现浇混凝土大直径管桩（FCC桩）在海口市滨江西路防治桥头跳车软基处理设计中的应用

周俊华

（北京市市政工程设计研究总院海南分院，海南 海口 570100）

1 工程概况

海口市滨江西路在海口市城市道路交通中，起着非常重要的作用，它对于有效分流美兰机场至主城区交通量，缓解现有主城区海府路及龙昆南路交通压力，改善海口市交通条件具有重要意义，同时该工程是一项兼具防洪、排水、公园的标志性工程。项目北起长堤路与白龙路交叉路口，向南沿南渡江经国兴大道、琼州大桥、海瑞大桥，南至美兰区南渡江大桥，全长12.5 km，主路设计行车速度50 km/h，主路双向四车道，红线宽度一般路段60 m。K6+375处设置个钱渡桥，该桥水系为海口市市区流往南渡江的支流，桥梁总长42 m，采用钢筋混凝土连续梁的结构形式。

2 工程地质情况

海口市滨江西路位于南渡江西侧，为南渡江河口冲级地带，且地势低洼，软弱地质情况极为复杂。在个钱渡桥水系两侧除表层杂填土及粘土硬壳层外，下层软弱土厚度深达13.5 m，且有含水量大、孔隙比高、低密度、高压缩性、低透水性的特点，该类土压缩沉降量大，排水固结缓慢，地基稳定性差。由于本地段为南渡江入海口，受海洋生物的影响，除具备南方地区一般软弱地质情况特点外，土质还还有大量贝壳类腐殖质。主要物理力学性质指标见表1。

表1 软弱地质主要物理力学性质指标表

3 桥头跳车的危害及软基处理技术[1-7]

3.1 桥头跳车的危害

桥头跳车是道路交通中普遍存在的问题，桥头跳车是桥梁与路基交界处由于桥头与路堤的沉降差异，导致桥头高差，使车辆通过时产生跳跃和冲击，从而对桥涵和路面造成附加的冲击荷载，桥头跳车严重影响行车安全，加速桥梁及路面的病害，对道路桥梁的运行影响极大，尤其在一些软土地基和高路基的地方跳车更为严重，给行车带来了很大隐患，严重的跳车现象导致车辆失控易造成交通事故的产生。桥头跳车问题已成为高等级公路的工程质量和造价的重要影响因素。

3.2 桥头软基处理技术

桥头跳车产生的根本原因是桥梁与道路间的沉降差，采取措施的目的是减少其间沉降差，使其在设计速度下满足运行期要求。对桥头软弱地基进行加固处理是减少沉降差的有效办法，且须在施工期内完成，降低或缩短运行期沉降（工后沉降），采取经济合理、快速有效的软土处理技术是工程界的关注难题，目前主要采用搅拌桩、塑料排水板、袋装砂井、碎石桩、真空预压、预制管桩、水泥粉煤灰碎石桩、灌注桩、降低路堤荷载、超载预压、换填路堤填料、增设桥头搭板等方法，以上方法往往在处理深度、施工条件、处理费用、处理时间等方面难于满足工程的需要。

近年来复合地基技术在我国工程建设中的推广应用已得到了很大的发展。随着水泥土搅拌桩加固技术在工程中的应用，发展了水泥土桩复合地基的概念。水泥土桩复合地基的应用促进了柔性桩复合地基理论的发展。随着低强度混凝土桩、CFG桩复合地基等新技术的应用，形成了刚性桩复合地基的概念，刚性桩复合地基由于其刚性特点，与桥梁刚性结构相一致，可以有效解决桥梁与路基交界处的沉降差，从而避免桥头跳车的不良影响。

4 个钱渡桥桥头处理方案的选择

为了确保工程质量及工程工期，避免桥头跳车的产生，控制桥梁与道路间的沉降差，结合施工条件、施工能力、本地区成熟经验，共提出三个方案供比选：

（1）现浇混凝土大直径管桩（FCC桩）：设计桩径1 000㎜，桩端置于中砂层以下1 m，壁厚120㎜，设计平均桩长14.8 m，桩距3.5 m，共712根桩，总投资约1 350万元。

（2）预制混凝土管桩（PHC桩）：设计桩径500mm，桩端置于中砂层以下3m，设计平均桩长17m，桩距2.2 m，共1 135根桩，总投资1 857万元。

（3）深层搅拌桩：桩径500 mm，桩端置于中砂层，设计平均桩长13.8 m，桩距1.2 m，共有2 212根桩，概算总投资1 450万元。

经过比选及多方论证，得出如下结论：深层搅拌桩在海南地区利用较多，为柔性复合地基，根据经验，桩长超过10 m，质量就不易控制，成桩质量差，且根据地质报告，软弱土层中含有大量贝壳类海洋腐殖质，该腐殖质极大地降低了深层搅拌桩水泥水化反应的进行，导致固结困难，进而影响成桩质量，海南沿海地区也有此类失败工程教训，故此方案不宜采用；预制混凝土管桩（PHC桩）在工厂预制，运输到现场，再用锤击打入，一般超过12 m需要焊接延伸桩长，由于采用焊接方式，连接质量不容易控制，挤土效应大，容易造成相邻桩倾斜或断桩，且本施工现场复杂，作业面及进场运输难度大，施工作业对周边居民有负面影响，且投资较大，故此方案不宜采用。

考虑到现浇混凝土大直径管桩（FCC桩）复合地基技术已在我国部分省市推广的应用，取得了良好的社会效益和经济效益，刚性桩复合地基更有利于解决桥梁与路基交界处的沉降差，且有造价优势。由于施工图阶段承包商已经落实，该承包商具有该施工经验，因此决定尝试现浇混凝土大直径管桩（FCC桩）复合地基方案，见表2。

5 现浇混凝土大直径管桩（FCC桩）工作原理

现浇混凝土大直径管桩（FCC桩）技术在设备底盘和龙门支架的支撑下，依靠上部振动头的振动力，将双层钢质套管组成的空腔结构及焊接成一体的下部活瓣桩靴沉入预定的设计深度，形成地基中空的环形域，在腔体内均匀灌注混凝土，之后振动拔管，灌注于内管中土体与外部的土体之间便形成混凝土管桩。成模造浆器在沉桩和拔桩过程中，通过压入润滑泥浆保证套管顺利工作。活瓣桩靴在管桩打入时闭合，在拔桩时自动分开。该技术吸收了预应力管桩、振动沉管桩和振动沉模薄壁防渗墙等技术的优点，施工工艺简单，可操作性强，是一种适合于软土地区的新型高效优质桩型。

6 工程设计及计算

6.1 工程设计要点

（1）设计桩径1 000 mm，桩端置于中砂层以下1 m，壁厚120 mm，设计平均桩长14.8 m，桩距3.5 m，梅花形布置；

（2）混凝土强度等级C20，混凝土的粗骨料粒径小于25 mm，混凝土凝固后，将桩顶部中间挖去50 cm，土体桩顶封口材料采用与桩身强度等级相同的混凝土；

表2 FCC桩、PHC桩与深层搅拌桩

（3）桩顶设计高程位于路床小50 cm，其间设置级配砂石垫层，最大垫层粒径不大于50 mm。垫层每30 cm设置土工格栅，土工格栅抗拉强度不小于50 kN/m，延伸率应小于10%。

FCC桩布置示意见图1。

图1 FCC桩布置示意图

6.2 复合地基计算

根据规范确定的计算公式，本工程计算结果为：

（1）单桩承载力计算：Ra=190.05 kN；

（2）桩身强度验算：经计算桩身强度为191.18 kN＞190.05 kN，桩身强度满足要求；

（3）复合地基承载力计算：经计算复合地基承载力为126.47 kPa，满足地基承载力要求；

（4）复合地基沉降计算：经计算复合地基沉降为沉降为3.54 cm。由于为刚性桩，桩间土的工后沉降主要发生于路堤填筑阶段并在桩土荷载调整分担过程中很快趋于稳定，后期沉降极小，该沉降满足规范要求。

7 结 语

现浇混凝土大直径管桩（FCC桩）技术吸收了预应力管桩、振动沉管桩和等技术的优点，施工工艺简单，可操作性强，节能环保，挤土效应小，工程投资较小，是一种适合于海南软土地区的新型高效优质的软基处理技术，由于它具有刚性桩的特点，与桥梁刚性结构相一致，可以有效解决桥梁与路基交界处的沉降差，从而避免桥头跳车的不良影响。海口市滨江西路作为海口市的主要交通干道已运行数年，个钱渡桥梁未出现桥头跳车现象，运行效果良好，该技术在海南软土地区具有较大的推广应用价值。