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軟基公路樁網(wǎng)結(jié)構(gòu)設計的見解及施工應用建筑工程論文
摘 要：沿海深厚軟基上修建公路，往往容易產(chǎn)生路堤失穩(wěn)或沉降過大等一些問題，這將影響道路的使用安全及社會認同。新型樁網(wǎng)法（PTC管樁）復合路基的設計與應用對深厚軟基處理具有較好的效果，文章結(jié)合工程實例對樁網(wǎng)法的設計及應用進行論述。
關(guān)鍵詞：軟基公路；樁網(wǎng)法；設計見解；應用
福建省沿海一帶，灘涂軟土地區(qū)分布廣泛，這對于交通規(guī)劃建設所涉及的軟基工程建設的設計和質(zhì)量控制來說是一大難題。而軟基公路工程設計及施工質(zhì)量控制的不好將會導致軟基路堤的失穩(wěn)或沉降過大等問題，這些將直接影響公路交通的使用安全和行車舒適度及社會認同。不少公路工程深厚軟基處理根據(jù)水文地質(zhì)鉆探勘察所收集的參數(shù)及積累經(jīng)驗多采用袋裝砂井、塑料排水板、高壓旋噴樁、粒料樁、真空聯(lián)合堆載預壓等方法設計施工，各有利弊。目前，公路軟基處理新型樁網(wǎng)法（PTC管樁）復合路基的設計應用還比較少。該工法適用于深厚軟基加固工程，它在加快工期建設、環(huán)境保護、降低軟基施工難度、操作安全、技術(shù)經(jīng)濟合理、工后質(zhì)量檢驗上有較好的效果。文章結(jié)合工程實例對樁網(wǎng)法的設計及施工應用進行論述。
1 工程概況
某工程項目位于閩東沿海境內(nèi)，線路全長4.896km，路基寬度12m，路面采用瀝青砼，公路設計時速80km/小時，為二級公路設計標準。沿線屬濱海丘陵剝蝕地貌，山體外貌形態(tài)低矮平緩，山間無深谷、瀑布等。主要為潮間帶及養(yǎng)殖漁塘區(qū)，地形較平坦。又因地域臨海，潮流特征為來復流，落潮流速大于漲潮流速。本項目路線重點工程主要有軟基處理及路基土石方、馬嶼大橋、備灣特大橋、長短腳高邊坡。其中軟基路段K0+000～K1+655長度為1.655km，占線路設計總里程33.8%。原設計分為10個分區(qū)（A01-A10區(qū)）采用真空聯(lián)合堆載預壓處理軟基設計施工工法。此段淤泥深度平均約為39m，淤泥屬有機質(zhì)泥碳類軟土沉積，土性變化小、天然強度低、透水性小、壓縮性高，具有觸變性和流變性。K1+580～K1+655段主要位于真空聯(lián)合堆載預壓A10區(qū)，包括后接橋梁馬嶼大橋0#橋臺臺前軟基段，路堤設計填筑高度達7.5m，原設計為先進行真空聯(lián)合堆載預壓，后進行橋臺樁基施工。由于建設單位戰(zhàn)略計劃動態(tài)調(diào)整，要求該工程項目在保證合同工期的前提下壓縮工期提前交工通車，為總體項目大型核心設備進場提供交通條件。隨后，業(yè)主、設計、監(jiān)理、施工單位聯(lián)合進行了技術(shù)經(jīng)濟調(diào)研，分析認為軟基路段K0+000～K1+580段（A01-A09區(qū)）依據(jù)原設計不受要求工期影響，只有K1+580～K1+655段（A10區(qū)）按原設計的工法不能滿足要求工期。因為原設計采用真空聯(lián)合堆載預壓的工法處理軟基，結(jié)合監(jiān)控量測其施工固結(jié)時間在技術(shù)規(guī)范中有嚴格指標要求。因此，必須取消A10區(qū)原設計，探究新的設計方法。筆者作為該項目施工現(xiàn)場的設計代表，根據(jù)新的要求，結(jié)合該項目的各分部分項工程，綜合分析了該地理區(qū)域軟基結(jié)構(gòu)形式的設計和特殊施工工藝、線長泥厚的現(xiàn)狀及諸多外圍影響因素，提出了新的設計方案，即采用樁網(wǎng)新工法（PTC管樁）復合路基進行設計施工。
樁網(wǎng)法（PTC管樁）的設計與施工應用的合理性關(guān)系到整個軟基工程的質(zhì)量，所謂“失之毫厘，謬以千里”，因此，設計、施工中應強調(diào)各個環(huán)節(jié)的嚴謹與規(guī)范。比如，某工程項目也采用了樁網(wǎng)法（PTC管樁），但由于設計上考慮不周全，造成軟基處理存在一些缺陷。其主要設計意圖是各樁帽與管樁組合單樁豎向受力，各樁帽是單獨布設，在軟基處理范圍中覆蓋率小，且樁間土強度低，樁帽以上未考慮采用土工格柵材料復合加筋路基填筑，再累加施工階段各道工序質(zhì)量控制與技術(shù)規(guī)范存在各種偏差因素，使軟基公路不均勻沉降、偏移、路基邊坡、路面開裂等現(xiàn)象明顯。本項目吸取了這一教訓，綜合優(yōu)化了以上不理想的因素，本著精益求精的設計原則，對該軟基段結(jié)構(gòu)設計采取了如下對策：其一，加大了單樁樁帽在軟基處理范圍的覆蓋率，把各管樁砼樁帽縱橫對應相向連接，形成了鋼筋砼整體連梁，提高了管樁整體分布受力及結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。其二，樁帽以上按不同強度的填料填筑路堤，不同層次上增加土工格柵加筋路基整體強度，大大消除了路堤分層加載填筑管樁持荷后的變形影響。
專家對本項目工程的樁網(wǎng)法（PTC管樁）設計方案的技術(shù)經(jīng)濟合理性組織了論證，尤其對以上兩項結(jié)構(gòu)設計的改進進行了評估，經(jīng)過嚴謹?shù)恼撟C給予了認同，隨后經(jīng)業(yè)主單位批準，設計方案按相關(guān)流程得以實施。
2 本路段樁網(wǎng)法（PTC管樁）復合路基設計圖示如下
3 樁網(wǎng)法（PTC管樁）設計復合路基所需主要材料如下
預應力砼管樁規(guī)格型號C60-PTC-500，壁厚6.5cm，管徑50cm，離心砼強度為C60，管樁打設樁尖應帶靴，樁身結(jié)構(gòu)堅向抗壓荷載設計值通過單樁豎向抗壓載荷試驗確定為1820KN。
鋼筋：HPB235、HRB335，用于管樁頂樁心砼及樁帽砼。
樁頂內(nèi)圓鋼托板：規(guī)格型號為5mm厚，直徑35cm。
普通硅酸鹽水泥：強度等級32.5級
雙向拉伸聚丙烯土工格柵：規(guī)格型號為抗拉強度不小于40KN/m。
級配碎石：粒徑0.5-4.0cm，用于樁帽以上墊層。
中粗砂：用于夯填整體樁帽砼連梁網(wǎng)格內(nèi)。
路堤填土：沿線路塹挖方段軟、硬土利用方，用于墊層以上路堤填筑。
4 樁網(wǎng)法（PTC管樁）復合路基填筑施工流程如下
測量放樣→場地清理→打設管樁→試驗檢測→制做樁頂、樁帽砼連梁→樁帽連梁網(wǎng)格內(nèi)夯填整平砂→鋪設碎石墊層→鋪設（第1層）土工格柵→鋪設碎石墊層→鋪設（第2層）土工格柵→鋪設碎石墊層→鋪設（第3層）土工格柵→路基填筑每3層壓實層鋪設1層土工格柵→反壓護道→路基填筑每5層壓實層鋪設1層土工格柵至下路床→路床填筑→路面工程。
5 樁網(wǎng)法（PTC管樁）復合路基填筑主要施工工法如下
預應力砼PTC管樁采用靜壓沉樁法，在A10區(qū)處理段（包括馬嶼大橋0#橋臺臺前軟基，不包括0#橋臺樁基平面作業(yè)預留區(qū)）橫斷面全寬及兩側(cè)路堤坡腳各寬4m范圍內(nèi)打設PTC管樁，管樁縱橫向間距按等寬2m正方型布置，打設深度為穿透淤泥并下臥不少于1倍D以上。
施打PTC管樁過程中應做好壓樁前主要設備各項檢查，及時發(fā)現(xiàn)問題及時調(diào)整，確保機械性能達到正常安全要求后才可進行操作，壓樁同時控制好壓樁持荷速度，時刻注意觀察樁側(cè)間軟土是否有隆起、斷樁等異常狀況，如遇到樁身突然發(fā)生傾斜、移位、或樁頂樁身開裂變形等現(xiàn)象，應立即停止壓樁作業(yè)，查明原因，采取措施后方可繼續(xù)施工。
從沉樁開始時起，應嚴格控制第一節(jié)管樁壓入地面時的垂直度偏差不得超過樁長0.5%，嚴禁采用頂、拉樁頭或樁身辦法糾偏，以防樁身開裂并增加樁身附加彎矩。送樁器與樁身應在同一中軸線上，上下節(jié)樁拼接時，應采用端板焊接連接或機械快速連接頭連接，連接處的強度不應低于管樁樁身強度，接樁時其入土部分管樁的樁頭應高出地面05～1.0m。
管樁打設后應按技術(shù)規(guī)范質(zhì)量檢驗要求進行預壓試樁，檢測是否符合樁身結(jié)構(gòu)單樁堅向承載力設計值要求。
各管樁樁心與樁帽砼設計強度均為C40，砼樁帽厚度為30cm，鋼筋凈保護層厚度宜取0.5cm。各樁帽砼連梁待常規(guī)養(yǎng)護后整體強度達到設計值75%以上，樁帽間網(wǎng)格內(nèi)按要求分層夯填密實中粗砂至樁帽頂高程。
樁帽頂以上共設3層填筑碎石加筋墊層，墊層每20cm厚各加設一層雙向土工格柵，同一層土工格柵鋪設層間搭接重疊寬度不小于30cm，每層兩邊寬度應比墊層超寬2m并向上回折平整，同時注意防控土工格柵挪變性，樁帽頂以上0.6m范圍內(nèi)采用人工分層鋪設整平碎石墊層，樁帽頂以上填筑1m范圍內(nèi)嚴禁采用大型機械設備進行碾壓作業(yè)，宜采用小型設備靜壓密實。
0#橋臺樁基作業(yè)區(qū)待軟基管樁處理后填筑階段可合理進行流水或平行施工，與管樁軟基處理區(qū)互不干擾影響。
結(jié)合周邊水文環(huán)境影響，K1+580～K1+655段（A10區(qū)）與路線A07-A09區(qū)軟基段坡腳兩側(cè)統(tǒng)一增設了尺寸為（寬4m×高2.5m）的反壓護道，待主體軟基樁帽頂以上碎石加筋墊層填筑完成后，反壓護道即可同步分層填筑，分層填筑壓實度標準不小于90%。迎潮面邊坡坡面以片石護砌，防止長期受潮水沖刷影響路堤穩(wěn)定。
K1+580～K1+655段（A10區(qū)）與（A01-A09區(qū)）軟基段遵循原設計統(tǒng)一布設沉降與水平位移監(jiān)控點，定期進行觀測分析成果。
6 結(jié)語
通過以上（PTC）剛性管樁和土工格柵所形成的樁網(wǎng)法復合軟基公路的設計及應用，業(yè)主的要求工期得到了保障，路段的前后銜接平順無異常，此外，施工階段及工后6-12個月定期對軟基沉降和水平位移的監(jiān)控量測數(shù)據(jù)也表明路基穩(wěn)定性及工后沉降均滿足設計和施工技術(shù)規(guī)范要求。綜上所述，樁網(wǎng)法（PTC管樁）可因地制宜廣泛適用于交通建設深厚軟基的加固處理工程，特別是降低軟基安全風險及提高軟基工程質(zhì)量具有突出的作用。
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