软基公路桩网结构设计的见解及施工应用

 

 

陈迎捷

摘 要：沿海深厚软基上修建公路，往往容易产生路堤失稳或沉降过大等一些问题，这将影响道路的使用安全及社会认同。新型桩网法（PTC管桩）复合路基的设计与应用对深厚软基处理具有较好的效果，文章结合工程实例对桩网法的设计及应用进行论述。

Key：软基公路；桩网法；设计见解；应用

福建省沿海一带，滩涂软土地区分布广泛，这对于交通

建设所涉及的软基工程建设的设计和质量控制来说是一大难题。而软基公路工程设计及施工质量控制的不好将会导致软基路堤的失稳或沉降过大等问题，这些将直接影响公路交通的使用安全和行车舒适度及社会认同。不少公路工程深厚软基处理根据水文地质钻探勘察所收集的参数及积累经验多采用袋装砂井、塑料排水板、高压旋喷桩、粒料桩、真空联合堆载预压等方法设计施工，各有利弊。目前，公路软基处理新型桩网法（PTC管桩）复合路基的设计应用还比较少。该工法适用于深厚软基加固工程，它在加快工期建设、环境保护、降低软基施工难度、操作安全、技术经济合理、工后质量检验上有较好的效果。文章结合工程实例对桩网法的设计及施工应用进行论述。

1 工程概况

某工程项目位于闽东沿海境内，线路全长4.896km，路基宽度12m，路面采用沥青砼，公路设计时速80km/小时，为二级公路设计

。沿线属滨海丘陵剥蚀地貌，山体外貌形态低矮平缓，山间无深谷、瀑布等。主要为潮间带及养殖渔塘区，地形较平坦。又因地域临海，潮流特征为来复流，落潮流速大于涨潮流速。本项目路线重点工程主要有软基处理及路基土石方、马屿大桥、备湾特大桥、长短脚高边坡。其中软基路段K0+000～K1+655长度为1.655km，占线路设计总里程33.8%。原设计分为10个分区（A01-A10区）采用真空联合堆载预压处理软基设计施工工法。此段淤泥深度平均约为39m，淤泥属有机质泥碳类软土沉积，土性变化小、天然强度低、透水性小、压缩性高，具有触变性和流变性。K1+580～K1+655段主要位于真空联合堆载预压A10区，包括后接桥梁马屿大桥0#桥台台前软基段，路堤设计填筑高度达7.5m，原设计为先进行真空联合堆载预压，后进行桥台桩基施工。由于建设单位战略计划动态调整，要求该工程项目在保证合同工期的前提下压缩工期提前交工通车，为总体项目大型核心设备进场提供交通条件。随后，业主、设计、监理、施工单位联合进行了技术经济调研，认为软基路段K0+000～K1+580段（A01-A09区）依据原设计不受要求工期影响，只有K1+580～K1+655段（A10区）按原设计的工法不能满足要求工期。因为原设计采用真空联合堆载预压的工法处理软基，结合监控量测其施工固结时间在技术中有严格指标要求。因此，必须取消A10区原设计，探究新的设计方法。笔者作为该项目施工现场的设计代表，根据新的要求，结合该项目的各分部分项工程，综合分析了该地理区域软基结构形式的设计和特殊施工工艺、线长泥厚的现状及诸多外围影响因素，提出了新的设计，即采用桩网新工法（PTC管桩）复合路基进行设计施工。

桩网法（PTC管桩）的设计与施工应用的合理性关系到整个软基工程的质量，所谓“失之毫厘，谬以千里”，因此，设计、施工中应强调各个环节的严谨与规范。比如，某工程项目也采用了桩网法（PTC管桩），但由于设计上考虑不周全，造成软基处理存在一些缺陷。其主要设计意图是各桩帽与管桩组合单桩竖向受力，各桩帽是单独布设，在软基处理范围中覆盖率小，且桩间土强度低，桩帽以上未考虑采用土工格栅材料复合加筋路基填筑，再累加施工阶段各道工序质量控制与技术规范存在各种偏差因素，使软基公路不均匀沉降、偏移、路基边坡、路面开裂等现象明显。本项目吸取了这一教训，综合优化了以上不理想的因素，本着精益求精的设计原则，对该软基段结构设计采取了如下对策：其一，加大了单桩桩帽在软基处理范围的覆盖率，把各管桩砼桩帽纵横对应相向连接，形成了钢筋砼整体连梁，提高了管桩整体分布受力及结构稳定性。其二，桩帽以上按不同强度的填料填筑路堤，不同层次上增加土工格栅加筋路基整体强度，大大消除了路堤分层加载填筑管桩持荷后的变形影响。

专家对本项目工程的桩网法（PTC管桩）设计方案的技术经济合理性组织了论证，尤其对以上两项结构设计的改进进行了评估，经过严谨的论证给予了认同，随后经业主单位批准，设计方案按相关流程得以实施。

2 本路段桩网法（PTC管桩）复合路基设计图示如下

3 桩网法（PTC管桩）设计复合路基所需主要材料如下

预应力砼管桩规格型号C60-PTC-500，壁厚6.5cm，管径50cm，离心砼强度为C60，管桩打设桩尖应带靴，桩身结构坚向抗压荷载设计值通过单桩竖向抗压载荷试验确定为1820KN。

钢筋：HPB235、HRB335，用于管桩顶桩心砼及桩帽砼。

桩顶内圆钢托板：规格型号为5mm厚，直径35cm。

普通硅酸盐水泥：强度等级32.5级

双向拉伸聚丙烯土工格栅：规格型号为抗拉强度不小于40KN/m。

级配碎石：粒径0.5-4.0cm，用于桩帽以上垫层。

中粗砂：用于夯填整体桩帽砼连梁网格内。

路堤填土：沿线路堑挖方段软、硬土利用方，用于垫层以上路堤填筑。

4 桩网法（PTC管桩）复合路基填筑施工流程如下

测量放样→场地清理→打设管桩→试验检测→制做桩顶、桩帽砼连梁→桩帽连梁网格内夯填整平砂→铺设碎石垫层→铺设（第1层）土工格栅→铺设碎石垫层→铺设（第2层）土工格栅→铺设碎石垫层→铺设（第3层）土工格栅→路基填筑每3层压实层铺设1层土工格栅→反压护道→路基填筑每5层压实层铺设1层土工格栅至下路床→路床填筑→路面工程。

5 桩网法（PTC管桩）复合路基填筑主要施工工法如下

预应力砼PTC管桩采用静压沉桩法，在A10区处理段（包括马屿大桥0#桥台台前软基，不包括0#桥台桩基平面作业预留区）横断面全宽及两侧路堤坡脚各宽4m范围内打设PTC管桩，管桩纵横向间距按等宽2m正方型布置，打设深度为穿透淤泥并下卧不少于1倍D以上。

施打PTC管桩过程中应做好压桩前主要设备各项检查，及时发现问题及时调整，确保机械性能达到正常安全要求后才可进行操作，压桩同时控制好压桩持荷速度，时刻注意观察桩侧间软土是否有隆起、断桩等异常状况，如遇到桩身突然发生倾斜、移位、或桩顶桩身开裂变形等现象，应立即停止压桩作业，查明原因，采取措施后方可继续施工。

从沉桩开始时起，应严格控制第一节管桩压入地面时的垂直度偏差不得超过桩长0.5%，严禁采用顶、拉桩头或桩身办法纠偏，以防桩身开裂并增加桩身附加弯矩。送桩器与桩身应在同一中轴线上，上下节桩拼接时，应采用端板焊接连接或机械快速连接头连接，连接处的强度不应低于管桩桩身强度，接桩时其入土部分管桩的桩头应高出地面05～1.0m。

管桩打设后应按技术规范质量检验要求进行预压试桩，检测是否符合桩身结构单桩坚向承载力设计值要求。

各管桩桩心与桩帽砼设计强度均为C40，砼桩帽厚度为30cm，钢筋净保护层厚度宜取0.5cm。各桩帽砼连梁待常规养护后整体强度达到设计值75%以上，桩帽间网格内按要求分层夯填密实中粗砂至桩帽顶高程。

桩帽顶以上共设3层填筑碎石加筋垫层，垫层每20cm厚各加设一层双向土工格栅，同一层土工格栅铺设层间搭接重叠宽度不小于30cm，每层两边宽度应比垫层超宽2m并向上回折平整，同时注意防控土工格栅挪变性，桩帽顶以上0.6m范围内采用人工分层铺设整平碎石垫层，桩帽顶以上填筑1m范围内严禁采用大型机械设备进行碾压作业，宜采用小型设备静压密实。

0#桥台桩基作业区待软基管桩处理后填筑阶段可合理进行流水或平行施工，与管桩软基处理区互不干扰影响。

结合周边水文环境影响，K1+580～K1+655段（A10区）与路线A07-A09区软基段坡脚两侧统一增设了尺寸为（宽4m×高2.5m）的反压护道，待主体软基桩帽顶以上碎石加筋垫层填筑完成后，反压护道即可同步分层填筑，分层填筑压实度标准不小于90%。迎潮面边坡坡面以片石护砌，防止长期受潮水冲刷影响路堤稳定。

K1+580～K1+655段（A10区）与（A01-A09区）软基段遵循原设计统一布设沉降与水平位移监控点，定期进行观测分析成果。

6 结语

通过以上（PTC）刚性管桩和土工格栅所形成的桩网法复合软基公路的设计及应用，业主的要求工期得到了保障，路段的前后衔接平顺无异常，此外，施工阶段及工后6-12个月定期对软基沉降和水平位移的监控量测数据也表明路基稳定性及工后沉降均满足设计和施工技术规范要求。综上所述，桩网法（PTC管桩）可因地制宜广泛适用于交通建设深厚软基的加固处理工程，特别是降低软基安全风险及提高软基工程质量具有突出的作用。

 

-全文完-