桩网复合地基在深圳机场南停机坪中的应用

吴 军

(深圳机场扩建指挥部，广东深圳 518128)

桩网复合地基由水平加筋垫层、桩体、桩帽及桩间地基土共同组成，是一种新的软基处理方法。桩网复合地基主要通过路堤填土中的土拱效应和水平加筋体的拉膜效应将上覆大部分路堤荷载传递到桩上，再由桩传递至下卧持力层，从而减小了路堤的总沉降和差异沉降。由于水平加筋体和桩帽的设置，可增大桩的布置间距，与常见的复合地基相比，桩网复合地基具有良好的经济性[1-3]。二十世纪八十年代初，国内外将桩网复合地基应用于公路、铁路等条带形的地基处理工程中，取得了良好的效果，如沪杭甬高速公路(红垦至沽渚段)拓宽工程[4]、东莞市东部快速路[5]、我国的部分高速铁路[6]，上海 F1 赛车场[7]等。

以往桩网复合地基通过压桩试验来确定桩长，深圳机场南停机坪压桩时发现若采用此法确定桩长，会大大增加工程投资，造成不必要的浪费。该工程首次利用静力触探结果确定桩长，定桩长施工。本文详细介绍了该工程桩长控制方案，以期为同类工程桩长控制提供借鉴。

1 工程概况

拟建的深圳机场南停机坪位于深圳航空公司停机坪南侧，机场飞行区围界的东侧，场地大部分在机场现有围界之外。由于拟建场地地处濒海潮间带，有较厚的海积淤泥层，地质条件差，需要经过软基处理后才能满足上部场道建设的要求。

深圳机场南停机坪扩建工程，地基处理面积20.73万m2，平面图如图1所示。

图1 南停机坪地基处理平面(单位:m)

2 地质条件

根据地质勘察资料，拟建场地岩性自上而下为人工填土(石)层，海相沉积淤泥层、冲洪积粉质黏土层和粉砂层、残积层及下伏基岩。其中主要的软弱土层为填土层、淤泥层。各土层的工程性质指标见表1。

表1 各土层工程性质指标

3 地基处理方案

场地采用桩网复合地基，具体设计如下:

1)预制混凝土管桩采用预应力高强度混凝土管桩(PHC管桩)，桩径 φ300 mm，壁厚70 mm，A 型，混凝土强度采用C80。

2)预制管桩间距2.0 m×2.0 m，正方形布置。

3)桩顶设桩帽，桩帽采用C25混凝土现场浇注，桩帽尺寸为0.8 m×0.8 m×0.25 m。

4)桩帽混凝土达到一定强度之后，铺设一层厚0.25 m的砂至桩帽顶面，然后在桩帽顶部铺设一层双向土工格栅，一层碎石垫层(厚0.25 m)，再在其上填土压实(厚3.0 m)。

5)管桩的单桩承载力标准值不小于450 kN。

本工程桩网复合地基处理断面图如图2所示[8]。

图2 桩网复合地基处理断面

4 桩长控制

4.1 压桩试验控制桩长

正式施工前，施工单位根据自身机械设备条件分别采用锤击法和静压法两种方法沉桩进行工艺试桩，确定桩基施工技术参数。按照规范和设计要求，锤击法沉桩最后1 m锤击数6～8击作为收锤标准，静压法沉桩压桩力为400～600 kN。现场试桩结果显示，达到设计桩长时，锤击数及压桩力均未满足设计要求，每根桩桩长增加约5.0 m，才能满足要求，初步估算工程建设投资约增加1亿元。

经分析，桩身摩阻力主要由下卧黏土层或砂层提供，由于沉桩过快，桩身通过黏土层时，桩周土超静孔隙水压力来不及消散，导致有效应力减小，土对桩身的摩阻力减小，于是沉桩压力或贯入每米锤击数较小。为控制桩长及工程造价，现场决定调整沉桩方式，改为“间歇式”沉桩，沉桩时不再一次性压到底，而是二次或三次沉桩，每次沉桩有一定的间歇期，桩周土超静孔隙水压力消散到一定程度后，才进行下一次沉桩。结果显示，采用“间歇式”沉桩后，锤击数及压桩力明显增加，达到设计桩长时，能够满足设计要求。

4.2 静力触探确定桩长

场地按30 m×30 m的间距布置，进行双桥静力触探，测试各土层侧阻力及端阻力，计算单桩承载力。场地典型地质剖面的静力触探结果如图3所示。

图3 场地静力触探结果

式中:u为桩身周长;fsi为静力触探测定的第i层平均侧阻力;li为第i层土厚度，可由静力触探结果确定;qc为静力触探测定的桩端平均端阻力;Ap为桩端面积;β，α为桩侧阻力、桩端阻力修正系数，可按《复合地基技术规范》(GB/T 50783—2012)取值。

通过计算，设计桩长穿透淤泥层进入下卧层8.0 m，能够满足承载力的要求。

4.3 桩长控制方法

通过以上分析可知，采用传统的压桩试验确定桩长会大大增加工程的投资，因此本工程决定采用静力触探确定桩长，定桩长施工。具体步骤:①按30 m×30 m的间距布置，进行双桥静力触探;②采用静力触探结果计算桩长;③按计算桩长试沉桩，间歇式沉桩;④在每个30 m×30 m的方格网内按计算桩长施工。

单桩竖向极限承载力标准值Quk

5 监测与分析

施工期间在桩顶和桩间埋设了沉降板和孔隙水压力计，观测桩顶、桩间土的沉降以及桩间土的孔隙水压力。观测仪器的平面布置示意如图4。

图4 观测仪器平面布置示意(单位:cm)

桩顶和桩间土沉降随桩顶以上填土高度变化的时程曲线如图5所示。从图5可以看出:①各个点的沉降量均很小，桩顶沉降约为10 mm，桩间土沉降约为30 mm。停机坪场地经复合地基处理后能够满足机场的要求。②初期加载阶段，填土高度在1.25 m左右时，桩间土的沉降已达到18 mm;随着填土高度不断增加，桩间土沉降不断增大，但是沉降的增量却减少，当填土高度达到3.0 m时，桩间土沉降增加了12 mm。③桩土差异沉降随着填土荷载的增大而增大。加载阶段桩土差异沉降发展较快，但很快趋于稳定。填土高度达到2.0 m以上时，差异沉降基本不再发展。④桩顶以上填土完成后，场地基本没有发生沉降。

图5 桩顶及桩间土沉降时程曲线

南停机坪于2009年投入运营，至今已运营4年左右，运营过程中对道面进行了沉降观测，目前未发生沉降，说明采用该法控制桩长是安全、可靠的。

6 结论

1)为节省投资，方便工程管理，深圳机场南停机坪桩网复合地基工程开创性地采用静力触探结果确定桩长，定桩长施工。

2)桩顶、桩间土的沉降在填土加载初期发展较快，当填土高度在1.25 m时，沉降量占总沉降的60%左右。

3)桩顶和桩间土的沉降量有一定的差异，差异沉降随着填土荷载的增大而增大。当填土高度达到2.0 m后，差异沉降达到20 mm，且不再随着填土高度的变化而发展。

4)工程实践证明，采用静力触探控制桩长的方法安全、可靠。与传统的压桩试验控制桩长的方法相比，静力触探控制桩长的方法更加经济、合理，建议在同类工程中推广应用。

[1]强小俊.桩承地基路堤荷载传递机理的研究[D].北京:中国铁道科学研究院，2009.

[2]杨龙才，王炳龙，赵国堂，等.CFG桩网复合地基沉降计算方法研究[J].铁道建筑，2009(7):19-23.

[3]仇志明.桩网复合地基在兰新第二双线铁路软土路基中的应用[J].铁道建筑，2013(12):95-97.

[4]桂炎德，徐立新.沪杭甬高速公路(红垦至沽渚段)拓宽工程设计方法[J].华东公路，2001(6):3-6.

[5]中国铁道科学研究院深圳研究设计院.东莞市东部快速路软基监测方案[Z].深圳:中国铁道科学研究院深圳研究设计院，2003.

[6]牛建东.高速铁路桩—网复合地基性状及设计方法研究[D].长沙:中南大学，2006.

[7]姚红英.复合桩基处理在上海F1赛车场软土路基的实践浅谈[J].上海公路，2004(1):15-21.

[8]中国铁道科学研究院深圳研究设计院.深圳机场南停机坪扩建工程地基处理施工图设计[Z].深圳:中国铁道科学研究院深圳研究设计院，2007.