塑料套管混凝土桩在宁波南外环路的应用.pdf
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1、3 1 8 成果应用 城 市道桥与 防洪 2 0 1 2 年 6 月第 6 期 塑料套管混凝土桩在宁波南外环路的应用 刘志明, 肖雄杰, 付 炜 ( 中国市政工程中南设计研究总院 , 湖北武汉 4 3 0 0 1 0 ) 摘要: 该文结合宁波市南外环路东段工程一般路段软土地基处理, 介绍塑料套管混凝土桩( 简称 T c桩) 的特点与设计、 施工要 点, 及其与预应力管桩、 水泥土搅拌桩等相比在处理效果、 工程费用、 施工控制等方面的优越性。 关键词: 塑料套管混凝土桩; 一般路段; 软基处理; 工后沉降; 沉降观测 中图分类号 : U 4 1 6 2 1 2 文献标识码 : B 文章编号 :
2、1 0 0 9 7 7 1 6 ( 2 0 1 2 ) 0 6 0 3 1 8 0 5 1 概 述 宁波市南外环路东段( 世纪大道一 东外环路 ) 工 程位于宁波市区南部 , 南侧紧靠杭甬高速公路 , 北侧 紧邻铁路北仑支线 , 西起世纪大道 , 东至东外环路 , 全长 3 9 6 5 k m, 规划为双向 6车道城市快速路。 南外环路东段作为连接宁波市 内环快速路与中 环快速路的重要道路 , 主要承担老城区、 东部新城区 的南部东西 向交通 , 具有吸引 、 疏解、 组织沿线车辆 及沟通该区域主要骨架道路的功能 : 吸引沿线交通 方便地进入城市高速公路系统。服务对象客运、 货运 交通并重 ,
3、 根据该路段交通量调查分析预测 , 建成初 年( 2 0 0 9年) 高峰小时最大断面流量为 4 1 2 0 p c u h , 客货 比例为 3 : 1 , 交通量预测末 年( 2 0 2 9年) 高峰小 时最大断面流量为 5 2 3 0 p c u h , 客货 比例为 5 : 1 , 即 运营期初该道路具有明显货运干道的性质。 宁波地区地质条件复杂 , 地表 以下有深厚的淤 泥质土层 , 已建成 的某环线道路与该道路交通性质 相似 , 其软土地基处理方法为: 路桥衔接段采用水泥 土搅拌桩处理, 一般路段换填一定厚度的塘渣处理 ; 道路建成运营一段时间后即出现了工后沉降和不均 匀沉降大 、
4、 路面纵向呈波浪状起伏、 局部路面开裂等 病害, 严重影响了道路功能的充分发挥 , 究其原因主 要为软土地基处理方法不 当及通行货运车辆重载超 载。近年来 。 在宁波地区道路设计 中路桥衔接段普 遍采用 P T C管桩 、 素混凝土旋挖桩 、 碎 石注浆桩等 桩承式路堤进行软基处理 , 工后沉降得到有效控制 , 桥头跳车状况明显好转 。 但是其造价较高 , 在一般路 收稿 日期 : 2 0 1 2 一 O 1 0 9 作者简 介: 刘志 明( 1 9 7 4 一 ) , 男 , 湖北武汉 人, 高级工程师 , 浙江分 院副 院长 , 从事市政道桥工程设计工作 。 段长距离使用代价太大。一般路段
5、软土地基处理 中 常用方法是单向水 泥土搅拌桩 ,该方法施工技术成 熟 、 工期短 , 但存在软土有效加 固深度浅 、 施工质量 控制性差的问题 。 2 塑料套管混凝土桩介绍 塑料套管混凝土桩( P l a s t i c t u b e c a s t i n p l a c e c o n c r e t e p i l e , 以下均简称 T C桩 ) 作为一种新桩型 , 属于桩承式加筋路堤 中的小直径刚性桩的一种 , 目 前已成功应用于多项公路 、 铁路工程的软基处理中, 与传统软基处理方法相 比在适宜的地质条件 下 , 取 得了较好的技术经济效益 。 沉降收敛快 、 总沉降量较 小
6、, 沉降主要发生在施工期 , 工后沉降小。 T C桩 由预制桩尖、 塑料套管 、 套管内混凝土 、 顶 部桩帽四部分组成 :其主要工艺为按照一定间距将 塑料套管打人需要加 固的软土地基中,套管底部与 预制桩尖固定 , 顶部开 口, 待拟加固场地分段区块套 管全部打设完毕后 , 开挖盖板土模 , 安放钢筋笼及盖 板配筋 再统一对埋设在地基 中的套管用 C 2 5混凝 土连续 浇注 成桩 , 套 管不 再取 出 。 T C桩与 当前我 国道路软基处理中普遍使用的 水泥土搅拌桩、 预应力管桩 、 振动沉管桩 、 旋挖桩等 路堤桩相 比。 有它的合理性 、 先进性及适用性。它的 主要优点在于先有套管成
7、模 , 后集中现浇 , 这样与振 动沉管桩相比其混凝土用量可控、 没有充盈、 不会因 为振动挤土而引起断桩 ,打设机械可 以连续施工和 混凝土可以连续浇筑而降低施工费用 ;采用现浇工 艺后不需要像预应力管桩等预制桩一样采用大量钢 筋和大型运输 , 以及打设机械 , 也不需要事先配桩等 优势 ,而与水泥土搅拌桩等柔性桩相比它又是刚性 桩, 承载力高且质量容易控制 , 整体造价较低等优点 , 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 2 年 6 月第 6 期 城 市道桥 与防洪 成果应用 3 1 9 其桩周又带有螺纹而可以获得较大的桩侧摩阻力。 3 一般路段软基处
8、理设计 3 1 工程地质情况 该工程所在地 区属于宁奉平原软土分布区 , 该 区域软土特点为地表 以灰黄色 、 暗绿色湖沼积地层 为主 , 其下分布海相淤泥、 淤泥质土层 , 常有泥炭层 成片分布。各层土体工程地质特点为 : ( 1 )场地浅层遍布, 层黄褐色粉质粘土层, 该 层层厚较薄 , 约 1 0 1 5 m, 强度一般 , 容许承载力 c r n = 7 5 k P a , 中等偏高压缩性 , 可作为道路路基 的持力 层 。 ( 2 ) 硬壳层以下为 层淤泥、, 层淤泥质粘 土 , 层 厚 较 厚 , 约 1 3 1 5 m, 容 许 承 载 力 = 4 0 6 0 k P a , 压
9、缩模量 E 。 = 2 3 MP a , 高压缩性 , 垂直渗透 系数为 1 4 1 0 e m s , 在路基填土附加荷载作用下 , 沉降量大 , 固结缓慢 , 为主要压缩层。 ( 3 ) 其下 粉砂夹粉土或: 层粘质粉土为相 对硬土层 , K 0 + 0 0 0 一 K 1 + 5 1 5 ( 规划河 四)为: 层 , K 1 + 5 1 5 ( 规划河四) K 2 + 8 6 1 ( 盛莫路) 为 层, K 2 + 8 6 1 ( 盛莫路 ) 一终点此两层缺失 , 层厚 2 m左右 , 容 许承载力 c r n = 9 5 1 9 0 k P a , 中等压缩性 。 ( 4 ) 其下层淤
10、泥质粉质粘土,层厚 6 9 m 2 4 m, 埋藏相对较深 , 压缩模量 E = 2 8 MP a , 高压缩 性 , 在路基填土附加荷载作用下 , 沉降量较大 , 固结 缓慢 。 ( 5 ) 其下各层为、层粘土、亚粘土或砂类 土 , 压缩模量 E = 6 9 M P a , 中低压缩性 , 承 载力较 高 。 工程性质较好。 3 2 T C桩 设计 情 况 T C桩软基处理范围为南外环路东段一般路段 机动车道 , 平面上采用正方形布置 , 桩间距 1 6 m, 预 制桩尖采用 C 3 0钢筋混凝土 , 直径约 3 0 c m, 并设置 有 固定套 管的塑料套管接头 ,桩体外侧为外径 1 6
11、c m 的单壁螺纹 P V C塑料套管 ,套管强度根据打设 深度不 同采用环刚度 6 1 O级套管 , 桩身、 盖板采用 C 2 5混凝土连续浇注一体化施工 , 盖板直径 5 0 e m, 高度 2 0 o m。 根据地勘报告 , K1 + 5 4 2 一 K 2 + 9 4 0区域存在 粉 砂夹粉土层 , 可以作为 T C桩持力层。该段 T C桩桩 长按 进入 持 力层 1 m 控制 , 平 均 桩 长为 1 4 m。对 于其他区域 。 T C桩桩长根据承载力及沉降计算综合 确定 。承载力计算按照 建筑桩基技术规范 ( J G J 9 4 2 0 0 8 ) 计算单桩竖 向极 限承载力标准值
12、 , 承载力 设计 安全 系数 取 1 1 1 3 。 T C桩路堤变形主要 由桩顶沉降控制 , 桩顶总沉 降 s由桩身压缩量 s 、桩端平面以下沉降量 s , 和桩 端刺人量 s 三部分组成。 该项 目典型断面的承载力、沉降计算见表 1 所 列 。 3 3 T C桩 竖 向抗 压静 载试 验情 况 对桩打设 至相对硬 土层的段落 ,其 总荷载按 1 5 0 k N控制。根据实地试验 , 2 8 d单桩极 限承载力 可达 1 6 0 k N以上 , 随着时间增长 , 桩周土进一步 回 挤 , 其极限承载力可进一步提高 。T C桩施工采用的 是大直径钢沉管内套小直径塑料管,并采用扩大桩 尖 的方
13、法成桩。 桩周土先扰动扩孔, 与塑料套管先不 接触 , 待钢沉管拔出后依靠土体 自重固结、 相邻桩打 设挤土作用及上部荷载作用下逐步回挤 ,使塑料套 管与桩间土紧密作用 。桩间土经历扩孔、 回填、 回挤 的过程 ,使 T C桩承载力具有一定特殊性和更明显 的时效性。 3 4 路堤 荷载 下 T C桩 复合 地基 沉降 考虑软基处理一般路段、 过渡段 、 桥头等不同路 段软基处理不同方式 、 不同路段地质条件变化等因 表 1典型 断面的承载力 、 沉降计算值一览表 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 3 2 0 成果应用 城 市道桥与 防洪 2 0 1 2 年6 月第
14、 6 期 素 , 南外环路东段道路共布置 5 3个观测断面 , 进行 沉降( 沉降板 ) 、深层水平位移( 测斜管) 、 深层土体 沉降( 分层沉降管) 、 孔隙水压力( 孑 L 压计) 监测 , 其 中 对一般路段设置 1 5处观测断面。 每个断面分别在 中 央分隔带及两侧机非分隔带内埋设沉降板进行沉降 观 测 。监测情 况见 表 2所 列 。 观测数据表明: ( 1 ) T C桩处理后 的路堤沉降量 小 ,沉 降收敛 快 , 且主要发生在施工期 , 路面施工结束时月沉降速 率远小于 5 mm。 路基沉降基本稳定 。 ( 2 ) 竣工通车后月沉降速率逐月减少 ,至第三 个月月沉降速率大部分断
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