全先张法预应力混凝土管桩在公路复合地基上的应用

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1、先张法预应力混凝土管桩在公路复合地基上的应用摘要：对先张法预应力混凝土管桩的应用特点和公路软基处理进行分析，系统介绍了先张法预应力混凝土管桩应用于公路工程软基处理的设计、施工、质量管理全过程及其适用性。1前言复合地基法是在天然地基中设置一定比例的增强体（桩体），使桩-土共同承担荷载，并具有密实法和置换法的效应。在软土深厚的地段，柔性桩、半刚性桩复合地基处理深度往往不能满足要求，若采用预应力刚性管桩复合地基可以达到较好的处理效果，保证路堤稳定性和有效控制路基沉降。先张法预应力混凝土薄壁管桩（Pretensionedspunconcretethinwallpi

2、les，以下简称PTC管桩），在公路工程中实际应用的地基处理形式是PTC管桩复合地基，也就是疏化桩间距，在桩帽顶铺筑一定厚度（一般为40cm）的碎石垫层。上覆荷载通过垫层的传递作用传至PTC管桩，桩帽顶和桩帽间土体均承担荷载，从而形成刚性桩复合地基。2在公路工程中的应用PTC管桩已经广泛应用于工业与民用建筑基础中。由于是工厂预制生产，质量可靠，施工方便，可保证沉桩质量，桩身强度高，最大处理深度可达40m以上，PTC管桩在江浙等地区的公路建设中也得到日益广泛的应用。2.1传统软基处理办法的局限性公路深厚层软土地基的处理方法主要是堆载预压（排水固结法）和水泥土

3、搅拌桩（含干法和湿法）等方法。其中排水固结法不仅加固时间长，而且需要控制路基加载速率，导致施工工期延长；而水泥土搅拌桩法虽然处理效果较好，但是常规机械对于深度大于20m的深厚层软土地基处理效果较差，而且配合比和施工工艺必须根据地质条件及时调整，难以保证处理质量。建设在沿海地区的公路工程，大多具有深厚软基，对沉降控制要求高的桥头段软基处理工程，在工期紧张的情况下，采用上述传统方法处理，显然不能满足变形和工期要求。因此有必要研究一种质量可靠，处理深度深，效果好的地基处理方法来替代。2.2PTC管桩的优点在公路处理深厚层软土地基工程中主要以变形控制为主，只要将地

4、基的工后沉降量控制在允许的范围内即可满足要求，对桩的承载力要求相对较低，因此一般选用PTC管桩。为充分发挥PTC管桩承载能力高的特点和降低工程造价，同时充分发挥桩间土的承载作用，在桩的顶部设置桩帽。桩帽和PTC管桩现浇连接，同时在桩帽上部铺设碎石垫层垫层，以均化桩顶应力，有效减小桩顶对路堤的刺入量。3PTC管桩的设计按控制沉降量理论的PTC管桩复合地基的设计方法，包括疏桩布置、沉降计算及承载力验算等内容。3.1刚性疏桩复合地基受力机理由于在桩的顶部设置桩帽，其受力模式与一般的复合地基不同，首先桩帽和桩帽以下的土体以及桩体之间构成组合单桩，同时在桩帽顶部设置

5、碎石加筋垫层，它又与桩帽之间的土体构成复合地基。对于组合单桩来说，如果间距大于6倍桩径，则可按疏桩基础中的组合单桩受力模式来考虑，对于整个地基则按符合地基的受力模式来进行考虑。对摩擦桩而言，在加荷时，桩间土和桩同时受力并发生变形，桩侧形成摩阻力并起主要作用，桩端阻力未充分发挥，桩身处于弹性压缩阶段，由于桩与桩间土刚度不同，桩土变形不协调，在加筋垫层的作用下，桩所分配的荷载逐渐增大，进而桩开始下沉，如此往复，最终达到桩土变形协调，沉降稳定。3.2按控制沉降理论的PTC管桩的设计3.2.1桩型、间距及垫层厚度的初定预制管桩作为一种刚性桩，与桩周围土体一起组成复

6、合地基，桩土共同工作。当桩数较多时，可只在基础平面内布桩，但周围建筑物对其影响时，应在基础外侧设隔离桩，一般按正方形布桩，可采用摩擦型和端承型，具体确定方法和尺寸如下：1.桩型的确定：桩型采用PTC管桩；2.桩长的确定：桩长原则上应穿透软弱土层到达强度相对较高的土层，同时按满足超过危险滑弧的位置条件确定，以满足稳定和变形要求；3.桩径的确定：桩径则按桩长的比值，考虑细长比可按D/L大于等于1%确定；4.间距、桩帽大小：桩间距和桩帽大小按控制沉降量和承载力为原则选取，厚度根据设计荷载和抗剪强度验算选取；5.垫层：为充分发挥桩土共同工作，在桩帽的顶部设置碎石垫

7、层，为加强垫层的整体刚度，在垫层中间铺一层钢筋网格，形成强度较大的桩网垫层复合地基。3.2.2承载力验算1.单桩承载力确定桩的规格为后，由《先张法预应力混凝土管桩》（GB13476-1999）可得竖向承载力设计值，由桩侧土强度计算：（1）式中为桩的设计承载力，；为桩周长，；为管桩截面积，；为桩端承载力，；为桩第层土的极限摩阻力，；为桩周第层土分层厚度，；为折减系数；为荷载分项系数。由于桩帽的存在，桩上部的摩擦阻力会受到削弱，其影响深度根据以往桩基静载试验取1.5B。在进行桩极限承载力验算时不应计入。将相关参数带入式（1）得到单桩承载力。2.置换率组合单桩与

8、整个复合地基的置换率（正方形布桩）：（2）单根桩与复合地基置换率：