻力系数为，，则下卧层上的荷载 Ｐｈ采用下式计算： Ｐｂ＝Ｐ＋Ａ Ｇ－２ｈｉ 式中：Ｐ为路堤基底处的平均压 力值（ＫＰａ），Ａ Ｇ为加同区底面处的 自重压力值（ＫＰａ），ｈ为加固区深度 （ｍ）。 （３）复合地基工后沉降计算 因现浇混凝土薄壁管桩为刚性桩， 复合地基加固区整体刚性相对较大，在 路堤荷载作用下，桩问土的沉降主要发 生于路堤填筑阶段并在桩土荷载调整分 担过程中很快趋于稳定。 ５．施工工艺 （１）施工流程 施工准备——－．测量放样——－．桩机就 位——－．活瓣固定或预埋桩尖——刊毛凝土 搅拌—— 振动沉模—＋混凝土灌注—— 振 动拔管—＋移机。 （２）施工质量控制 ①测量放样 单桩的中心位置偏差不应大于５ｃｍ， 现场应以经纬仪施放，并多次复核；在 场地周边应设置一定数量的桩起。日 前，固结计算仍然依据太沙基的单向固 结理论。为了对不同桩径、壁厚、问距 以及不同垫层管桩复合地基加固效果进 行评价，本次科研在２４９１１１长的管桩加 同段中设置了７个参数不同的加固区， 在各区中分别采用如下设计参数，桩 径：１００￣ｉ１１１１、１２４０１１１１１１；壁厚：ｌＯＯｍｍ、 １２０１１１１１１；间距２．８１１１、３．Ｏｒｅ、３．３１１１；垫层： ５０ｃｍ厚碎石垫层加２层土工格栅、６０ｃｍ厚 石灰ｉ￣１３２层土工格栅；桩长：１６．０ｍ、 １８．Ｏｍ；具体情况如表１所示。根据现有的 设计方法，桩长相同时不同桩径及间距 只对复合地基的承载力存在影响，对沉 降的影响可以忽略。 ②桩机就位 根据桩位的情况，移机至桩位，此时 应调整桩机水平度和垂直度，垂直度以桩 塔的垂线控制，其垂直偏差应小于１％，水 平度以水平尺控制，误差小于１％。 ③活瓣固定 在桩机就位后，用铁丝固定活瓣， 其松紧程度宜以活瓣不再外张为准，不 宜过紧。 ④振动沉模 根据不同的地质条件，沉管在下沉 过程中可采用先压到一定的深度后，再 开启振动锤，直至设计深度。 （３）管桩封顶及褥垫层施工 管桩封顶及褥垫层施工是发挥ＰＣＣ 管桩高强度特点、保证其良好受力、进 而形成复合的关键。管桩施工完毕并通 过质量验收后，人工将上部浮浆凿除， 并将桩顶５０ｃ范围内的桩芯土体掏挖去 除，再用桩体相同标号的混凝土回填密 实，回填的混凝土土方量不得小于理论 计算量。处理后的桩头应平整密实并大 致处于同一标高。 ６．结语 ＰＣＣ管桩技术吸收了预应力管桩和 振动沉管桩等技术的优点，该管桩桩 身强度高，直径大，有效加固深度可 达３０ｍ以上，施工工艺简单，可操作性 强，便于质量控制、监督，单桩承载力 高而造价又相对较低。 实践证明：ＰＣＣ管桩复合地基技术 是一种全新的处理桥头高填方地段软土 地基方案，可显著减小地基沉降量，具 有承载力提高幅度可调范围大、变形模 量高、桩体质量及耐久性有保障等特 （作者单位：湖南湘江工程建设有 限公司） 中华建设２００７／１１ ５９ 点，且有效地降低了基础处理成本，是 提高地基承载力、控制地基变形的一种 极为有效的方式，具有较大的应用推广 价值。
