带帽组合PC管桩复合地基在江六高速公路中的应用

2015-08-05白兰兰

黑龙江交通科技 2015年1期

白兰兰

(江苏省交通科学研究院股份有限公司)

1 带帽组合PC 管桩复合地基

带帽组合单桩复合地基是指采用预应力混凝土薄壁管桩(PC 管桩)作为地基竖向增强体，同时，考虑到刚性桩本身刚度较大，路堤本身为非完全刚性柔性，为克服单桩桩顶应力过分集中现象和减少桩顶向上刺入垫层量，在桩顶设置桩帽，并通过钢筋笼与之固定在一起，从而形成T 形桩和桩帽下的土体共同承担荷载的复合地基处理方式。带帽组合单桩复合地基是目前公路项目中PC 管桩复合地基最常见的形式。

2 适用条件及优势

随着我国交通运输事业的快速发展，以及人民对公路建设(包括新建和拓宽)认识的逐渐深入，人们越来越重视桥头路基和新旧路基之间的差异沉降控制，PC 管桩以其适应处理土层多、成桩质量好、处理深度深、施工速度快、处理效果好等诸多优势，成为现在公路特殊路基处理的主要方式，尤其是对于深厚软土地基和旧路扩建施工工期紧等项目，具有巨大的经济和时间优势。见表1。

表1 几种常见的深层软基处理方式造价对比表

3 灵岩河桥头PC 管桩复合地基处理

3.1 分析工程特点及软土特征

该工点位于灵岩河桥头路段，按照《公路路基设计规范(JTG D30－2004)》要求，要求工后沉降不超过10 cm，桥头路基填土高度6 m，按照堤填土重度取18 kN/m3，路面结构层厚0.72 m，重度取22 kN/m3，汽车荷载换算为90 cm 等代土柱，利用分层总和法计算天然地基工后沉降为30.7 cm，远远超10 cm 规范要求标准，且路堤填土高度较高，要求路基承载力127 kPa，而浅层填土及软土承载力均不能满足要求，故需进行软基处理。该工点软土底部埋深18.5 m，超过15 m，建议该工点采用PC 管桩进行处理。见表2。

表2 灵岩河东桥头地勘断面

3.2 江苏省省内PC 管桩案例调研及总结

为更好的进行项目设计，先对江苏省高等级公路PC 管桩处理方案进行了调研，具体详见表3。

表3 江苏省高等级公路PC 管桩复合地基处理案例

从表3 可以看出。

(1)C 管桩桩间距一般在2.5～3.5 m。

(2)桩帽材料多采用灰土或碎石垫层+钢塑格栅。(3)进入持力层深度一般均超过2 m。

3.3 桩长及桩间距初步拟定

桩长要求打穿软土至少2 m，软土底部埋深18.5 m，同时保证不出现零碎桩长，故确定起算桩长22 m，根据桥头填土高度6 m，确定初步桩间距3 m。

3.4 承载力及沉降计算

考虑到公路项目主要为了控制沉降，且持力层并非完全刚性岩层，因此PC 管桩可能在某种程度的桩底刺入。因此在项目沉降计算时，加固区沉降采用桩身压缩模量法，刺入沉降采用基桩刺入变形影响系数法，下卧层沉降采用分层总和法。

承载力计算方法:单桩竖向极限承载力按双桥静力触探法分别采用铁道部《静力触探技术规则》和《建筑桩基技术规范》两种不同方法计算，取其中较小者。以上计算结果除以安全系数，即为单桩容许承载力，一般取安全系数K=2。

由于项目为高灵敏度软土，按照所有荷载均有桩承担进行设计，当桩间距为3 m 时，单桩承载力应达到1 143.72 kN((6－0.72+0.9)×18+(0.72×22)×3×3=1 143.72)，计算结果详见表4。

表4 桩间距3 m，桩长21 m 沉降及承载力计算结果

3.5 桩长、桩间距优化调整

从表4 可以看出沉降和承载力均不能满足要求，将桩间距调整至2.5 m，桩长调整至23 m，重新进行承载力和沉降计算，当桩间距为2.5 m 时，单桩承载力应达到795 kN((6－0.72 +0.9)×18 +(0.72 ×22)×2.5 ×2.5 =794.25)，计算结果详见表5。此时承载为651 kN，仍然小于要求承载力，因此继续增加桩长，当桩长调整至27 m 时，承载力为831 kN，满足承载力要求，且此时工后沉降为6.8 cm，也满足规范要求桥头工后沉降小于10 cm 的要求。因此确定该工点的PC 管桩设计桩长27 m，桩间距2.5 m。