一种新型的复合地基处理方式

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　　摘要：本文介绍了一种新型的地基处理方式―螺纹塑料套管现浇混凝土桩（Plastic Tube Cast-in-place Concrete Pile，简称PTCC桩）的技术经济特点，并结合相关工程的实际情况，分析其适用范围，为类似的工程中的地基处理提供一定的经验。
　　关键词：PTCC高速公路软基经济对比
　　
　　1 引言
　　我国的高速公路的建设在已有20多年的历程，随着国家投资力度的加大，高速公路的建设日新月异。
　　由于高速公路的车辆运行速度快，考虑行车的舒适度、安全性，对路面的工后沉降、差异沉降提出了较高的要求和控制标准。在这种情况下，针对高速公路沉降控制的地基处理也相应的提出了较高要求。
　　江苏沿海地带水网发达，软土分布广，土层多为淤泥、淤泥质粘土及淤泥质粉土层，属于饱和的正常压密软粘土，这类土具有含水量高、压缩性大、渗透系数小、灵敏度高、强度低和厚度不均等特点。在这些软土分布广泛的区域上修建的高速公路，路基沉降的有效控制是工程建设成功的重要保证，需要根据软土所处层位、厚度、性质的不同，针对性的采用恰当的地基处理方案。
　　地基处理要做到确保工程质量、经济合理和技术先进。工程地质条件千变万化，各地施工机械条件、技术水平、建筑材料品种价格差异很大，在选用处理方法时需因地制宜。地基处理方法很多（按加固原理的不同分为：置换、排水固结、加固土桩、粒料桩、加筋、强夯等），每种方法都有一定适用范围、局限性和优缺点,因此应继续加强地基处理新技术的研究和推广，进一步优化设计方案，提高工程的技术含量，节省工程造价。
　　2PTCC桩设计
　　1、PTCC桩的构成
　　PTCC桩是一种承载力高、不会由于振动挤土断桩、成桩质量可靠、对周围环境影响小、施工快速方便的地基处理方法。
　　PTCC桩由预制桩尖、螺纹塑料套管、混凝土、盖板组成。
　　
　　图1PTTC桩的构成
　　各组成部分如下：
　　 图2预制桩尖、塑料套管
　　图3桩冒
　　2、 适用范围
　　1）PTCC桩一般要求地基软土下部有硬土层或相对硬土层，并选择承载力相对较高的土层作为桩端持力层，桩端嵌入持力层深度（不小于0.5m）。
　　2）PTCC桩一般采用160mm的桩体直径，由于直径较小，加固深度也多在22m以内。
　　3）PTCC桩适用于处理淤泥、淤泥质土、粉土、饱和黄土、软粘性土及无流动地下水的松散砂土等软弱地基。
　　3、PTCC桩的作用模式
　　PTCC桩与垫层、土工织物构成桩承式加筋路堤。
　　根据试验情况桩尖可由钢板或钢板混凝土制作，采用如下两种形式，并与套管紧密连接。
　　3、设计计算方法
　　承载力和沉降按照桩承式加筋路堤的设计方法进行设计计算。沉降计算采用Boussinesq应力解与Mindlin应力解联合求解地基中的附加应力，然后用分层综合法计算基础沉降的方法。
　　1）承载力计算方法
　　（1） 单桩极限承载力计算
　　根据桩周土的侧阻力特征值及桩端土的承载力特征值，利用下式可以求出自由单桩承载力设计值：
　　
　　式中――单桩竖向承载力特征值（ ）； ――桩的周长（ ）；――桩长范围内所划分的土层数；――桩周第i层土的侧阻力特征值； ――桩长范围内第i层土的厚度（ ）； ――桩端地基土未经修正的承载力特征值（ ），可按现行国家标准《建筑地基基础设计规范》（GB 50007）的有关规定确定；――桩端天然地基土的承载力折减系数，可取0.4～0.6。
　　此外还应根据桩身材料的极限抗压强度求单桩极限承载力：
　　式中: q――桩体极限抗压强度。的最终取值为 。
　　（2） 复合地基承载力计算
　　 PTCC桩复合地基的承载力可以按照下式进行计算：
　　
　　式中 ――复合地基承载力特征值（ ）； ――面积置换率；――单桩竖向承载力特征值（ ）；――桩的截面积（ ）；――桩间土承载力折减系数，宜按地区经验取值，如无经验时可取0.75～0.95，天然地基承载力较高时取大值； ――处理后桩间土承载力特征值（ ），宜按当地经验取值，如无经验时，可取天然地基承载力特征值。
　　其中面积置换率 为： 其中为桩体的横断面面积， 为单桩控制面积，当桩为正方形布置时 。
　　为提高计算的准确性，计算中各参数的取值应结合该地区试桩资料、沉降观测资料，并结合地区经验进行确定。若资料缺乏，也可各折减系数都取为1，即不折减；安全系数取2以上。
　　
　　表1某断面承载力计算过程
　　2）沉降计算方法
　　沉降计算采用Boussinesq应力解与Mindlin应力解联合求解地基中的附加应力，然后用分层综合法计算基础沉降的方法。沉降主要由桩身压缩量、 桩端压缩层产生的沉降、桩间土产生的沉降。沉降计算过程比较烦琐，可以通过相关程序计算或在实际使用时可考虑忽略桩身压缩量，近似计算，精度可以满足工程需要。
　　
　　4、PTCC桩施工工艺流程
　　
　　图4PTCC桩施工工艺流程
　　
　　
　　1）先平整场地，铺设垫层，放线布置桩位。
　　2）制作桩尖，桩尖采用钢板或钢筋混凝土制作，并设置有固定套管的装置，与套管紧密连接。
　　3）塑料套管准备，对套管进行试验和尺寸检测，根据加固桩长的要求，将出厂的套管切割成合适长度。
　　4）桩机就位，合理布置施打顺序。
　　5）放置套管。
　　6）拔钢管。将钢管拔出而将塑料套管留在地下，移机至下一个桩位，重复上道工序，继续埋设套管。
　　7）截桩和检查套管的深度。
　　8）安制桩帽外模。
　　9）放置钢筋。在套管顶部放置一定长度的钢筋，并与桩帽钢筋相连，钢筋均匀插设、并适当横向联结固定。
　　10）集中填充混凝土成桩。将合适流动性的混凝土（塌落度建议为18～20cm左右）浇注在套管中，然后用专用加长振动棒对填充的混凝土进行振捣密实，并进行混凝土补充，使混凝土填充满整个塑料套管其顶部高度与桩帽顶高齐平为准。
　　11）桩体检测。待桩体强度到一定要求后可对成桩进行检测。
　　3PTCC桩与常用桩型的比较
　　PTCC桩施工方法简便、施工机械轻便，质量检测简单，具有如下特点：
　　1、与水泥搅拌桩等柔性桩相比
　　1）桩身采用混凝土成桩，其桩体强度超过水泥土桩的强度，可以获得更高的承载力和更小的变形，能把上部荷载更好的传递到下部承载较好的硬土层；加固效果要好于水泥搅拌桩。
　　从造价上来说，单延米桩46元/m的费用是高于水泥搅拌桩33元/m，但由于其采用较大的布桩间距；其综合造价实际上类似于水泥搅拌桩甚至低于水泥搅拌桩复合地基。
　　2）从质量控制上来说，水泥搅拌桩的质量特别是处理深度较深时不易控制，强度差异大，而PTCC桩质量容易控制。
　　3）水泥搅拌桩的处理有效深度浅，一般处理深度15m～18m，而PTCC桩处理深度深，最深可达25m。
　　2、与预应力管桩相比
　　1）采用现浇工艺后不需要象预制桩一样桩内采用大量钢筋和大型运输、机械设备以及高额的运输费用。

　　2）静力压桩式施工设备笨重，场地要求高，设备运进运出难度大，移位困难，成本高。
　　3）预应力管桩一般按设计长度配桩生产，在工程地质复杂，软土深度变化较大地段，存在截桩造成预应力损失、工序复杂及材料浪费的问题。PTCC桩采用现场现浇的方式就可以精确控制打设深度。
　　3、PTCC桩与常规桩型施工速度的比较
　　表2施工速度对比表
　　桩型 每天的施工数量（m/d）
　　PTCC桩 1000以上
　　水泥搅拌桩 300
　　预应力管桩 1000
　　从上表中看以看出，PTCC桩的施工工艺中套管和现浇混凝土是分开实施的，决定了施工速度相对比较快。
　　4、PTCC桩的其它特点
　　1）其套管表面带有螺纹，这样与表面光滑的桩体相比有较大的桩侧摩阻力和承载力。
　　2）桩体直径小（16cm）及静压设备，这样打设时挤土小，对周围环境影响小，在加宽工程以及周围有建筑物结构物的情况下，更加具有优势。
　　3）除了可以打设竖直桩外，还可以根据要求打设斜桩，应用范围较大。
　　4）PTCC桩有其适用性，由于直径小，因此一般要求桩底存在着较好的持力层，如相对较硬的粘土、砂砾层等，或者能提供较大摩擦力的较厚土层。另外若受到较大水平力时，除了套管外，还可在桩体内适当加筋以提高抗弯力。
　　5、PTCC桩与常规桩型的经济比较
　　选取江苏境内泰州长江公路大桥接线一段软土典型段落，进行方案的经济比较。填土高度约3.6m，处理深度约16m；其中PTCC、预应力管桩矩形布置，水泥搅拌桩梅花型布置。
　　从下表中看以看出，在处理12～22m的深层软土时，PTCC桩与预应力管桩、水泥搅拌桩相比，有造价上的优势。
　　
　　表3经济比较表
　　
　　段落 填土高度（m） PTCC桩 预应力管桩 水泥搅拌桩
　　 间距 桩长 造价 间距 桩长 造价 间距 桩长 造价
　　K64+880.1～K64+934.4 3.60 1.7 15.6 69.5 2.5 16 97.9 1.4 15.6 78.6
　　K64+934.4～K64+984.4 3.70 1.5 15.6 88.3 2.5 16 103.0 1.2 15.6 107.8
　　K64+994.3～K65+044.3 3.70 1.5 15.6 88.3 2.5 16 103.0 1.2 15.6 107.8
　　K65+044.3～K65+094.3 3.80 1.7 15.6 69.5 2.5 16 97.9 1.4 15.6 78.6
　　合计 316万元 412万元 373万元
　　
　　4 结论
　　通过经济技术分析，PTCC桩在处理12～22m深层软土时，与常规桩型湿喷桩、预应力管桩比较有一定优势。
　　因此在桩底存在较好的持力层，或有能提供较大摩擦力的较厚土层时等，有针对性的采用PTCC桩，可以起到很好的经济效益，有一定的推广价值。
　　注：文章内的图表及公式请以PDF格式查看

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