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軟基公路樁網結構設計的見解及施工應用建筑工程論文
摘 要：沿海深厚軟基上修建公路，往往容易產生路堤失穩或沉降過大等一些問題，這將影響道路的使用安全及社會認同。新型樁網法（PTC管樁）復合路基的設計與應用對深厚軟基處理具有較好的效果，文章結合工程實例對樁網法的設計及應用進行論述。
關鍵詞：軟基公路；樁網法；設計見解；應用
福建省沿海一帶，灘涂軟土地區分布廣泛，這對于交通規劃建設所涉及的軟基工程建設的設計和質量控制來說是一大難題。而軟基公路工程設計及施工質量控制的不好將會導致軟基路堤的失穩或沉降過大等問題，這些將直接影響公路交通的使用安全和行車舒適度及社會認同。不少公路工程深厚軟基處理根據水文地質鉆探勘察所收集的參數及積累經驗多采用袋裝砂井、塑料排水板、高壓旋噴樁、粒料樁、真空聯合堆載預壓等方法設計施工，各有利弊。目前，公路軟基處理新型樁網法（PTC管樁）復合路基的設計應用還比較少。該工法適用于深厚軟基加固工程，它在加快工期建設、環境保護、降低軟基施工難度、操作安全、技術經濟合理、工后質量檢驗上有較好的效果。文章結合工程實例對樁網法的設計及施工應用進行論述。
1 工程概況
某工程項目位于閩東沿海境內，線路全長4.896km，路基寬度12m，路面采用瀝青砼，公路設計時速80km/小時，為二級公路設計標準。沿線屬濱海丘陵剝蝕地貌，山體外貌形態低矮平緩，山間無深谷、瀑布等。主要為潮間帶及養殖漁塘區，地形較平坦。又因地域臨海，潮流特征為來復流，落潮流速大于漲潮流速。本項目路線重點工程主要有軟基處理及路基土石方、馬嶼大橋、備灣特大橋、長短腳高邊坡。其中軟基路段K0+000～K1+655長度為1.655km，占線路設計總里程33.8%。原設計分為10個分區（A01-A10區）采用真空聯合堆載預壓處理軟基設計施工工法。此段淤泥深度平均約為39m，淤泥屬有機質泥碳類軟土沉積，土性變化小、天然強度低、透水性小、壓縮性高，具有觸變性和流變性。K1+580～K1+655段主要位于真空聯合堆載預壓A10區，包括后接橋梁馬嶼大橋0#橋臺臺前軟基段，路堤設計填筑高度達7.5m，原設計為先進行真空聯合堆載預壓，后進行橋臺樁基施工。由于建設單位戰略計劃動態調整，要求該工程項目在保證合同工期的前提下壓縮工期提前交工通車，為總體項目大型核心設備進場提供交通條件。隨后，業主、設計、監理、施工單位聯合進行了技術經濟調研，分析認為軟基路段K0+000～K1+580段（A01-A09區）依據原設計不受要求工期影響，只有K1+580～K1+655段（A10區）按原設計的工法不能滿足要求工期。因為原設計采用真空聯合堆載預壓的工法處理軟基，結合監控量測其施工固結時間在技術規范中有嚴格指標要求。因此，必須取消A10區原設計，探究新的設計方法。筆者作為該項目施工現場的設計代表，根據新的要求，結合該項目的各分部分項工程，綜合分析了該地理區域軟基結構形式的設計和特殊施工工藝、線長泥厚的現狀及諸多外圍影響因素，提出了新的設計方案，即采用樁網新工法（PTC管樁）復合路基進行設計施工。
樁網法（PTC管樁）的設計與施工應用的合理性關系到整個軟基工程的質量，所謂“失之毫厘，謬以千里”，因此，設計、施工中應強調各個環節的嚴謹與規范。比如，某工程項目也采用了樁網法（PTC管樁），但由于設計上考慮不周全，造成軟基處理存在一些缺陷。其主要設計意圖是各樁帽與管樁組合單樁豎向受力，各樁帽是單獨布設，在軟基處理范圍中覆蓋率小，且樁間土強度低，樁帽以上未考慮采用土工格柵材料復合加筋路基填筑，再累加施工階段各道工序質量控制與技術規范存在各種偏差因素，使軟基公路不均勻沉降、偏移、路基邊坡、路面開裂等現象明顯。本項目吸取了這一教訓，綜合優化了以上不理想的因素，本著精益求精的設計原則，對該軟基段結構設計采取了如下對策：其一，加大了單樁樁帽在軟基處理范圍的覆蓋率，把各管樁砼樁帽縱橫對應相向連接，形成了鋼筋砼整體連梁，提高了管樁整體分布受力及結構穩定性。其二，樁帽以上按不同強度的填料填筑路堤，不同層次上增加土工格柵加筋路基整體強度，大大消除了路堤分層加載填筑管樁持荷后的變形影響。
專家對本項目工程的樁網法（PTC管樁）設計方案的技術經濟合理性組織了論證，尤其對以上兩項結構設計的改進進行了評估，經過嚴謹的論證給予了認同，隨后經業主單位批準，設計方案按相關流程得以實施。
2 本路段樁網法（PTC管樁）復合路基設計圖示如下
3 樁網法（PTC管樁）設計復合路基所需主要材料如下
預應力砼管樁規格型號C60-PTC-500，壁厚6.5cm，管徑50cm，離心砼強度為C60，管樁打設樁尖應帶靴，樁身結構堅向抗壓荷載設計值通過單樁豎向抗壓載荷試驗確定為1820KN。
鋼筋：HPB235、HRB335，用于管樁頂樁心砼及樁帽砼。
樁頂內圓鋼托板：規格型號為5mm厚，直徑35cm。
普通硅酸鹽水泥：強度等級32.5級
雙向拉伸聚丙烯土工格柵：規格型號為抗拉強度不小于40KN/m。
級配碎石：粒徑0.5-4.0cm，用于樁帽以上墊層。
中粗砂：用于夯填整體樁帽砼連梁網格內。
路堤填土：沿線路塹挖方段軟、硬土利用方，用于墊層以上路堤填筑。
4 樁網法（PTC管樁）復合路基填筑施工流程如下
測量放樣→場地清理→打設管樁→試驗檢測→制做樁頂、樁帽砼連梁→樁帽連梁網格內夯填整平砂→鋪設碎石墊層→鋪設（第1層）土工格柵→鋪設碎石墊層→鋪設（第2層）土工格柵→鋪設碎石墊層→鋪設（第3層）土工格柵→路基填筑每3層壓實層鋪設1層土工格柵→反壓護道→路基填筑每5層壓實層鋪設1層土工格柵至下路床→路床填筑→路面工程。
5 樁網法（PTC管樁）復合路基填筑主要施工工法如下
預應力砼PTC管樁采用靜壓沉樁法，在A10區處理段（包括馬嶼大橋0#橋臺臺前軟基，不包括0#橋臺樁基平面作業預留區）橫斷面全寬及兩側路堤坡腳各寬4m范圍內打設PTC管樁，管樁縱橫向間距按等寬2m正方型布置，打設深度為穿透淤泥并下臥不少于1倍D以上。
施打PTC管樁過程中應做好壓樁前主要設備各項檢查，及時發現問題及時調整，確保機械性能達到正常安全要求后才可進行操作，壓樁同時控制好壓樁持荷速度，時刻注意觀察樁側間軟土是否有隆起、斷樁等異常狀況，如遇到樁身突然發生傾斜、移位、或樁頂樁身開裂變形等現象，應立即停止壓樁作業，查明原因，采取措施后方可繼續施工。
從沉樁開始時起，應嚴格控制第一節管樁壓入地面時的垂直度偏差不得超過樁長0.5%，嚴禁采用頂、拉樁頭或樁身辦法糾偏，以防樁身開裂并增加樁身附加彎矩。送樁器與樁身應在同一中軸線上，上下節樁拼接時，應采用端板焊接連接或機械快速連接頭連接，連接處的強度不應低于管樁樁身強度，接樁時其入土部分管樁的樁頭應高出地面05～1.0m。
管樁打設后應按技術規范質量檢驗要求進行預壓試樁，檢測是否符合樁身結構單樁堅向承載力設計值要求。
各管樁樁心與樁帽砼設計強度均為C40，砼樁帽厚度為30cm，鋼筋凈保護層厚度宜取0.5cm。各樁帽砼連梁待常規養護后整體強度達到設計值75%以上，樁帽間網格內按要求分層夯填密實中粗砂至樁帽頂高程。
樁帽頂以上共設3層填筑碎石加筋墊層，墊層每20cm厚各加設一層雙向土工格柵，同一層土工格柵鋪設層間搭接重疊寬度不小于30cm，每層兩邊寬度應比墊層超寬2m并向上回折平整，同時注意防控土工格柵挪變性，樁帽頂以上0.6m范圍內采用人工分層鋪設整平碎石墊層，樁帽頂以上填筑1m范圍內嚴禁采用大型機械設備進行碾壓作業，宜采用小型設備靜壓密實。
0#橋臺樁基作業區待軟基管樁處理后填筑階段可合理進行流水或平行施工，與管樁軟基處理區互不干擾影響。
結合周邊水文環境影響，K1+580～K1+655段（A10區）與路線A07-A09區軟基段坡腳兩側統一增設了尺寸為（寬4m×高2.5m）的反壓護道，待主體軟基樁帽頂以上碎石加筋墊層填筑完成后，反壓護道即可同步分層填筑，分層填筑壓實度標準不小于90%。迎潮面邊坡坡面以片石護砌，防止長期受潮水沖刷影響路堤穩定。
K1+580～K1+655段（A10區）與（A01-A09區）軟基段遵循原設計統一布設沉降與水平位移監控點，定期進行觀測分析成果。
6 結語
通過以上（PTC）剛性管樁和土工格柵所形成的樁網法復合軟基公路的設計及應用，業主的要求工期得到了保障，路段的前后銜接平順無異常，此外，施工階段及工后6-12個月定期對軟基沉降和水平位移的監控量測數據也表明路基穩定性及工后沉降均滿足設計和施工技術規范要求。綜上所述，樁網法（PTC管樁）可因地制宜廣泛適用于交通建設深厚軟基的加固處理工程，特別是降低軟基安全風險及提高軟基工程質量具有突出的作用。
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