管桩在上海中环线浦东段软土地基处理中的应用

2015-11-07潘秀球

城市道桥与防洪 2015年5期

关键词：桩帽工后标段

潘秀球

（上海城兴市政工程设计有限公司，上海市200235）

管桩在上海中环线浦东段软土地基处理中的应用

潘秀球

（上海城兴市政工程设计有限公司，上海市200235）

管桩处理道路软土地基日趋广泛，它通过减少总沉降量来控制工后沉降，特别是在填土高度较大的桥头路段，可以有效控制工后沉降，避免桥头因不均匀沉降而产生明显的桥头跳车现象。介绍管桩的特点及其加固机理，并以管桩在上海中环线浦东段软土地基处理中的应用为实例，介绍其设计标准、处理方案比选及施工质量的控制和检验。

管桩；软土地基处理；工后沉降

0　引言

管桩广泛应用于工业民用建筑领域的地基加固，并取得了丰富的成果和经验。近几年在高速公路建设中的运用也越来越广泛，尤其是用于东部沿海的高填方桥头深厚软基，有效地控制了工后沉降，但是目前管桩用于城市道路软基处理尚少。本文在此背景下以上海中环线浦东段（军工路越江隧道—高科中路）新建工程3标段为例，浅谈管桩在上海城市道路软土地基处理中的应用。

1　管桩的特点

预应力管桩由桩身、桩尖和桩帽三部分组成，桩身和桩尖预先在工厂按一定的规格制备好，桩帽也配有钢筋，一般在工地现场用混凝土浇筑。施工时，一般用压桩机在工地采用静压的方法把桩压入地基。预应力管桩具有较高的强度，它与桩帽和地基土共同构成复合地基，以提高地基的承载能力，降低沉降量，达到加固地基的目的。

2　管桩的加固机理

管桩地基在填土过程中几乎只产生几个千帕的超静孔隙水压力，表明荷载基本被桩体承担，桩间土承担很小。路堤填土在桩与桩间土之间发生了不等的沉降变形，导致路堤产生土拱效应，从而使桩的高承载能力得以发挥。管桩桩顶设置面积较大的桩帽，在组成复合地基中，桩承担更大的荷载，充分发挥桩的高承载特性。用它处理高填方桥头深厚软土地基的思路是将高填方荷载通过桩体传入深层好的地层上，绕过了上部软弱土，避免产生过大的软土压缩量和施工中会出现的路堤稳定问题，加快了施工进度及大大减少了工后沉降量。由于预应力管桩的成本较高，所以原则上处理深度大于15 m的桥头路段以及虽然处理深度小于15 m，但是存在较硬夹层，水泥搅拌桩无法施工的路段。

3　管桩在上海中环线的应用设计

上海中环线浦东段（军工路越江隧道—高科中路）新建工程位于上海市浦东新区，是上海市城市中环线的组成部分，工程范围内线路全长9.44 km。工程共分5个设计标段，该标段为设计3标。该标段分为高架和地面道路，其中高架按城市快速路标准设计，双向8 车道规模，设计速度为80 km/h；地面道路按城市主干路标准设计，为双向6车道规模，设计速度为50 km/h。

3.1地质概况

上海中环线浦东段（军工路越江隧道—高科中路）新建工程3标位于长江三角洲入海口东南前缘，该项目横穿楔形绿地，属滨海平原地貌，拟建场地内主要为民宅、厂房和农田等，横穿大小多条明浜，地势相对平缓。

软土为沿线的主要不良地质体，其岩性以淤泥质粉质黏土及淤泥质黏土为主，局部为淤泥，软塑-流塑状，具有天然含水量大、高压缩性、土的力学强度低等特点，工程性质极差，易产生侧向滑移、不均匀沉降及蠕变等工程地质病害，对路基及构筑物的稳定性影响较大。沿线地层主要为第①1层填土，第②层褐黄～灰黄色粉质黏土，第③层灰色淤泥质粉质黏土，第④层淤泥质黏土，第⑤1层灰色黏土，第⑤2层灰色砂质粉土。除了第③层、第④层为淤泥质土外，第⑤1层灰色黏土属高含水量，高压缩性，弱渗透性软弱土，地基应处理至第⑤1层底面，因此软弱土层深度不小于24 m。

3.2设计标准

设计年限：路面设计使用年限为15 a。

沉降计算方法：地基沉降量计算采用分层总合法，主固结沉降量采用e-p曲线计算，总沉降量计算采用沉降系数修正法，地基沉降系数取值参照了本地区及国内软土地区的具体工程实例，沉降系数Ms取值范围为1.1～1.7。

容许工后沉降：一般路段为25 cm，涵洞及箱型通道处为20 cm，路堤与大、中、小桥毗邻处为10 cm。

处理原则：根据该工程路基填土高度、土质特性等资料，通过地基沉降计算得到该工程范围路基填高与沉降之间的关系图（见图1）。

图1　路基沉降-填土高度关系图

根据路基沉降与填土高度关系图，可以得出以下结论：

当路基填高不小于1.30 m时，路基沉降不小于0.10 m；

当路基填高不小于2.95 m时，路基沉降不小于0.20 m；

当路基填高不小于4.75 m时，路基沉降不小于0.25 m。

（1）一般路段软土地基

该标段一般路段主要为低填路基，最大填高在1.5 m左右，根据计算得到路基沉降-填土高度关系曲线，沉降在0.05～0.15 m之间，小于容许工后沉降0.25 m控制标准，因此，该工程一般路段软土地基不做处理。

（2）与涵洞、通道构造物相邻处

该标段有两道箱涵，构造物相邻处最大路基填高均大于3 m，沉降大于0.20 m，大于容许工后沉降0.20 m控制标准。由于路基与涵洞、通道构造物相邻处差异沉降对行车的安全性、舒适性影响较大，为避免过大的差异沉降带来行车安全隐患，该标段两处箱涵以及与构造物相邻处软基进行处理，处理长度取40 m，构造物中线两侧各20 m。

（3）与桥台相邻处

该标段有4座桥，分别为赵家宅桥、张家浜桥、创新河桥、牛桥港桥，台后路基填土高度均大于3.0 m，路基沉降在0.2 m以上，大于容许工后沉降0.10 m的控制标准，因此与桥台相邻路段软土路基必须进行处理，处理范围为台前及桥头路段20～25 m，另外为尽量减少不均匀沉降设置长20～25 m过渡段。

3.3软土地基处理

3.3.1方案比选

根据该项目地质情况提出以下方案进行比选。

（1）排水固结法：是地基在荷载作用下，通过布置竖向排水体，使土中的孔隙水被慢慢排出，孔隙比减小，地基发生固结变形，地基土的强度逐渐增长。排水固结法适用于处理饱和软弱土层。

（2）双向水泥土搅拌桩：在水泥土搅拌桩成桩过程中，由动力系统分别带动安装在同心钻杆上的内、外两组搅拌叶片同时正、反向旋转搅拌的双向水泥土搅拌桩，处理深度不宜超过20 m。

（3）管桩：管桩由桩基、桩尖和桩帽三部分组成，施工时用压桩机在工地采用静压的方法把桩压入地基。

比选结论：该标段位于张家浜楔形绿地内，软弱土层深度不小于24 m，对处理效果要求较高，不采用排水固结法进行处理。双向水泥土搅拌桩处理深度不宜超过20 m，预应力混凝土管桩处理深度可达20 m以上，因此该标段采用管桩进行处理。

3.3.2管桩处理设计

原则上桩体应穿透软弱土层到达强度相对较高的土层（简称硬土层）。对于间隔硬土层在双层以上的软土层，桩体穿过部分层次软土层后，已能满足稳定和变形要求者，可不打穿软土层。该标段沿线土层相对均匀，管桩基本打穿软土层1 m，桩长约25 m，桩间距2.5 m。为了尽量减少不均匀沉降，桥头路段基本上设置了2段过渡段，第2段过渡段桩长打穿第④层淤泥质黏土，桩长约19 m，以尽量减少管桩处理路段与一半路段的不均匀沉降，并通过变桩间距来减少不均匀沉降，过渡段桩间距为2.8 m。涵洞工后沉降要求相对较低，因此涵洞路段间距为2.8 m。管桩在平面上采用正方形布设。

管桩顶应设置桩帽，采用C30钢筋混凝土浇筑，桩帽尺寸应根据桩间距采用，该标段间距2.5 m采用桩帽边长1.2 m，间距2.8 m采用桩帽边长1.4m。管桩桥头、台前设计单桩极限承载力为500 kN。垫层采用碎石垫层，碎石垫层中应铺筑钢塑格栅。

3.3.3管桩施工

（1）静压机就位；

（2）静压第一节桩；

（3）起吊第二节桩；

（4）电焊接桩，并检查焊接质量和垂直度；

（5）静压第二节桩；

（6）重复以上压桩工艺，直至达到设计桩长；

（7）移动桩位，进行下一桩的施工；

（8）一段路段管桩施工结束后，检查整桩质量；

（9）绑扎桩帽钢筋，现浇水泥混凝土并养护；

（10）铺筑碎石垫层，铺筑钢塑格栅。