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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 ： 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 ， 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 、 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 ， 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 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 ， 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 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面已小于 5 m m这主要 是因为竣工后大量重型货车通行所致。这说明低路 堤条件下 交通荷载对路基沉降的影 响是不能忽视 的尤其是市政道路由于工期原因软基处理后填筑 路基预压时间很短 ， 且几乎不采用超载预压工艺 ， 故 在沉降计算 中必须要考虑交通荷载影响。 ( 3 )至观测期末 ， 各路段总沉降基本控制在 8 1 0 c m，各断面之间差异沉降很小 ，渐变率不大于 0 5 月沉降速率已收敛至 5 m m以下 ，预测 1 5 a 工后沉降不大于 2 0 e m。 4 T C桩施工工艺 T C桩 的施 工工艺 及流 程如下 图 1所示 。 ( 1 ) 接管及 安装 ( 2 ) 吊装 ( 3 ) 沉管静( 4 ) 沉管振( 5 ) 上提( 6 ) 安装塑科 ( 7 ) 施工完毕 预制 桩尖 P v c 塑料 管 压 下沉 动下沉 拔管 盏板模 、集 中 图 1 施工工艺流程图 主要施工工序如下： ( 1 ) T C桩打设前 ， 先整平场地 ， 铺设砂砾垫层 。 ( 2 ) 塑料套管准备及制作 。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。 ( 3 ) 制作桩尖并与套管连接 。 将切割好的套管与 桩尖连接密封牢固。 ( 4 ) 将打设设备 移机就 位 。 设备 可 采用静压振 表 2 沉降板沉降观测值 一览表 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 2 1 动联合插管机 ， 可由普通沉管机 、 插板机等同类设备 改造 而成 。 ( 5 )放置套管及打设。将带有桩尖 的套管从钢 管底部放人钢管中， 桩尖与桩位对准 。 然后开机将钢 管打设至预定的深度 ， 打设过程 中要控制好垂直度 。 ( 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( 4 ) ( 5 ) 工序 ， 继续埋 设套管 。 ( 7 )截桩和检查套管的深度。将多余的套管进 行截桩和整理后 ， 可以随时对套管深度检查 ， 并 随时 保护套管内的清洁 ， 尽量不让杂物进入。 ( 8 )沿塑料套管中心开挖直径约为 5 0 e m( 根据 桩 帽的尺寸定 ) ， 高约为 2 0 c m 的圆孔 ， 放置桩顶钢 筋 笼及 盖板 顶 、 底 层 钢筋 。 ( 9 )场地 内集 中浇注混凝土完成桩和盖板 的施 工。将合适流动性的混凝土浇注在套管中 ， 然后用 专用加长振动棒( 振捣深度在 1 5 2 0 m以上) 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。 ( 1 0 )混凝土浇注完毕达到一定强度后 ， 盖板顶 满铺钢丝格栅 ， 再铺设垫层材料。 5 T C桩 施工质量 与检 验要求 根据该项 目特点拟定 T C桩的施工质量及检验 要求见表 3所列 。 6 T C桩 工程应 用经济性 比较 T C桩 由于是小直径 刚性桩 布桩方式为“ 细而 密” ， 与其他大直径刚性桩 ( 如 P T C管桩 、 旋挖桩 ) 疏 化桩间距相比， 表面沉降更加均匀 ， 这对垫层加筋材 料强度要求、 盖板的尺寸要求更低 ， 从而可以节约其 他辅助措施费用 。对于低填方路堤 ，为形成土拱效 应 ， 桩承式路堤桩间距不能取得过大 这时候更体现 出小直径桩这种布桩方式 的优越性 该项 目选择 P T C管桩 、水泥土搅拌桩与 T C桩 进行经济 比较 。对 比情况见表 4所列 。 T C桩相对于 这两种典型的刚性桩复合地基 、柔性桩复合地基工 程 费用均 减少 1 0 以上 。 7 结语 ( 1 ) 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 ， 通过该项 目应用 实践 表 明 T C桩具有施工速度快 、 成桩质量容易控制、 检测 手段方便可靠等优点。 ( 2 ) T C桩桩侧受 力具有一定 的特 殊性和 时效 性。 桩端具有相对硬土层条件下 2 8 d单桩极限承载 表 3 T C桩 施工质量检验要求一览表 懦目 桩径 桩长布桩间距布桩 全路段处理 盖板尺寸 工程费用相对 T C桩 m m m m 方式 根数， 总长 f 长 宽 高) e m ， 万元 造价 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 3 2 2 成果应用 城 市道桥与防洪 2 0 1 2 年 6 月第 6 期 力可达到 1 6 0 k N以上 ， 随着时间推移 ， 桩周土体 回 挤还可使其承载力提高。 ( 3 ) T C桩没有打穿软土层条件下 ，设计 中桩 长、 桩间距等参数选择建议按照控制工后沉降为主， 计算中将桩端刺入量、 软弱下卧层沉降适 当增加 ， 其 计算方法有待进一步研究。 ( 4 )一般路段典型断面沉降监测数据表明 ， T C 桩处理后的路堤沉降量得到明显控制 ， 沉降收敛快 ， 且各断面总沉降差异小 ， 加固效果明显 。低填路堤 条件下 ， 交通荷载对路堤沉降影响很大， 沉降计算 中 必须予以考虑。 ( 5 ) T C桩 由于是小直径刚性桩 ，布桩方式为 “ 细而密” ， 与其他大直径刚性桩 ( 如 P T C管桩 、 旋挖 桩) “ 粗而疏” 的布桩方式相比， 表面沉 降更加均匀 ， 对垫层加筋材料强度要求 、盖板 的强度与尺寸要求 更低 ， 在低填方路堤中优越性更为明显 。 ( 6 ) T C桩与 P T C管桩 、 水泥土搅拌桩进行经济 比较 ， 工程费用减少 1 0 以上 ， 具有 一定 的经济优 势 。 参考文献 f 1 1 浙江省交通规划设计研究院主编 浙江省公路软土地基路堤设计 要点【 M 北京 ： 人 民交通出版社 ， 2 0 0 9 【 2 陈永辉 ， 王新泉 塑料套管混凝 土桩 技术及应用【 M】 北京 ： 中国建 筑工业 出版社 2 0 1 1 【 3 】 钱 国超 ， 陈加富 ， 等 高速公路海相 软土地基水泥土搅拌桩加固技 术 M 2 1 t 京 ： 人民交通 出版社 2 0 0 8 ( 上接 第 3 1 4页) 从表2中可以看出，计算值和实测值的平均相似 系数近 0 9 ， 表明计算值和实测值之间的拟合程度很好。 因此 ，采用 A l l a r d J o h n s o n吸声模型的 P AM V A O N E 软件可以分析计算多孔沥青混凝土路面的降噪陛 能。 6 结语 本 文首 次提 出采用 P A M V A O N E噪声分 析 软件计 算 多孔 沥青混 凝 土路 面的 降噪性 能 。在 软件 中建立 了 A l l a r d J o h n s o n吸声模 型 ，输入 不 同空隙率沥青混凝土试件 的参数后 ，即可计算 得到不 同空隙率沥青混凝土试件的吸声频谱和 平均吸声 系数 。通过采用统计软件 S P S S分析 P A M V A O N E噪声软件计算值与室内试验实测 值之 间的相似性 ，表明 P A M V A O N E噪声软件可 用于计算分析多孔沥青混凝土路面的降噪性能。 参考 文献 【 1 H a n s B e n d t s e n ，B e n t A n d e r s e n N o i s e R e d u c i n g P a v e m e n ts - S t a t e o f t h e a r t i n D e n m a r k 【 R H e d e h u s e n e ：Dani s h R o a d I n s t i t u t e ， Re po r t 1 41 2 00 5 ：1 2 1 4 【 2 P h i l Mo r g an G u i d a n c e Ma n u a l f o r t h e I mp l e me n t a t i o n o f L o w - N o i s e R o a d S u r f a c e s R I B r u s s e l s ：T h e F o rum of E u r o p e an N a t i o n al H i g h w a y R e s e arc h L a b o r a t o r i e s ( F E H R L ) ， R e p o r t ， 2 0 0 6 【 3 邱垂德， 张连鸿( 台湾) 公路局快速公路采用开放级配橡胶沥 青铺面之探讨【 J 1 _ 台湾公路工程 ， 2 002 ， 2 8 ( 1 0 ) ： 1 O 4 】 J T J 0 5 9 9 5 ， 公路路 基路面现场测 试规程 s 5 】 G B J 8 8 1 9 8 5 ， 驻 波管法 吸声系数与声 阻抗率测量 规范 【 s1 6 】A l l ard ，J - F ；D al g l e ，G i l l e s P rop a g a t i o n of S o u n d i n P o r o u s Me d i a ：Mo d e l i n g S o u n d A b s o r b i n g Ma t e ri a l s 【 J J Me l v i l l e ：T h e J o u rna l o f t h e A c o u s t i c al S o c i e t y of A me ri c a ，1 9 9 4 ， 9 5 ( 5 ) ： 2 7 8 5 【 7 B rou a r d B ，L a f a r g e D ，A l l a r d J - F A G e n e r a l Me t h o d of Mo d e l in g S o u n d P r o p a g a t i o n i n L a y e r e d Me d i a J J o u rnal o f S o u n d and Vi b r a t i o n ， 1 9 9 5 ， ( 1 8 3 ) ： 1 2 9 1 4 2 【 8 】C h a m p o u x Y ， Al l a r d J - F D y n a mi c T o r t u o s i t y and B u l k Mo d u l u s in A i r S a t u r a t e d P o r o u s Me d ia J 】 J o u r n al o f A p p l i e d P h y s i c s ， 1 9 9 1 ， 7 O ( 4 ) ： 1 9 7 5 - 1 9 7 9 9 】 余建英， 何旭宏 数理统计分析与 S P S S 应用【 M 北京： 人民邮 电出版社 ， 2 00 3 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m