预应力管桩及土工材料复合处理在桥台软基中的应用

陈凤英

摘 要：指出了路桥过渡段施工质量的重要性，接着研究分析了过渡段施工过程中可能出现的问题，主要从沉陷、裂缝等方面进行了介绍。最后从选择材料、控制沉降等方面介绍了主要采用的相关施工方法。预应力管桩及土工材料复合路基在保证路桥过渡段施工质量、解决路基的不均匀沉降问题起到关键作用，具有推广价值。

关键词：预应力管桩；土工材料；软基；施工应用

目前，公路为人们的出行带来很大的便利，逐渐成为人们生活中不可缺少的部分，因此，人们对于公路的质量要求也越来越高，尤其是公路路桥的过渡段。对于桥头深厚软基地段处治不到位，或设计不科学常造成桥头跳车等各种问题，影响行车舒适性，并直接威胁行车安全。尤其是在深厚软基中的桥台路基处理更是复杂，所以路桥过渡段的施工是路桥施工过程中的重点，也是难点。下面将介绍公路路桥过渡段施工中遇到的主要问题及采取的主要施工技术措施。

1 工程概况

福永高速项目A2合同段地处淤积平原，广泛分布淤泥层，道路沿线主要为滩涂、田地、池塘、河沟、鱼塘及水沟等，表面为1.5m～2.0m的耕土（粘土）层，其下为淤泥层，厚度为26～50米。该段软土具有天然含水量高、孔隙比大、压缩性搞、透水性差、力学性差等特征。对路基机桥涵基础工程沉降、稳定有较大的影响。

软土路基处理主要控制路基工后沉降和稳定性。设计按照一次性铺筑路面考虑，采用路面完工15年内工后沉降控制。一般路段工后沉降S≤30CM，与涵洞或箱型通道衔接处工后沉降为S≤20CM，与桥台相邻处工后沉降S≤10CM。桥梁基础均采用桩基础，桩基础承载能力大、孔底沉渣厚度要求小于3cm，工后沉降小。若与桥梁相邻部位不采取适当措施处理，将造成较大的沉降差异，产生桥头跳车、沉陷、裂缝等病害。

2 路桥过渡段施工中出现的主要问题

2.1 沉陷问题

公路路桥在使用过程中，在深厚软基路桥中柔性结构的路面和刚性结构的桥面相连接的区域即过渡段，因台后回填的密实度达不到要求或基底沉降等原因可能出现比较严重的沉陷问题。

2.2 裂缝问题

在公路路桥的实际施工过程中，因有些施工人员的技术水平的不高可能造成施工结果不完全符合规范要求，除此之外，一些实际操作和客观环境也给施工结果造成一定的影响。在施工过程中，未能做到相邻的路基与台背填土工程同时进行，在路面上可能会出现一定的裂缝。

2.3 桥头跳车问题

桥头跳车主要是因为灰剂量的设计不能满足相应的施工要求及台背处回填土的压实度不符合要求，而且，结构整体强度较差，造成其在车辆等荷载的长期作用下出现沉陷现象。桥头路堤多数情况下处于天然地基之上，假若在台背回填之前不对其进行彻底的处理，地基将会由于车辆荷载以及填料的长期作用下发生很大的变形，然而桥涵构造物多使用刚性基础，其自身沉降很小，如果在桥头路面的铺筑工程之前路堤土的变形没有基本完成，那么将会出现不均匀沉降的问题，进而造成跳车现象。

针对这一工程中比较难以处理的问题，结合福州琅岐环岛路建设工程软基处理方案，在过渡段采用了变桩长和变桩距的预应力管桩及加设碎石垫层及土工材料复合地基处理技术，使桥头过渡段的沉降差控制在容许范围内，成功地解决了桥头过渡段的工后沉降问题。

3 路桥过渡段采用的主要方案

为确保桥头路段路基稳定剂沉降满足使用要求，设计采用PTC桩复合地基进行软基处理。管桩采用PTC-0400X60预应力管桩，桩身设计强度为C60混凝土，按正方形布置，横向一般路段打至边坡线，桥台路段打至锥坡基础边线，桩间距为2.8m～2.4m，桩长为40～30米，上面布设桩帽。同时回填50cm的级配碎石砂垫层，双向土工格栅放置在级配碎石砂垫层中间。桥头要求从填方基底至路床部分压实度为96%，同时对台后填土与一般填土路基填土之间采用挖台阶过渡，台阶宽度为2m，高度为0.6m，在每层台阶顶铺设双向土工格栅，以增强路基整体强度，减少不均匀沉降。桥梁台后路基处理长度为30米。见图1所示。

预应力混凝土管桩具有质量稳定可靠、单桩承载力大、抗弯性能好、工期短、工后沉降和不均匀沉降较小、施工现场文明等优点。在处理深厚软土地基、充分发挥桩间土的承载力上有独特作用。

针对本工程的具体情况，为解决桥头跳车及减少不均匀沉降问题，在桥头软基过渡段采用了变桩长与变间距的预制管桩复合地基处理技术处理深厚软土层，并通过设置褥垫层及桩帽来保证桩与土共同承担荷载，并对桥梁软基处理末端进行超载预压6个月，希望使过渡段的工后沉降差能满足行车的要求。

4 使用材料及施工要求

4.1 PTC管桩施工

PTC管桩外径为400mm，壁厚为60mm。桩身混凝土强度为C60，桩身外观质量合格无破损、无裂缝现象。

因施工地点距离村庄较近，周围环境对噪音要求较高，所以采用静压法。结合具体工程地质情况，沉桩设备自重与配重合计2400KN，沉桩设备配有加载反力读数系统。

因施工场地地基承载力较小，所以在施工前用宕渣将场地硬化处理，以便满足设备行走的要求。用测量仪器将施工段落的桩位一一放出，并用竹签标示，然后人工将管桩桩尖埋设就位。

管桩调正位置后，启动沉桩机械开始沉桩，并调校管桩垂直度。沉桩过程中注意观察加载反力读数变化是否正常。若发现异常，及时停止沉桩，检查沉桩机械是否平稳或地质是否与地质报告符合等。

采用钢端板焊接法进行接桩，当管桩的上端距离地面1m左右时，即可接桩。接桩前，先将下段桩顶清除干净，加上定位板。然后，把上段桩吊至合适高度，将其放在下段桩端板上，依靠定位板将上下桩段接直。如果接头处有空隙，应采用楔形铁片全部填实焊牢，接口处坡口槽电焊应分层对称进行，焊接时应采取措施减少焊接变形，焊缝应连续饱满（满足二级焊缝），焊后应清除焊渣，检查焊缝饱满程度。单桩接头不宜超过4个，结束后用液压千斤顶式截桩机截桩。

4.2 科学选择级配碎石及砂

路桥过渡段施工过程中所使用的级配碎石级配、碎石粒径以及相关的材料性能应该满足相关规范要求。材料颗粒粒径在22.4mm以上的粗颗粒中要有质量百分率大于等于30%的破碎面颗粒；粒径小于0.02mm的颗粒的质量百分率不得超过3%。选择品质良好的原材料是保证级配碎石整体质量的有效措施，要保证最终混合而成的级配碎石材料的级配、粒径以及相关指标满足规范要求。碎石含量为70%，砂含量为30%。路桥过渡段的级配碎石的粒径级配应满足表1的要求。

碎石贯砂要用压力机进行碾压密实。

4.3 选用合适材料按要求填筑

在进行填筑施工时，要选择使用合适的填筑材料才能够有效地保证工程的施工质量。填筑材料应该满足一下两标准：一是材料中不含有泥土块和有机物质，二是材料配制科学合理且含水量符合要求，在最佳含水量范围内。为了控制填筑材料的含水量，需要在施工之前对材料进行取样，检查其含水量，假如测定的材料的含水量太大，可以添加一定的含水量小的填筑材料进行搅拌，还可以将材料进行晾晒。

施工中应先将桥台和台后过渡段的软基做全断面的复合地基，软基处理后再进行桥梁的桩基施工，桥台与路堤衔接部位同步填筑与碾压，在大型压路机不易施工的边角要用小型设备进行夯实。

施工中还要严格控制填土速率，以保证路基的稳定。严格控制压实度，确保压实度在96%以上。

4.4 土工材料必须符合要求

级配碎石砂加筋垫层土工合成材料采用双向钢塑复合土工格栅，格栅的强度不小于80KN/m，对应的变形率小于3%。铺设时，受力方向应顺路堤横断面方向全幅铺设，横断面方面不能搭接。多层铺设要求上下接缝交替布置，错开50cm。铺设时应保持连续性，不要出现扭曲、褶皱、重叠现象，铺设后要尽快填土，避免暴晒。

5 沉降观测分析

通过埋设的沉降盘数据进行观测，并进行数据的整理，见表2。

根据观测数据可以看出：①随着桩长减小及桩间距的变大，预制砼管桩处理段中的各测点沉降值变大；②堆载预压加固段的沉降远大于预制管桩处理的复合地基段。

通过这种方法处理，管桩及土工材料复合处理路基沉降影响十分显著，可以较为理想的解决了路桥衔接段的问题，协调了路基的不均匀沉降问题，提高了行车舒适性，保证行车安全。

6 结语

预应力薄壁管桩复合处理在解决路基沉降特别是桥头沉降方面具有明显的优越性，生产采用工厂化、工后沉降小，施工方便。可使桥台桩基、预应力混凝土管桩路段和普通排水固结处理路段之间的工后沉降能够平稳过渡，减小桥头路段的沉降差异、效果理想，对改善桥头跳车等问题的起到很好的作用。但其缺点为成本比较高。综合而言，该工艺不失为一种实用的地基处理方法，值得推广应用。

参考文献

[1] 李振奎.路桥过渡段的施工技术分析[J].中国新技术新产品，2013， 04：67.

[2] 南秋彩.探讨公路路桥过渡段施工技术[J].科技传播，2014，13： 167-168.

[3] 冯平刚，吴昌哗.公路路桥过渡段施工技术探讨[J].黑龙江交通科技，2014，11：32+34.

[4] 郑志胜.高速铁路路桥过渡段沉降控制施工技术研究[D].中南大学，2009.