肇慶市硯都快速干道是肇慶市城區(qū)南北貫通321國(guó)道和廣肇高速及多條城區(qū)主要道路的重要干道，對(duì)串聯(lián)肇慶城區(qū)主要交通網(wǎng)、連接廣佛肇交通網(wǎng)有著直接性的意義。本項(xiàng)目起于肇慶大橋與端州路交匯處，途經(jīng)信安路、星湖大道等城區(qū)主要干道，終點(diǎn)接321國(guó)道，路線全長(zhǎng)4.35公里（含新建肇慶大橋與端州路立交），規(guī)劃路幅100米，雙向10車道，設(shè)城市輔道，項(xiàng)目按城市快速路設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)車速為80km/h，項(xiàng)目于2011年9月建成通車。針對(duì)道路的地質(zhì)條件差、道路路線所經(jīng)路段分布較多的魚塘，且魚塘的面積大、蓄水深度大等特點(diǎn)，根據(jù)不同的地質(zhì)條件及現(xiàn)場(chǎng)施工實(shí)際，對(duì)道路的軟土地基采用了“CFG樁+袋裝砂井”、“預(yù)應(yīng)力混凝土管樁+袋裝砂井”、高壓旋噴樁等不同的處理方案。其中，“預(yù)應(yīng)力混凝土管樁+袋裝砂井”復(fù)合地基處理工藝是首次應(yīng)用于肇慶市城區(qū)的市政道路工程領(lǐng)域，屬創(chuàng)新性應(yīng)用，使用該工藝的路段包括道路主線K0+280～K1+550、K1+900～K2+896、K3+525～K3+950、立交匝道AK0+250～AK0+410、CK0+200～CK0+460、DK0+230～DK0+450、HK0+385～AK0+560。本文著重介紹“預(yù)應(yīng)力混凝土管樁+袋裝砂井”復(fù)合地基的設(shè)計(jì)、施工工藝及處理效果等應(yīng)用情況。
1、“預(yù)應(yīng)力混凝土管樁+袋裝砂井”復(fù)合地基的處治機(jī)理
袋裝砂井是軟土豎向排水通道，可以快速消除錘擊沉樁施工和荷載作用引起的超空隙水壓力，加快軟土地基的排水固結(jié)，減少工后沉降；此外，袋裝砂井對(duì)軟土有一定的置換作用，能一定程度地提高地基的承載能力。預(yù)應(yīng)力混凝土管樁在軟土路基中布置，其通過摩阻效應(yīng)與軟土形成復(fù)合地基，大大地提高地基的承載能力。為充分發(fā)揮預(yù)應(yīng)力混凝土管樁作為剛性樁的作用，盡可能承擔(dān)多的荷載，減小樁間土的壓縮量，樁頂還需設(shè)置鋼筋混凝土托板。
2、工程的地質(zhì)情況
本工程的巖土工程勘察報(bào)告揭示的情況，工程場(chǎng)地內(nèi)的地質(zhì)概況如下：
場(chǎng)地地貌屬西江北岸一級(jí)階地。地勢(shì)低平，地表起伏，標(biāo)高介于-5.18～15.20m之間（一般標(biāo)高3～7m，塘基、菜地5～6m，漁塘底2～3m；里程k2+180～k2+400段為磚廠水塘，水深很大5～15m）。揭露場(chǎng)地土層主要為第四系填土層、沖積層、淤積層。第四系土層以湖沼沉積的淤泥為主，分布廣泛。本次勘察揭露場(chǎng)地基巖為石灰?guī)r，以微風(fēng)化巖為主，巖質(zhì)堅(jiān)硬，屬Ⅵ類巖，場(chǎng)區(qū)石灰?guī)r潛伏巖溶。
根據(jù)巖土層地質(zhì)成因、成分、結(jié)構(gòu)構(gòu)造結(jié)合其工程地質(zhì)特性綜合劃分場(chǎng)地地質(zhì)層位。全線實(shí)施鉆探孔176個(gè)，按鉆探所揭露情況分述如下：
第①層填土（Qml）：場(chǎng)區(qū)斷續(xù)分布，素填土為主，局部出露為雜填土?；液稚?，灰黃色，中濕，松散～稍密狀，由粉質(zhì)粘土（亞粘土）組成，局部混25～30%碎石磚塊，原狀為耕土及原地表土土質(zhì)，結(jié)構(gòu)松軟。層厚0.50～8.60m。最佳含水量12.6%～14.5%，最大干密度1.920～2.286g/cm3。
第②層粉質(zhì)粘土（Qal）：呈斷續(xù)分布，淺灰色，灰黃色，中濕，可塑為主，局部軟塑，粘性較好，土質(zhì)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度中軟，厚大處呈中硬狀。在該層進(jìn)行了31次標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)N=3.4～15.4擊，平均N=8.2擊。層面埋深-0.30～5.90m，層厚0～19.30m，平均6.19m。
第③層淤泥（Ql）：沿線廣泛分布，是影響路基強(qiáng)度與穩(wěn)定性的主要地質(zhì)層，是本工程著重分析和處理的不良路基土。深灰～灰黑色，過濕，流塑狀，含腐植物，具腐味，一般夾軟粘土，部分為淤泥質(zhì)土狀，為簡(jiǎn)明地質(zhì)層位，綜合劃屬淤泥層。含水量36.6%～89.1%，平均61.1%，平均壓縮模量2.05Mpa；十字板剪力試驗(yàn)2孔16點(diǎn)次，Cu=8.8～11.2kpa，St=2.5～5.2。層面埋深-6.60～5.60m，層厚0～18.20m，平均厚度5.45m。
第④層粉質(zhì)粘土（Qal）：呈斷續(xù)分布?；尹S～黃色，中濕，可塑狀為主，粘性較好，土質(zhì)中軟～中硬狀。局部含少量干泥礫及砂頁(yè)巖細(xì)礫。在該層進(jìn)行了82次標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)N=1.4～15.3擊，平均N=7.3擊。層面埋深-15.40～2.20m，層厚0～17.00m。
第⑤層粘土（Qal）：呈廣泛分布。褐黃～紅色，干燥，局部中濕，可～硬塑狀，花斑狀結(jié)構(gòu)，含泥礫結(jié)核，結(jié)構(gòu)性緊密，土質(zhì)良好，強(qiáng)度高。含少量干泥礫及砂頁(yè)巖細(xì)礫。在該層進(jìn)行了132次標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)N=6.8～17.0擊，平均N=11.8擊。層面埋深-11.60～6.25m，層厚0～21.30m。
第⑥層淤泥（Ql）：沿線斷續(xù)分布，是影響路基強(qiáng)度與穩(wěn)定性的主要地質(zhì)層，屬不良路基土。深灰～灰黑色，過濕，流塑狀，含腐植物，具腐味，一般夾軟粘土，部分為淤泥質(zhì)土狀，為簡(jiǎn)明地質(zhì)層位，綜合劃屬淤泥層。含水量23.9%～70.1%，平均49.2%，平均壓縮模量3.09Mpa。層面埋深-13.90～-2.55m，層厚0～11.90m，平均厚度4.87m。
第⑦層粉質(zhì)粘土（Qel）：呈廣泛分布。褐黃～灰黃色，中濕，可塑狀為主，土質(zhì)結(jié)構(gòu)不均勻，局部相變?yōu)閬喩巴痢⑸巴?，為砂巖、頁(yè)巖殘積土，埋藏較深，屬良好路基土下臥層。在該層進(jìn)行了150次標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)N=0.7～14.7擊，平均N=8.0擊。層面埋深-21.80～-3.30m，層厚0～15.50m。
第⑧-1層強(qiáng)風(fēng)化粉砂巖（C）：呈斷續(xù)廣布。褐黃～紅色，半巖半土狀，巖體風(fēng)化強(qiáng)烈，巖塊手折可碎，局部較硬呈中風(fēng)化，強(qiáng)度高。在該層進(jìn)行了26次標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)N=52.0～80.0擊，平均N=59.1擊。層面埋深-22.70～-9.40m，揭露厚度0～13.20m。
第⑧層微風(fēng)化石灰?guī)r（C）：場(chǎng)地穩(wěn)定基巖?；摇罨疑?，裂隙不發(fā)育，巖芯較完整，多呈短～長(zhǎng)柱狀，巖質(zhì)堅(jiān)硬，屬6類巖石，采芯率達(dá)90%以上，微風(fēng)化。層面埋深-23.60～-5.60m，揭露厚度1.00～13.00m。
場(chǎng)地潛伏巖溶，本次鉆探共88孔有限鉆深揭露石灰?guī)r，9孔揭露溶洞，占洞率10.2%，里程K0+000～K1+800段巖溶較發(fā)育。
綜述：場(chǎng)地填土層，以素填土為主，局部出露成分較雜的填土、耕土，結(jié)構(gòu)松散～稍密狀，未完成自重固結(jié)，經(jīng)壓實(shí)可有較高強(qiáng)度，宜處理利用。第②、④、⑤層粉質(zhì)粘土，可塑狀，土質(zhì)中軟～中硬狀，中等壓縮性，有一定承載力，淺部廣泛分布，宜作路基持力層。第③、⑥層淤泥，廣泛分布，厚度較大，呈流塑，高壓縮性，低滲透性，工程性質(zhì)極差，屬不良路基土，應(yīng)作軟土路基處理或預(yù)作沉降控制；第⑦層粉質(zhì)粘土，土質(zhì)一般，第⑧-1層強(qiáng)風(fēng)化粉砂巖，強(qiáng)度高，分布不均勻，埋藏較深；第⑧層微風(fēng)化石灰?guī)r，巖質(zhì)堅(jiān)硬，強(qiáng)度大，屬場(chǎng)地穩(wěn)定基巖，宜作擬建道路橋涵樁基礎(chǔ)持力層。本場(chǎng)地工程地質(zhì)特點(diǎn)：軟土發(fā)育，厚度變化大（0.50～18.20m），同一剖面，左右兩側(cè)淤泥分布很不均勻；淤泥成分以粘粒、有機(jī)質(zhì)為主，含砂質(zhì)少，不利于排水固結(jié)，需要主要針對(duì)該類土層進(jìn)行軟土地基處理。
3、軟土地基的控制標(biāo)準(zhǔn)
軟土地基設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)參照《公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTGD30-2004）執(zhí)行。軟土地基的處理是從穩(wěn)定、沉降及滿足構(gòu)造物的承載力要求等方面進(jìn)行分析。軟基處理以工后沉降及路基穩(wěn)定性控制，具體要求如下：
沉降計(jì)算及容許工后沉降
路基沉降量采用分層總和法計(jì)算主固結(jié)沉降，并采用沉降系數(shù)對(duì)其進(jìn)行修正。沉降系數(shù)為經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，根據(jù)有關(guān)設(shè)計(jì)施工總結(jié)得出的沉降系數(shù)分析后，本項(xiàng)目軟土計(jì)算沉降系數(shù)：復(fù)合地基區(qū)、取1.3進(jìn)行計(jì)算。
工后沉降容許值一般路段取30cm，箱涵及箱形通道處取20cm，路堤與橋臺(tái)相接處取10cm，過度段沉降差小于0.2%。
穩(wěn)定性計(jì)算
穩(wěn)定驗(yàn)算采用有效固結(jié)應(yīng)力法計(jì)算，快剪和固結(jié)快剪指標(biāo)同時(shí)考慮，穩(wěn)定性安全系數(shù)≥1.2。
加載速率及預(yù)壓期
路基加載時(shí)，加載速率應(yīng)滿足路基中心沉降量不得大于10~15mm/晝夜，邊樁位移不得大于5mm/晝夜。實(shí)際填筑速率應(yīng)由施工觀測(cè)來控制。
路基中心的表面沉降在15mm/d以內(nèi)時(shí)，方可進(jìn)行下一層路堤的填筑。路基填筑至設(shè)計(jì)的預(yù)定高程后，經(jīng)觀測(cè)沉降符合設(shè)計(jì)要求后可進(jìn)行軟基處理加載填土。復(fù)合地基處理區(qū)域應(yīng)滿足至少1個(gè)月的預(yù)壓期。實(shí)際的預(yù)壓時(shí)間應(yīng)根據(jù)沉降觀測(cè)和穩(wěn)定要求確定。
預(yù)壓堆載土高度
由于沿線軟基分布范圍廣、厚度變化大、夾層較多，為加速地基沉降固結(jié)，滿足路基允許的工后沉降量等要求，軟基處理路段均采用超載預(yù)壓，堆載高度一般為路床以上2.5m。
4、“預(yù)應(yīng)力混凝土管樁+袋裝砂井”復(fù)合地基的設(shè)計(jì)
本項(xiàng)目對(duì)于軟土深度超過20m的路段，采用“預(yù)應(yīng)力混凝土管樁+袋裝砂井”的方法進(jìn)行地基加固處理。管樁類型為C80-PHC-A400，樁徑40cm，壁厚9.5cm，樁身混凝土抗壓強(qiáng)度為C80，樁距1.8m，正方形布置；本次設(shè)計(jì)管樁采用錘擊沉樁工藝，為快速消除錘擊沉樁施工產(chǎn)生的超孔隙水壓力，在管樁樁間設(shè)置袋裝砂井，袋樁砂井樁徑為7cm，布設(shè)在相鄰管樁的中間。為充分發(fā)揮管樁作為剛性樁的作用，盡可能承擔(dān)多的荷載，減小樁間土的壓縮量，樁頂設(shè)置100cm×100cm×30cm的鋼筋混凝土托板，樁頂應(yīng)伸入托板至少5cm。管樁實(shí)際施工長(zhǎng)度根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)情況通過試樁確定，樁尖要求穿過淤泥層，進(jìn)入持力層100cm，袋樁砂井與管樁等長(zhǎng)。樁頂設(shè)置一層50cm厚的砂礫墊層，墊層頂面鋪設(shè)一層土工格柵，協(xié)調(diào)地基土變形。土工格柵采用在低應(yīng)力條件下就能較高地發(fā)揮其抗拉強(qiáng)度的鋼塑土工格柵。
管樁采用錘擊沉樁工藝進(jìn)行施工，施工前先施打袋樁砂井，待砂井施工完畢后再施管樁，注意避開構(gòu)造物基礎(chǔ)，施工時(shí)要求從路中心向兩側(cè)施工，且需間隔跳打，以避免對(duì)已成樁造成傷害。施工過程中注意設(shè)置臨時(shí)排水邊溝，做好排水工作。
管樁收錘標(biāo)準(zhǔn)為打樁機(jī)連續(xù)響錘，灌入度達(dá)到6錘/60cm~10錘/100cm。管樁單樁承載力不小于600KN，復(fù)合地基承載力不小于120KPa。樁基礎(chǔ)、砂墊層以及路基回填施工完畢后，進(jìn)行超載預(yù)壓，預(yù)壓高度為路床標(biāo)高以上2.5m。
5、施工工藝及要求
1）砂墊層的鋪設(shè)
在軟基處理路段設(shè)置50cm厚的砂墊層（一般設(shè)在樁頂），一方面為路基提供水平方向的排水通道，另一方面是為施工機(jī)械提供作業(yè)墊層。砂墊層填筑時(shí)應(yīng)分層壓實(shí)，每層的壓實(shí)厚度不應(yīng)超多30cm，也不應(yīng)小于15cm，材料采用潔凈的中砂或粗砂，含泥量不得大于5%，細(xì)度模數(shù)大于2.7，滲透系數(shù)不小于5×10-3cm/s。
2）土工格柵的鋪設(shè)
土工格柵在軟基處理后鋪設(shè)，一般設(shè)于砂墊層頂部，當(dāng)有多層格柵時(shí)，各層格柵的間距不小于50cm。攤鋪前應(yīng)整平基面，攤鋪時(shí)應(yīng)拉直平順，緊貼下承層，不許出現(xiàn)扭曲、折皺、重疊現(xiàn)象。土工格柵采用鋼塑雙向土工格柵，抗拉強(qiáng)度不小于80KN/m，縱橫向延伸率≤3%，伸長(zhǎng)率在1%時(shí)縱橫向抗拉強(qiáng)度≥60KN，粘焊點(diǎn)極限剝離力≥100N。其技術(shù)指標(biāo)嚴(yán)格按照《公路工程土工合成材料土工格柵》（JT/T480-2002）的相關(guān)規(guī)定執(zhí)行。。
3）管樁施工及質(zhì)量要求
?。?）施工材料
管樁型號(hào)C80-PHC-A400，直徑40cm，每根樁樁頂設(shè)一塊100×100×30cm的鋼筋砼托板。先張法薄壁預(yù)應(yīng)力混凝土管樁應(yīng)符合《先張法預(yù)應(yīng)力混凝土管樁》（GB13476）、《先張法預(yù)應(yīng)力混凝土管樁》（JC888）的規(guī)定。采用蒸汽養(yǎng)護(hù)時(shí)應(yīng)在常溫下靜置3d以上。托（蓋）板混凝土強(qiáng)度C25。
?。?）施工工藝要求
A、放場(chǎng)地，必須整平、堅(jiān)實(shí)，應(yīng)有排水措施，不得產(chǎn)生不均勻沉陷。
B、前檢查成品樁。
C、工藝推薦采用錘擊法施工，且需間隔跳打，施工前進(jìn)行試樁，以確定合理的施工工藝及結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)。樁端應(yīng)進(jìn)入持力層至少1m，確保承載力不小于設(shè)計(jì)值。
D、打樁時(shí)必須設(shè)置樁頭墊層及上錘墊層。樁頭墊層采用有彈性的麻袋、三夾板或軟木，壓縮厚度為15cm；樁帽內(nèi)的上錘墊層采用平整的硬木，厚度20cm。錘擊過程中要經(jīng)常檢查墊層，并及時(shí)更換。
E、焊接接樁：接樁時(shí)，上、下節(jié)樁的中心線偏差應(yīng)小于5mm，節(jié)點(diǎn)彎曲矢高不得大于樁段長(zhǎng)度的0.1%。焊接時(shí)應(yīng)采取措施減小焊接變形，焊縫連續(xù)、飽滿。焊接后應(yīng)自燃降溫，禁止用水澆降溫。成樁過程中遇有較難穿透的土層時(shí)，接樁宜在樁尖穿透該土層后進(jìn)行。
F、管樁與托板的連接
對(duì)于沉入到設(shè)計(jì)標(biāo)高后不需要截樁的薄壁預(yù)應(yīng)力混凝土管樁，與托板連接可以用托板連接鋼筋與鋼筋板圈焊接后，將樁頂直接埋入托板內(nèi)。連接筋和樁頂埋入托板內(nèi)的深度，應(yīng)根據(jù)不同的工況，按設(shè)計(jì)要求確定。需要截樁的管樁與托板連接時(shí)，管樁截?cái)嗪?，將墊塊下入管內(nèi)，并把連接鋼筋籠插入樁內(nèi)，用與托板相同標(biāo)號(hào)的混凝土灌注。
G、砂礫墊層施工前，應(yīng)先填充夯實(shí)托板間的空隙，以保證在砂墊層施工過程中托板不移位；
（3）質(zhì)量檢驗(yàn)
管樁施工質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)
為確保管樁施工質(zhì)量，采用低應(yīng)變和靜載的檢驗(yàn)方法，重點(diǎn)抽選施工過程中對(duì)施工質(zhì)量有疑問的，或地質(zhì)條件較差的施工樁進(jìn)行質(zhì)量檢驗(yàn)。其中，低應(yīng)變?cè)囼?yàn)共檢測(cè)2855根管樁，其中I類樁2698根，占所測(cè)樁數(shù)的94.5%；II類樁157根，占所測(cè)樁數(shù)的5.5%；無III類、IV類樁，管樁的樁身完整性符合設(shè)計(jì)要求。靜載（復(fù)合地基平板荷載試驗(yàn)）檢驗(yàn)管樁57根，在各管樁的試驗(yàn)加載240kPa時(shí)，總沉降量最大為9.73mm，最小為2.81mm，p-s曲線均平緩，無明顯陡降段，s-lgt曲線呈平行規(guī)則排列，檢測(cè)結(jié)果顯示，所測(cè)各樁的地基承載力特征值均≥120kPa，復(fù)合地基承載力均滿足設(shè)計(jì)要求。通過使用“預(yù)應(yīng)力混凝土管樁+袋裝砂井”處理軟土路基，各路段的各層路面的驗(yàn)收彎沉值均滿足設(shè)計(jì)要求，且彎沉值較低，進(jìn)一步證明“預(yù)應(yīng)力混凝土管樁+袋裝砂井”復(fù)合地基具有高承載力、低沉降的特性。
結(jié)語(yǔ)：本文結(jié)合“預(yù)應(yīng)力混凝土管樁+袋裝砂井”復(fù)合地基在市政道路工程中的新應(yīng)用，通過分析該工法的設(shè)計(jì)、施工工藝、應(yīng)用效果等，進(jìn)一步闡明了該工法適合于石灰?guī)r地區(qū)基巖埋藏較深、湖沼沉積淤泥層厚、地質(zhì)情況差且變化大的軟土路基處理，為其它類似工程提供了參考。
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