0引言
公路深厚層軟土地基的處理方法主要是堆載預(yù)壓（排水固結(jié)法）和水泥土攪拌樁（含干法和濕法）等方法。其中排水固結(jié)法不僅加固時(shí)間長，而且需要控制路基加載速率，導(dǎo)致施工工期延長；而水泥土攪拌樁法雖然處理效果較好，但是常規(guī)機(jī)械對(duì)于深度大于20m的深厚層軟土地基處理效果較差，而且配合比和施工工藝必須根據(jù)地質(zhì)條件及時(shí)調(diào)整，難以保證處理質(zhì)量。建設(shè)在沿海地區(qū)的高速公路工程，大多具有深厚軟基，對(duì)沉降控制要求高的橋頭段軟基處理工程，在工期緊張的情況下，采用上述傳統(tǒng)方法處理，顯然不能滿足變形和工期要求。因此有必要研究一種質(zhì)量可靠，處理深度深，效果好的地基處理方法來替代。PTC管樁由于施工速度快，質(zhì)量好，造價(jià)與水泥土樁基本相當(dāng)，因此在江浙等地區(qū)的高速公路建設(shè)中得到日益廣泛的應(yīng)用。
1概述
先張法預(yù)應(yīng)力管樁，其功效和優(yōu)勢(shì)在建筑工程樁基中已得到肯定，由工廠預(yù)制生產(chǎn)，質(zhì)量可靠，采用靜壓法或錘擊法施工，施工方便，可保證沉樁質(zhì)量，樁身強(qiáng)度高，最大處理深度可達(dá)40m以上。預(yù)應(yīng)力管樁按樁身強(qiáng)度不同可分為PHC樁、PC樁和PTC樁。在高速公路處理深厚層軟土地基工程中主要以變形控制為主，只要將地基的工后沉降量控制在允許的范圍內(nèi)即可滿足要求，對(duì)樁的承載力要求相對(duì)較低，因此一般選用PTC樁。為充分發(fā)揮剛性樁承載能力高的特點(diǎn)和降低工程造價(jià)，充分發(fā)揮樁間土的承載作用，在樁的頂部設(shè)置樁帽，樁帽和剛性樁現(xiàn)澆連接，同時(shí)在樁帽上部鋪設(shè)碎石墊層墊層，以均化樁頂應(yīng)力，有效減小樁頂對(duì)路堤的刺入量。
在高速公路拓寬工程中，為了盡量減小新老路基間的差異沉降量，采用了管樁處理深厚軟基，根據(jù)目前的通車使用情況，處理效果十分理想。觀測(cè)數(shù)據(jù)顯示：拼寬后老路路堤中心的沉降量控制在3cm以內(nèi)，而新拼接路基形心的最大沉降量小于10cm，保證了拼接路基的工程質(zhì)量，控制沉降的效果明顯。
2受力狀態(tài)分析
2.1單樁受力狀態(tài)分析
上覆荷載通過墊層傳遞到樁帽頂部，樁帽頂部荷載由樁體和樁帽下土體來共同承擔(dān)，據(jù)有關(guān)試驗(yàn)實(shí)測(cè)，在樁體承載達(dá)到極限承載力之前，各單樁樁土荷載分變化較小，樁體是主要承載對(duì)象，樁體分擔(dān)荷載90%以上；當(dāng)樁體承載達(dá)到極限承載力后，樁體發(fā)生向下刺入破壞，新增荷載主要由樁帽下的土體承擔(dān)。
2.2PTC管樁復(fù)合地基受力狀態(tài)分析
所謂復(fù)合地基是指天然地基中按一定面積比例加入加筋材料的增強(qiáng)體后構(gòu)成的地基，作用在該地基的垂直荷載由增強(qiáng)體和土共同承擔(dān)。
PTC管樁在高速公路工程中實(shí)際應(yīng)用的地基處理形式是PTC管樁復(fù)合地基，也就是疏化樁間距，在樁帽頂鋪筑一定厚度（一般為40cm）的碎石褥墊層，上覆荷載通過褥墊層的傳遞作用，樁帽頂和樁帽間土體均承擔(dān)荷載，樁帽間土體同時(shí)起承載作用，從而形成剛性樁復(fù)合地基。一般PTC管樁樁徑40cm，樁間距2.5m～3.5m左右，樁帽邊長為1.2～1.6m左右，由于樁間距比樁帽的尺寸大一倍，因此上覆荷載通過墊層作用，除了主要傳遞到樁帽頂部外，還有一部分荷載傳遞到了樁帽間的土體上。路堤底部土體在力學(xué)上屬于柔性基礎(chǔ)形式，在填方荷載和交通荷載作用下，樁帽和樁體會(huì)刺入路堤中，樁和樁間土豎向變形不相同，兩者之間會(huì)有豎向滑移，滑移量受路堤土質(zhì)、含水量、壓實(shí)度、路堤的高度、樁間距、樁帽尺寸等多種因素影響，因此通過理論計(jì)算確定樁和樁帽間土的受荷比例比較復(fù)雜。目前有根據(jù)“土拱”原理采用彈塑性力學(xué)方法計(jì)算樁土分擔(dān)比等方法。
根據(jù)有關(guān)試驗(yàn)實(shí)測(cè)，復(fù)合樁體和樁帽間土體之間沉降差可以通過上部碎石褥墊層的流動(dòng)來補(bǔ)償，通過計(jì)算和設(shè)計(jì)，路堤作用下樁土分擔(dān)比可以較經(jīng)濟(jì)地控制在2：1左右，路堤土體板結(jié)性越好、路堤高度越高，樁承擔(dān)的荷載比例越大。
3沉降分析
在碎石褥墊層傳遞上覆荷載的作用下，樁體會(huì)產(chǎn)生上刺、下刺的變形現(xiàn)象，這使樁體在樁身范圍內(nèi)的壓縮變形與樁周土體的壓縮變形不完全一致，在樁體一定深度范圍內(nèi)會(huì)出現(xiàn)負(fù)摩阻力，樁體一定深度處會(huì)出現(xiàn)樁體與樁周土體沉降量相等的等沉面。在等沉面以上，樁周土體將相對(duì)樁體向下移動(dòng)，從而對(duì)樁體產(chǎn)生負(fù)摩阻力；在等沉面以下，樁體將相對(duì)于樁周土體產(chǎn)生向下的移動(dòng)，土體又對(duì)樁體產(chǎn)生正摩擦阻力。
根據(jù)以上分析可知，在荷載小于樁體承載力即樁體未發(fā)生向下刺入破壞時(shí)，PTC管樁復(fù)合地基的沉降主要由以下四部分組成：①碎石褥墊層的受荷壓縮量，②樁帽向上向路堤內(nèi)的刺入量，即樁帽間土相對(duì)于樁帽的沉降量，③樁體受荷后自身的豎向壓縮量，④樁尖以下土體的壓縮量。如樁體已發(fā)生向下刺入破壞，則復(fù)合地基的總沉降量中還需要計(jì)入向下的刺入量。
剛性樁樁身強(qiáng)度極高，一般可達(dá)C60級(jí)，在外荷載作用下，樁身壓縮量只有幾個(gè)毫米，所以可以忽略不計(jì)。碎石墊層抗壓強(qiáng)度較高，沉降量一般也僅為幾個(gè)毫米，且沉降可在加載瞬間完成，也可以不計(jì)。
樁端以下土體的壓縮量，在建筑工程樁基規(guī)范中有成熟可靠的計(jì)算方法，有壓力擴(kuò)散法、等效實(shí)體法、改進(jìn)的Geddes法等。由于PTC管樁處理深度較深，一般打穿軟土層，即使未打穿軟弱土層，樁長也至少達(dá)到20～30m，而沉降計(jì)算時(shí)確定的路堤荷載的對(duì)地基的影響深度一般在30～40m左右，而且隨著深度加深，應(yīng)力水平衰減較快。所以樁端下臥層的沉降量一般為幾個(gè)厘米，在PTC管樁復(fù)合地基的總沉降中所占比例較小。
決定管樁復(fù)合地基總沉降量大小的主要是樁帽間土相對(duì)于樁帽和樁體的沉降，也就是樁帽向上刺入碎石墊層和路堤的位移量。根據(jù)上面的分析，樁帽間土承擔(dān)的荷載比例可以通過計(jì)算設(shè)計(jì)控制在總荷載的1/3左右。因此在設(shè)計(jì)時(shí)可以采用根據(jù)樁間土分擔(dān)荷載通過常規(guī)的分層總和法來計(jì)算樁間土沉降量的簡化方法，計(jì)算深度為樁體的長度。事實(shí)上管樁沉樁過程中，在地基中將出現(xiàn)超孔隙水壓力，超孔隙水壓力的產(chǎn)生，將引起樁間土體的再固結(jié)，使樁間天然地基土的強(qiáng)度將有較大的提高；同時(shí)沉樁過程中，樁對(duì)周圍土體將產(chǎn)生“擠密”效應(yīng)，也使得樁間土土體的承載能力提高，所以土體的壓縮模量相對(duì)于原狀土將有所提高，但工程應(yīng)用中考慮到目前計(jì)算方法的不完全可靠，需要留有適當(dāng)?shù)陌踩挥嗔?，可以直接采用原狀土的壓縮指標(biāo)進(jìn)行計(jì)算。高速公路橋頭段一般填土高度較高，同時(shí)沉降控制要求較高（工后沉降不得大于10cm），因此對(duì)于此類路段需要減小樁間距、增大樁長，以使樁體承擔(dān)的荷載比例進(jìn)一步提高，減小沉降量。
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