某互通立交軟基加固方法選擇及合理性分析

王世忠

(陽曲縣村鎮建設管理站，山西陽曲 030100)

隨著城市道路橋梁工程項目的不斷增多，軟弱地基處理的方式方法變的越來越重要，軟弱地基處理的好壞，直接關系到工程建設的質量，因此提高軟弱地基處理方法具有重要的價值和意義。

1 工程地質及水文概況

某大型互通立交工程位于快速路與環線道路交匯處。場地地形平緩，場地標高介于785.52 m～789.96 m之間。根據地方志記載，該區為有水湖區，為多年沉降區，40多年來地面已經累計下沉4.1 m，平均每年10 cm。根據進場后開挖的地質探坑和旋挖鉆機鉆孔資料顯示，全區潛水發育，埋深0.5 m～2 m。地基土各層的巖土性狀如下:①層雜填土(Q2ml4):呈雜色，由磚塊、粗砂、碎石等建筑垃圾組成，局部混少量生活垃圾。該層土結構松散，組成雜亂，工程性質差異大，埋深0 m～0.8 m。②層淤泥質粉質粘土、粉砂，流塑，上部含少量有機質，中下部土質相對均勻，σ=40 kPa(實測)，埋深0.8 m～17.4 m。③層粉土:軟塑 ～硬塑，褐色，?；齑罅糠圪|粘土，局部常變相為粉質粘土，埋深17.4 m以下。

2 前期試驗段不同施工方法效果分析

通過前期橋梁試樁發現，立交橋區范圍內原地表以下0.8 m～17.4 m均為流塑淤泥質地層，先后進行6次試樁均未成孔，后經過多次專家論證和試驗，最終采用20 m鋼護筒穿軟弱層，才解決了樁基成孔難題。為解決立交區域道路軟基加固的問題，初步擬訂分階段采用干插1 m，3 m片石和水泥攪拌樁三種加固措施，并在施作試驗段進行驗證。

第一階段在主線墩和匝道墩間的空地干插1 m片石施作了第一段示范段。施工前先揭除原地表的雜填硬殼，再分2次干插片石，每層填筑50 cm，第一層采用挖掘機履帶碾壓，第二層采用22 t振動壓路機碾壓。從碾壓效果看，換填片石后地基仍存在較嚴重的彈簧現場，碾壓前和碾壓中沉降差達20 cm，碾壓過后又恢復到原標高，處理后的地基剛度遠不能滿足規范要求。

第二階段在此區段內繼續以干插3 m片石施作了第二段試驗段。試驗段基槽開挖深度3 m，開挖過程中基坑不能自穩，隨挖隨塌，必須邊開挖邊回填片石保持挖掘機穩定。但拋填的片石很快與槽內泥漿混合為泥石，具流動性，不能自穩。到頂碾壓時仍然表現為彈簧現場，試驗亦不成功。

第三階段施作了水泥攪拌樁加固試驗段，分別采用1 m×1 m，1.2 m ×1.2 m，1.5 m ×1.5 m 樁間距，施工樁長14 m ～18 m。施工過程中通過樁機電流值判斷土層軟弱程度。鉆進過程中顯示0 m～14 m電流數值在80 A，至20 m電流增強到100 A以上，證明土層承載力有所提高。具體復合地基承載力能否達到180 kPa要通過復合地基承載力試驗驗證。但對于此類復雜軟基區域如何能夠有效控制工后沉降尚無法確定。

3 預應力混凝土(PC)管樁加固軟弱地基

近些年PC管樁加固軟土路基的應用在鐵路、公路項目中不斷增多。該種樁型單位承載力造價是各種樁型中較低的，同時能有效控制工后沉降，適合大型互通立交工程區的特別軟弱地基加固。

3.1 工藝原理

PC管樁為端承摩擦樁，底部打入持力層，頂部設置擴大樁帽，樁帽頂鋪設褥墊層傳遞來自上部的荷載，結構詳見圖1。根據承載力要求，地基加固一般采用φ50 cm管樁，樁間距可設置成1.2 m ×1.2 m，1.5 m ×1.5 m，2.0 m ×2.0 m。褥墊層可設計成15 cm碎石+5 cm中粗砂+土工格柵+5 cm中粗砂+15 cm碎石的復合結構，最終PC管樁與樁間土構成復合地基共同受力。

圖1 PC管樁結構詳圖

3.2 施工工藝流程

預應力混凝土管樁可采用PC-A500(100)型，混凝土強度等級C60，樁外徑50 cm，壁厚10 cm。樁帽采用C30混凝土現澆。預應力混凝土管樁采用打入法施工，施打采用D62-22筒式柴油打樁機，施工工藝流程見圖2。

3.3 施工方法

1)準備工作。根據現場地面實際條件及土質情況整平地面，挖除樹根，坑溝槽填土夯實，場地具備三通一平的施工作業條件。

2)施工放樣。采用全站儀準確測設出線路中心線，定出樁位，測設標高，確定打入深度。按要求引放和埋設護樁，護樁遠離樁位，標識明顯、準確。對所測設樁位進行檢查和復核，誤差均不超過下列數值:樁的縱行和橫行軸線位置為2 cm以內，單排樁軸線位置為1 cm以內，對測設好的樁位用鋼筋頭釘出中心位置，并用白灰劃出與樁徑相同的圓。

3)打樁機械。采用D62-22筒式柴油打樁機。樁帽選擇適宜，構造堅固，墊木易于拆換和整修，其尺寸與錘底、樁頂及導桿相吻合，頂面與底面均與中軸線垂直，并附有掛千斤繩的耳環，以便起吊;樁帽與樁周圍的間隙為5 mm～10 mm，彈性襯墊采用膠合板加工制作。送樁器采用自制套筒式鋼送樁器，其長度為2 m。

4)樁機就位、提升管樁。樁夾平穩地夾設在打樁部位，鋼纜拉牢。打樁機就位時，對準樁位，垂直穩定，確保在施工中不傾斜、移動。

圖2 施工工藝流程圖

5)打樁。樁的打入原則是重錘低擊，確保樁的順利打入。

打樁前，兩個錘球成90°方向觀測校正樁的豎直線，保持正確的垂直軸線，以避免樁頭受到偏擊，在打樁開始時，可通過移動打樁機校正樁的垂直度，管樁一經打入地下后，不能再從樁頭上或從接近樁頭處來校正樁的位置和方向，以免樁受到損壞，須拔出重新定位。

穩樁，樁尖插入樁位后先用錘體靜壓，靜壓完畢后，先低錘擊一、二次，樁入土一定深度后，再使樁垂直穩定，用兩個錘球縱橫雙向校正。隨著樁入土深度增加、阻力增大，正常錘擊。

沉樁，開始時或進入軟土層時，由于土層阻力較小，應降低樁錘的錘擊速度，以免產生致裂拉應力。穿透中間硬層時調大樁機的檔位以減少管樁的錘擊數量。按照原設計的深度打入管樁，當樁尖進入持力層的深度未達到設計要求但最后三陣貫入度的平均值小于20 mm時，按規范要求為防止將管樁打壞，也應停止錘擊。

PC管樁總錘擊數不宜超過2 000擊，最后1 m沉樁錘擊數不宜超過250擊。為了降低打樁應力，采用重錘低擊的方式。打樁時，保證樁錘、樁墊和管樁在同一條直線上，不偏心錘擊并及時更換樁墊，保持樁頭完整。打樁一開始直至結束，使用兩個錘球在成90°方向同時觀測，以確保樁的穩定打入。

接樁作業，單樁成品長度為6 m～12 m，打入過程中均要進行接樁作業。

沉樁完畢后立即進行檢查，確認樁身無問題后，移動樁機。

3.4 貫入度計算值的參考

鐵路、公路、市政軟基加固PC管樁施工的收錘標準不提倡使用貫入度。因為現行的設計及施工規范均對工民建工程有較強的適用性，目前幾個常用的動力打樁公式計算得來的貫入度趨于保守，如果完全按貫入度控制，可能要增加設計樁長，勢必造成不必要的浪費。

管樁的收錘是以樁端進入設計要求的持力層的深度為標準的。進入持力層的標志是貫入度明顯的減小。

利用格爾謝凡諾夫公式計算兩根試驗樁的貫入度:

其中，n為樁及樁墊的材料系數，樁帽有厚紙層，取n=0.3;A為樁截面積，A=πr2=3.142×0.252=0.196 375;H 為落錘高度，第四檔取H=300 cm;m為安全系數，取m=2;Rk為單樁豎向極限承載力;ξ為恢復系數，ξ=0.45。

3.5 樁體檢測

沉樁完畢25 d后，對所試驗管樁進行單樁靜載荷試驗和小應變或大應變檢測。

4 加固方案合理性分析

立交橋區內干插片石處理后路基剛度遠達不到設計和規范要求，不可行。采用水泥攪拌樁加固地基，必須要打入持力層，否則即便檢查復合地基承載力滿足設計要求，但樁體懸浮在淤泥層中，在受到反復動載的情況下樁體必定下沉，故本區內的攪拌樁應該打到18 m。攪拌樁水泥土的抗壓強度只有1 MPa，承載能力有限。通過密布措施雖然能保證復合地基承載力要求，但無法施作樁帽，樁頭截面小，樁間土面積大，一旦樁間土沉降一樣會造成地基不均勻沉降，本區內0.8 m～20.4 m為含水量極高的流塑淤泥，一旦水土平衡遭到破壞，沉降是必然的。另外水泥攪拌樁鉆機單機功率90 kW施工用電量大，本區線路內難以滿足。水泥攪拌樁施工進度慢，單機日產300 m～500 m，并且廢液很多不利于環境保護。在開挖樁頭時很容易造成樁中部折斷，造成斷樁。軟土地層中攪拌樁施工質量控制難度較大。

PC管樁雖然單樁造價高，但底部可嵌入持力層，可充分發揮樁體強度高的優點，樁間距可加大，總費用可控。樁頂可根據樁基承載能力大小做擴大樁帽，形成復合地基中以樁的承載為主體的受力模式，減少對樁間土的依賴，可有效控制工后沉降。所以綜合比選，采用PC管樁加固該段軟基更為合理。

同時需要說明的是，雨、污水管線位于輔道邊，采用管樁加固地基將造成溝槽無法開挖，而采用攪拌樁卻不存在上述問題。最終采用PC管樁加固主車道地基，采用水泥攪拌樁加固管道地基。

［1］齊春龍.軟弱地基處理剖析［J］.山西建筑，2009，35(34):107-108.

［2］顧曉魯，錢鴻縉，劉惠珊，等.地基與基礎［M］.北京:中國建筑工業出版社，2003(15):200-230.

［3］JGJ 79-2012，建筑地基處理技術規范［S］.

［4］GB 50007-2011，建筑地基基礎設計規范［S］.

［5］徐曉蕾，錢玉林.淺析軟土地基處理方法［J］.西部探礦工程，2008(2):25-27.