公路软土地基处理技术的选择与分析

公路软土地基处理技术的选择与分析【摘要】某些高速公路由于地质形成的特殊性，沿线路基下经常存在深厚的软土层。文章对常用的几种软土路基处理方式进行了探讨，提出适合该公路地基处理的具体措施。

【关键词】高速公路；路基处理；施工工艺

1 工程概况及地质条件

某高速公路全长102km，设计时速120km/h，位于平原区，其大部分路段穿越软土地基，局部路段为深厚软土地基，沿线河网交错，结构物众多，填土高度大。在k2+200～+342，k2+442～+502路段，地层表部为0.5～3.0m厚灰褐色亚粘土，中部为厚8～15m淤泥质亚粘土，底部为中密状粉砂、泥岩，地基应加固处理。土层物理力学指标见表1。

表1 土层物理力学指标

2 处理方案选择分析

深厚软土地基处理方案设计是以有效控制地基的沉降量为原则，兼顾经济，方便施工。目前主要有水泥搅拌桩（干法、湿法）、cfg桩、y型沉管桩、ptc管桩（预应力混凝土薄壁管桩）等复合地基处理方法，其适用范围、技术经济性各有特点。

2.1 水泥搅拌桩

水泥搅拌桩法施工速度较快、加固效果好，软土深度不大于10m 时造价低，但受土质条件限制较多（如软土的塑性指数、含水率大小和有机质含量），存在施工工艺参数不易控制、加固深度浅（一

般12～14m之内）、深层成桩困难、深层加固效果难以保证等问题。

2.2 cfg桩复合地基

cfg桩为水泥粉煤灰碎石桩，由碎石、石屑、砂、粉煤灰掺水泥加水拌和，用各种成桩机械制成的强度等级在c5～c25之间可变强度桩。其加固深度可达18m，当软土深度10～15m时经济合理，但采用振动法有扰动，长管螺旋钻施工需要工作面大。

2.3 y型沉管桩

y型沉管桩发挥了等截面非圆形桩侧表面积增大、摩阻力提高的特点，大幅提高基桩承载力，是一种较好的新型桩基技术。y型沉管桩由于沉桩时的挤土效应和锤击法施工时的振动效应，不宜在建筑物集中的区域施工，施工质量不仅受地质影响，而且还受施工队伍的素质、经验的影响。

2.4 ptc管桩

ptc管桩可压入持力层1～2m，将荷载直接传递至持力层，设置桩帽、碎石褥垫层扩散荷载，降低桩间土承载力，减少路基沉降。当填土高度超过3倍地基极限高度时，宜选用管桩法。

根据该工程地质特征（下卧承载力较高的持力层，表层有硬壳层，中间层厚且承载力低），经综合比较分析，选用ptc管桩处理方案。

3 ptc管桩处理技术的优点

3.1 处理软基范围广

ptc管桩是由桩侧阻力和桩端支承力共同承受上部荷载，能穿透

普通软土层及粉砂粘土层，可选择强风化岩层、全风化岩层、坚硬的粘土层或密实的砂卵石层等多种土质作为持力层，且对持力层起伏变化大的地质条件适应性强，因此处理软基范围广。尤其适用于堆载预压（排水固结法）和水泥土搅拌桩（含干法和湿法）等方法难以处理的20m以上深厚软土区域。

3.2 施工质量可靠

ptc管桩经高速离心成型和二次湿热养护工厂化制作，管桩水泥混凝土抗压强度可达70mpa以上。施工中采用静压桩机进行沉桩施工，压桩力可通过压力表直观、安全、准确地反映，因而对桩体承载力的控制、判断精确度高；沉桩长度可直接监测，沉桩质量可靠。

3.3 单桩承载力高

由于ptc管桩桩身混凝土强度高，可压入密实的砂层和强风化岩层，确保桩基础嵌固在较好的持力层上，桩端支承力高。单桩承载力比同截面的沉管灌注桩、钻孔灌注桩高1～4倍，比水泥土搅拌桩高7～10倍。

3.4 施工速度快

ptc管桩较其他软基处理方法施工进度快，静压法沉桩施工，在普通地质条件下，3～5分钟即可压入5m长管桩。沉桩完毕，桩体承载力即可达到最终承载力的80%以上。施工速度快于堆载预压法、水泥土搅拌桩、cfg桩和y型桩。

3.5 综合造价低

虽然ptc桩每米造价较水泥搅拌桩等方法高，但由于静压法沉

桩对桩身破坏小，送桩到位率高，截桩少，处理15m以上深厚软基其经济性更为明显。ptc管桩施工速度快，工期显著缩短，可提前投入运营；工后沉降小，运营养护费用少，综合造价低。

4 施工工艺原理

采用ptc管桩桩径40cm（壁厚6cm，c60混凝土）桩距2.5～3.5m，桩帽边长1.2～1.6m，以顶压式静压法压入持力层，桩体将荷载传递给持力层，可较好地发挥桩端阻力作用；管桩压入软土层对管桩周围土层产生挤压作用，桩端承载力、桩侧摩阻力得到进一步提高，利用管桩的支承作用、桩侧摩擦力承受路基荷载。ptc管桩顶一般设桩帽，扩大桩顶面积，桩帽上铺筑碎石垫层，根据软土状况考虑是否铺设土工格栅，通过碎石垫层、土工格栅、桩帽的荷载扩散作用，进一步减轻桩间土荷载，从而减少软土压缩，达到控制软土路基沉降的目的。ptc管桩处理软基示意见图1。

图1 ptc管桩处理软基示意（单位：mm）

5 关键施工技术分析

5.1 压桩

压桩前应将地下障碍物探明并清除干净，在桩身上划出每米长度标记，以便观察桩的入土深度及记录对应压力值。通过标高测量，在送桩器上做好最后1m及最终送桩深度标记，通过水准仪配合控制。合理调配管节长度，每根桩的管桩接头数不宜超过4个；桩的接头位置应相互错开0.5m以上。

压桩顺序应遵循减少挤土效应，避免管桩偏位的原则。一般应

先深后浅，先大后小；尽量避免桩机反复行走，扰动地面土层；循行线路应经济合理，使得吊桩、喂桩方便。根据现场地质情况，可沿道路一端至另一端、路幅一侧至另一侧蛇形顺序压桩。

压桩前应按所选桩机型号对预应力管桩进行试压，以确定压桩的技术参数。压好第1节桩至关重要，首先要调平机台。管桩压入前要准确定位、对中，在压桩过程中，宜用两台经纬仪在互相垂直的两

个方向，监控桩的垂直度（垂直度偏差不大于0.5%），压桩速度一般以1.0～2.0m/min为宜。施工过程应对压桩进行全程监控测量，并随时对桩身进行调整、校正，以保证桩的垂直度。详细记录每入土1m时压力表的压力值。在压桩过程中，应随时检查压桩压力、压入深度，当压力表读数突然上升或下降时，应停机对照地质资料进行分析，查明是否碰到障碍物或产生断桩等情况。