预应力管桩在桥头地基处理中的应用研究

刘云龙 邹淑国 董建勋

(青岛市市政工程设计研究院有限责任公司，山东 青岛 266061)



预应力管桩在桥头地基处理中的应用研究

刘云龙 邹淑国 董建勋

(青岛市市政工程设计研究院有限责任公司，山东 青岛 266061)

以山东省某高等级公路为例，研究了预应力管桩处理桥头地基施工方法，确定了预应力管桩处理桥头路基段施工工序及原材料性能要求，通过运用Plaxis8.5有限元模拟，进一步验证了处理方案的可行性，试验段长期应用显示：桥头回填段运营期过渡段最大工后沉降为2.0 cm，位于变桩长区域过渡段差异沉降为0.05%，台背回填段未出现桥头跳车现象。

地基处理，预应力管桩，有限元分析，土工格栅

桥头跳车是公路工程中比较常见的质量通病。国内外常见的回填桥头路基段的材料包括轻质粉煤灰、砂砾材料、EPS轻质混凝土、陶粒混凝土、泡沫混凝土等，常见的地基处理技术包括压密注浆法、反开挖法、浅层处理、强夯处理等方法，无论采用何种方法，只要过渡段出现明显的不均匀沉降现象，均会发生桥头跳车。

1 工程概况

该拓宽工程起点位于胶州湾高速公路海泊河收费站，终点位于规划丰海路，全长14.1 km，拓宽后线路由现在的双向四车道拓宽为双向八车道，宽度为现道路向两侧各拓宽8.5 m。沿线共有5处跨河桥，分别为湖岛河桥、李村河桥、板桥坊河桥、楼山河桥、滨海路桥；另设有3处地道桥，分别为德顺北路地道、丰海路地道、双埠村地道。

2 地基处理方案

2.1 地质概况

该公路经过的路段为滨海滩涂区域，大部分路段经历过人工回填的情况，地基压缩性差异较大，对公路的稳定性影响较大。沿线地基上层结构以淤泥质粉质粘土～粉质粘土分布为主。

2.2 处理方案

对于该公路桥头路堤段，为避免运营期出现桥头跳车情况，经多方专家论证，最终采用预应力管桩处理方法对桥头段进行处理。过渡段采用预应力管桩处理方案为：预应力混凝土管桩适用于桥头路段51 m范围内地基补强处治。预应力混凝土管桩平面布置形式为正方形，间距为3 m，预应力桩为PHC-A300-70桩，按正方形布置，桩之间的间距为3.0 m，施工时根据打桩要求制定合理的打桩顺序。对于现状道路挡墙结构，新建路面结构路床底面以上部分进行拆除。管桩设置距台背2 m实施，处治长度为桥头段51 m，均为基底管桩。

2.3 施工方法

实施管桩时，首先对原地表进行清表处理，冲击碾压压实，然后进行管桩施工，桩顶标高低于处理地表0.3 m，准确定位之后实施基底管桩。每个管桩桩顶设置桩帽，桩帽尺寸为1.40 m×1.40 m×0.30 m。管桩及桩帽结构完成后，在桩帽顶铺设一层双向土工格栅，然后再铺设30 cm碎石垫层。临近桥头15 m范围内桩长设计比35 m范围内桩长设计长2 m。管桩桩尖采用十字形桩尖，施工前必须进行成桩试验。路基填筑材料采用密实性碎石土，要求大于38 mm颗粒含量30%～50%，含土量不大于10%。路基底0.8 m以内最大粒径不大于100 mm，路基底0.8 m以外最大粒径不大于150 mm。

3 方案可行性分析

3.1 有限元分析

为了模拟桥头回填段后期沉降过程，对于地基处理段采用Plaxis8.5软件进行分析，对桥头段预应力管桩地基处理方案进行了有限元模拟。计算纵断面桥头过渡段长51.0 m，普通路段长30.0 m，地下水位1.30 m，桥头过渡段临近桥头15 m范围内桩长14 m，剩余36 m范围内桩长12 m，运营荷载按20 kPa计，见图1。拓宽工程工序分为成桩施工、路基施工、路面结构施工。路基填筑施工桥台处3.00 m，一般路段换填1.50 m，路面结构填筑高度0.86 m，整个施工期6个月；而后为运营期。施工阶段采用固结分析，运营期为研究最终沉降和工后沉降，采用塑性分析。有限元分析主要包含五个步骤：第一步为回填段固结阶段，然后进行预应力桩的施工，施工完成后进行路基处理，下一步为路面施工阶段，最后为运营期的评价分析。

3.2 计算结果分析

施工完成后沉降分布见图2。最大沉降为5.5 cm，位于桥头过渡段36 m处理段，近桥头段，这是由于过渡段36 m范围内桩长12 m，桩端位于淤泥质粉质粘土层，持力层较差，沉降较大，桥头过渡段15 m范围内桩长14 m，桩端位于粉质粘土层，持力层较好，沉降较小，因此在桩长突变附近沉降较大。过渡段差异沉降为0.1%，表明采用变桩长处理桥头过渡段能够很好的控制过渡段的差异沉降。过渡段与一般路段搭接处沉降3.2 cm。

土工格栅受力情况见图3，土工格栅受力呈现为变桩长段大，最大值为11.6 kN/m，两端延伸逐渐减小的规律，表明土工格栅起到了调节过渡段差异沉降的作用。运营期沉降分布见图4，由于采用了变桩长加土工格栅处理，桥头过渡段沉降差较为缓和，没有出现明显的沉降台阶，同时变桩长局部范围进一步扩散，没有形成明显的沉降区域，这主要是由于土工格栅对差异沉降的调节作用。

4 结语

该高等级公路桥头回填段运营期过渡段最大工后沉降为2.0 cm，位于变桩长区域，过渡段差异沉降为0.05%。过渡段与一般路段搭接处工后沉降最大为3.8 cm，台背回填段整体运营良好。

[1]JTGT D31—02—2013，公路软土地基路堤设计与施工技术细则.

[2]温高峰.高等级公路桥头台背路基回填处理研究.公路交通科技,2004(6)：14-15.

[3]姜 利，董建勋.煤矸石在高速公路桥涵背回填中的应用研究.公路,2012(9)：49-50.

[4]高燕希.台背回填受力和变形的ANSYS数值模拟及分析.公路与汽运,2008(11)：31-32.

[5]胡跃军，谈至明.宁波地区公路桥头引道的不均匀沉降规律.公路，2003(12)：58-59.

The application research of pre-stressed pipe pile in bridgehead foundation treatment

Liu Yunlong Zou Shuguo Dong Jianxun

(QingdaoMunicipalEngineeringDesignInstituteLimitedLiabilityCompany,Qingdao266061,China)

Taking the Shandong high grade highway as an example, this paper researched the construction method of pre-stressed pipe pile treatment of bridgehead foundation, determined the construction process and raw material properties requirements of pre-stressed pipe pile treatment of bridgehead roadbed section, through the use of Plaxis8.5 finite element simulation, further validated the feasibility of treatment scheme, the test section long term application showed: the bridgehead backfill section and operation transition section max post-construction was 2.0 cm, the differential settlement located in variable pile long transition regionwas 0.05%, the abutment backfill section did not appear bridgehead vehicle jump.

foundation treatment, pre-stressed pipe pile, finite element analysis, geotechnical grille

1009-6825(2015)18-0144-02

2015-04-14

刘云龙(1982- )，男，工程师； 邹淑国(1983- )，男，硕士，工程师； 董建勋(1985- )，男，硕士，助理工程师

U418

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