探讨静压PHC管桩在岩溶复合地基中的应用

2021-06-22何正勇

中华建设 2021年6期

何正勇

本文以某岩溶地区高速公路建设为工程实例，对PHC管桩加固软土地基形成复合地基的应用效果进行探究，首先确定了岩溶地区复合地基设计标准，然后计算出复合地基单桩承载力、复合地基稳定性，最后开展PHC管桩试桩静载试验保证PHC管桩形成的复合地基符合工程质量要求。

一、研究背景

岩溶地区主要分布在我国西南地区，主要是由于石灰岩和地表水、地下水相互作用，岩层发生溶蚀作用，最终形成溶沟、溶洞、溶槽、暗河等岩溶现象。岩溶地区的软弱土层具有地貌复杂、生态环境脆弱、压缩变形大、地质土层承载力低，在此地区进行工程建设稳定性较差，容易发生地质沉降，对工程质量影响较大，所以在施工时需要进行软土地基处理。本文以某岩溶地区高速公路建设为工程实例，对PHC管桩形成复合地质的应用效果进行探究，为同类工程提供一定参考。

二、工程介绍

某高速公路建设需要穿过岩溶地区，该地区属于北江二级阶地貌，经地质勘测发现，该地貌自下向上地层特点分别为泥盆系天子岭组微风化灰岩层、砾砂层、粉质黏土层、第四系更新统冲洪积层黏土层、第四系冲洪积层粉质黏土层、第四系人工堆积层。其中第四系冲洪积层粉质黏土层、第四系更新统冲洪积层黏土层、粉质黏土层为PHC管桩复合地基主要压缩层。

三、岩溶地区复合地基设计

1.设计方案

此岩溶地区高速公路建设需要考虑多方面因素，例如：施工工艺、工程造价、施工工期、施工设备、对周围环境影响等。由于本工程工期较短，综合上述影响因素技术人员提出采用CFG桩或PHC管桩加固施工区域软土地基，比较CFG桩、PHC管桩加固方案，PHC管桩单桩承载力高于CFG桩，且形成复合地基质量稳定，不容易出现缩孔、塌孔等问题，所以综合来看，本工程软土地基加固采用PHC管桩。

2.基本参数设定

（1）桩距：PHC管桩桩距需要根据软土地基性质、桩体承载力及复合地基填土荷载等因素确定，桩距越大对PHC管桩单桩承载力要求越高，而桩距越小，PHC管桩的挤土效应越明显，对桩间土超孔隙水压力消散影响较大，结合上述影响因素，本工程根据地基承载力和地基上部荷载分区、分段调整桩距，桩距具体设定为2.0～2.6m。

（2）桩径：PHC管桩桩径选择受力学参数影响，根据以往经验，高速公路建设软土地基加固一般选择φ300mm或φ400mmPHC管桩，但φ300mmPHC管桩容易发生断桩，综合考虑本工程填土荷载7～11m，上部荷载较大，所以综合考虑采用φ400mmPHC管桩，呈正方形布置方式。

（3）桩长：由于该工程位于岩溶地区，该地区灰岩以微风化为主，PHC管桩加固软土地基摩擦力较大，所以PHC管桩桩长确定需要根据JGJ 94－2008《建筑桩基技术规范》中摩擦桩桩长计算，即：

式中：u—表示桩身周处；

qsik—表示桩侧第i层土的极限侧阻力标准值；

li—表示桩周土第i层土的厚度；

qpk—表示桩侧第i层土的极限端阻力标准值；

Ap—表示桩端面积。

（4）桩帽：桩帽的设定可以有效提到单桩荷载，保证复合地基质量，所以本工程综合考虑要设置桩帽。为降低工程对土工合成材料的依赖，桩帽的抗弯、抗冲切计算根据GDJTGT E01－2011《广东省公路软土地基设计与施工技术规定》计算，即：

式中：M—表示桩边缘处截面的弯矩；

ζ—表示修正系数；

H1—表示桩帽顶面以下填土厚度；

a—表示方桩边长，圆桩时a值为0.886d（d表示直径）。

3.垫层设计

垫层是PHC管桩加固软土地基的重要条件，软土地基加固时采用垫层能保证PHC管桩和土体共同承担荷载，防止管桩和土体受力不均匀，保证复合地基结构稳定。设置垫层能够充分发挥桩间土的承载力，荷载作用在桩间土体时，桩侧的土体会产生竖向和水平方向的附加应力，水平方向的附加应力同时作用在桩体上可以增加桩体侧阻力，提高桩体的稳定性，不同的垫层厚度，桩土荷载分担比不同，可以根据工程要求进行调整。本工程垫层选择级配较好的砂砾、碎石等，垫层厚度大于0.3m。另外为了减小桩顶水平力，需要在桩顶进行加筋，防止土体向外侧滑移，提高土体稳定性。本工程在碎石垫层顶部和底部各铺设一层双向土工格栅加筋。

表1 静载试验抽样检查结果

表2 复合地基收锤标准

四、复合地基单桩承载力

本工程按照静载试验确定复合地基的单桩承载力，通过开展静载试验不仅可以确定PHC管桩的极限承载力，还能通过各种测试元件测出PHC管桩的桩侧阻力、荷载传递、桩端阻力等数据资料。但是由于荷载试验成本较高，开展难度较大，只能抽样检查。本工程开展静载试验抽样检查结果见表1。

五、复合地基稳定性

复合地基稳定性按照JTG/T D31－02－2013《公路软土地基路堤设计与施工技术细则》中圆弧滑动法验算，其中复合地基内滑动面上的抗剪强度采用桩土复合抗剪强度，即：

式中：m—表示桩土面积置换率；

Ts—表示软基土体的抗剪强度；

Tp—表示桩体的抗剪强度。

六、PHC管桩试桩

通过开展PHC管桩试桩，从而检测地质条件、施工工艺、施工参数等误差，从而保证正常施工后符合工程质量要求。PHC管桩试桩静载试验采用为快速维持荷载分级加载法，使用液压千斤顶逐级加荷，最大试验荷载为2000kN。

收锤标准和管桩承载力、控制条件、贯入度等关系密切，按照工程要求，高速公路工程的收锤标准需要达到桩端持力层和最后三振锤（一振10锤）锤击数作为工程的重要收锤控制标准，工程的贯入度控制值通过试桩静载试验确定，见表2。

通过表2结果可以看出，本工程施工采用三振锤（一振10锤）的贯入度要＜40cm，静载最大试验荷载＜2 000 kN，单桩竖向承载力特征值均≥1 000 kN，符合工程设计要求。为了保证施工质量，同一施工场地应选择一致的单桩承载力特征值，当填土高度不一致时，为保证单桩承载力特征值相同，可以通过调整桩间距调节，对于施工区域地质条件相差较大区域，需要开展分区试桩试验，以保证收锤标准符合工程质量要求。