隋 乾 馬鴻健 董昭君
(1.青島市市政工程設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司,山東 青島 266061; 2.青島市城陽區(qū)公路事業(yè)發(fā)展中心,山東 青島 266109)
預(yù)應(yīng)力管樁有兩種型號:一是先張法預(yù)應(yīng)力混凝土管樁代號為PC,其混凝土強(qiáng)度不得低于C60;二是先張法預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)混凝土管樁代號為PHC,PHC樁的混凝土強(qiáng)度等級不得低于C80。本文主要對PHC管樁在道路工程中的應(yīng)用進(jìn)行詳細(xì)闡述。
當(dāng)軟土路基厚度較小時(shí)(≤4 m),因換填法、強(qiáng)夯、拋石擠淤等路基處理方式具有施工工期短、造價(jià)低等優(yōu)點(diǎn),因此PHC管樁法不具備明顯的優(yōu)勢,但當(dāng)軟基厚度不小于6 m時(shí),采用管樁法能夠充分發(fā)揮其作用,因此常在濱海等軟基較厚時(shí)使用。
對比碎石樁、沙樁等路基處理方法:根據(jù)GB/T 50783—2012復(fù)合地基技術(shù)規(guī)范,采用的是摩擦樁,屬于復(fù)合地基,也能夠滿足道路路基承載力要求,因此也較為合適,但由于工期較緊張,因此在施工工期較短時(shí),依然推薦采用PHC管樁。
為避免道路不均勻沉降,一般PHC管樁聯(lián)合土工格柵進(jìn)行路基處理。根據(jù)JGJ 79—2012建筑地基處理技術(shù)規(guī)范,管樁為樁基礎(chǔ),深入泥巖后能夠達(dá)到路基強(qiáng)度要求,滿足沖擊荷載;采用1.2 m×1.2 m樁帽,并設(shè)置土工格柵及褥墊層,能夠有效保證樁間土的不均勻沉降,從而滿足地基承載力要求。
當(dāng)軟土深度在7 m以內(nèi)時(shí),往往需將管樁打至持力層(入巖深度≥1 m),以作為端承樁使用,并按照貫入度控制其入持力層深度;當(dāng)軟土深度不小于7 m時(shí),一般作為摩擦樁使用,無需打入持力層,但需經(jīng)過計(jì)算確定樁長。無論是端承樁還是摩擦樁,最終管樁需與周邊土形成復(fù)合地基,共同承受荷載,因此檢測時(shí)需滿足復(fù)合地基承載力要求。
1)適用條件:預(yù)應(yīng)力管樁適應(yīng)于設(shè)防烈度在8度以下的軟土路基不小于4 m厚時(shí)使用。道路路基中,因道路路基允許整體沉降,往往選擇直徑較小的管樁,一般選擇直徑為300 mm~500 mm外徑管樁。其編號為管樁類別代號-外徑-型號-壁厚-樁長,例如青島本工程實(shí)例為PHC-300-A-70-L。
2)管樁型號選擇:根據(jù)L14G407預(yù)應(yīng)力混凝土管樁圖集,建議采用型號在AB型以上的管樁:抗震設(shè)防烈度不小于7度、工程地質(zhì)條件較復(fù)雜、設(shè)計(jì)等級為甲級、腐蝕環(huán)境下等,因?yàn)榇藞D集主要針對房屋建筑等,在道路路基中僅供參考,因此建議道路路基仍采用A型300 mm外徑的管樁。
道路路段樁號K0+000~K0+800段,素填土厚約2 m,下層為厚約2 m~6 m的淤泥質(zhì)黏土,底層為強(qiáng)風(fēng)化泥巖。樁號K0+800~K1+800段,素填土厚約2 m,下層為厚約2 m~4 m的淤泥質(zhì)黏土,底層為6 m以上深度的黏土。
結(jié)合地質(zhì)情況,本次實(shí)施全線采用管樁施工工藝,樁號K0+000~K0+800路段按照端承樁控制,樁長4 m~8 m;樁號K0+800~K1+800路段按照摩擦樁控制,樁長按11 m控制逐步加長。
1)樁號K0+000~K0+800段管樁處理施工工藝。
此段道路管樁采用端承樁,根據(jù)JGJ 94—2008建筑樁基技術(shù)規(guī)范中,當(dāng)樁端達(dá)到風(fēng)化巖時(shí),應(yīng)以貫入度控制為主,樁端標(biāo)高為輔,樁的控制貫入度在2 cm/10擊~3 cm/10擊。因地勘報(bào)告按規(guī)范每隔50 m做探孔,地下土質(zhì)可能具有突變性,或按照樁長控制時(shí)未打入巖層一定深度,具體樁長必須通過靜載試驗(yàn)及復(fù)合地基承載力試驗(yàn)檢測。先結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際進(jìn)行試樁,保證控制最后3次10擊在3 cm以內(nèi),以0.5 m數(shù)量級增加樁長。通過試樁及靜載試驗(yàn)滿足后,確定此段道路樁長,并按貫入度控制樁底標(biāo)高進(jìn)行大范圍打樁。局部樁頂過高的需進(jìn)行截樁,使管樁頂面標(biāo)高一致,避免道路路基沉降。
2)樁號K0+800~K1+800段管樁處理施工工藝。
此段道路管樁為摩擦樁,按樁長控制,預(yù)先打入11 m樁進(jìn)行靜載試驗(yàn),試驗(yàn)未通過時(shí),按0.5 m數(shù)量級增加樁長,直至通過靜載試驗(yàn),確定樁長后,大范圍實(shí)施。
3)管樁布置一般采用梅花形布置,間距約2.5 m,不建議采用正方形布置,因梅花形比正方形管樁密度大,相當(dāng)于每10根約增加1根管樁。
4)在已完成管樁的樁位,設(shè)置樁帽,鋪設(shè)土工格柵、30 cm級配碎石+砂礫土找平層,形成20×20 m見方的試驗(yàn)段,進(jìn)行復(fù)合地基承載力檢測,復(fù)合地基承載力須不小于150 kPa。
1)遇到現(xiàn)狀道路采用其他路基處理方式無法采用管樁施工時(shí)(如拋石擠淤工藝,管樁無法打入軟土路基),需結(jié)合現(xiàn)狀取消管樁設(shè)置,另行采用其他路基搭接處理。
2)管樁位于雨水口處的,將雨水口移動(dòng)至無管樁位置。
3)管樁位于檢查井處的,結(jié)合管線位置圖實(shí)際確定管樁長度,使管樁位于檢查井以下。
4)在管樁間的管線施工時(shí),須注意施工安全,防止管樁因周邊土層破壞導(dǎo)致倒塌。
5)對于市政道路,局部位置車行道下存在管線,當(dāng)存在管線時(shí),可結(jié)合具體管線位置布置樁位,設(shè)置管樁平面圖以指導(dǎo)施工,可以在此位置處設(shè)置正方形布置,但間距宜適當(dāng)縮小,以本工程為例,管樁布置間距控制在2 m~3 m之間。若管樁與管線平面及豎向存在沖突,可適當(dāng)調(diào)整管線平面位置,若管線位置不可調(diào)整,應(yīng)保證管線平面及豎向,適當(dāng)調(diào)整管樁平面位置。
6)車行道處管樁布置中心間距大于3 m時(shí),需路面結(jié)構(gòu)層以下?lián)Q填2 m砂礫土。
管樁樁長計(jì)算與軟土路基土質(zhì)的側(cè)阻力及深度有關(guān),主要參考規(guī)范為JGJ 79—2012建筑地基處理技術(shù)規(guī)范。計(jì)算并驗(yàn)收時(shí)需驗(yàn)收單樁豎向承載力及復(fù)合地基承載力,對于道路工程,可不計(jì)算單樁豎向承載力。以本工程為例:
單樁豎向承載力=樁周長×(素填土厚度×樁側(cè)承載力特征值+淤泥厚度+樁側(cè)承載力特征值)+樁端承載力特征值×樁面積。
面積置換率=樁直徑×樁直徑/(1.05×樁間距)/(1.05×樁間距)。
復(fù)合地基承載力=0.9×面積置換率×單樁豎向承載力/樁面積+0.95×(1-面積置換率)×處理后樁間土承載力特征值(按照60 kPa考慮)。
管樁路基處理目前需借助建筑等地基處理規(guī)范進(jìn)行路基計(jì)算,但用于道路路基效果較好,對于較重要的工程效果顯著,具有施工工期快、軟基沉降小等特點(diǎn),但由于投資較高,可進(jìn)行多方案比選,最終選用較合理方案。