预应力管桩在软土地基处理中的应用

预应力管桩在软土地基处理中的应用

（中铁第五勘察设计院集团有限公司，哈尔滨，150001）

摘要：新建客运专线路基地段多为软土，在确保技术可行的前提下，经经济比较，本段路基采用预应力管桩基础进行加固。

关键词：松软土地基处理、桩基计算、地基沉降计算、工后沉降控制

1.概况

1.1工程地质及水文地质概况

新建**客运专线，地处冲海积平原区，地势宽广平坦，地表水系发育，河塘密布，域内排涝沟渠纵横，沿线多为软土路基。现选取DK10+007～DK10+200段软土路基为例，进行分析。

工点内地层由新至老描述如下： ②31粉土（Q4al1）：黄褐色，潮湿-饱和，稍密，主要由粉粒组成，土质不均匀，夹薄层粉质黏土，Ⅰ级松土，σ0=120kPa，层厚2.8m，天然重度γ=18.8 kN/m3，内摩擦角φ=25.1°，压缩模量Es=6.69Mpa，侧阻qsi=13Kpa。

⑤71粉砂（Q4mc4）：灰褐色，松散-稍密，饱和，砂质不均匀，局部夹粉土，Ⅰ级松土，σ0=90kPa，层厚8.4m，天然重度γ=18.0 kN/m3，内摩擦角φ=26°，压缩模量Es=6.0Mpa，侧阻qsi=12Kpa。

⑤72粉砂（Q4mc4）：灰色、深灰色，中密，饱和，颗粒较均匀，砂质不纯，含少量云母及贝壳碎屑，局部夹粉土薄层，Ⅰ级松土，σ0=110kPa，层厚10.8m，天然重度γ=19.0 kN/m3，内摩擦角φ=28°，压缩模量Es=10.0Mpa，侧阻qsi=24Kpa。

⑤72粉质黏土与粉土互层(Q4mc1)：灰色，硬塑，含千层饼状粉土，呈互层状，Ⅱ级普通土，σ0=110kPa，层厚1.46m，天然重度γ=19.0 kN/m3，内摩擦角φ=28°，压缩模量Es=12.0Mpa，侧阻qsi=24Kpa。

⑤231粉质黏土与粉土互层(Q4mc1)：灰色，硬塑，含千层饼状粉土，呈互层状，Ⅱ级普通土，σ0=140kPa，层厚29.07m，天然重度γ=17.9 kN/m3，内摩擦角φ=19.2°，压缩模量Es=10.3Mpa。

⑥71粉砂(Q3al4)：灰色，密实，饱和，含千层饼状粉质黏土，呈互层状，Ⅰ级松土，σ

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压缩模量Es=11.2Mpa。 0=90kPa，层厚10.0m，天然重度γ=20.0kN/m，内摩擦角φ=30°，

工点内地下水主要为第四系孔隙潜水和承压水，孔隙潜水主要赋存于第四系全新统粉土中，水位埋深0.7～2.2m。

1.2技术要求

设计行车速度350km/h，轨道类型为无砟，工后沉降控制标准：无砟轨道路基工后沉降不宜大于15mm，路基与桥梁、隧道或横向构筑物交界处的工后沉降差不应大于5mm。

2.桩基设计计算

2.1单桩承载力设计

2.1.1路基填高及列车荷载

路基填高5.7m，路基面总宽度15m，填料重度γ=19KN/m3，列车与轨道荷载应力扩散角23°，路基边坡坡率1:1.5，预压土柱高度3.0m；轨道、列车荷载分布宽度3.4m，轨道荷载17.3 KN/m2，两个，列车荷载36.8 KN/m2，两个，线间荷载分布宽度1.2m，线间荷载10.7 KN/m2, 列车与轨道荷载扩散至路基基底分布宽b=13.21m，路基基底底面宽度B=31.98m。

2.1.2基底应力

高速铁路软土地基处理，重在工后沉降的控制，为此需求得不同工况下的基底应力。有荷载时为列车+轨道+路基填土，无荷载时仅为填土荷载。根据上述计算模型，采用γh法求得有荷基底应力F有=136.37Kpa，采用《路基手册法》求得F有=137.71Kpa，无荷基底应力F无=107.54Kpa；堆载预压时基地应力F预=132.24Kpa。

2.1.3单桩承载力的确定

地基处理拟采用，外径0.5m，内径0.3m，桩间距S=2.4m，采用正方形布置的预应力管桩进行加固。依据基底应力，需管桩提供的单桩承载力设计值Ra=F有*S2=785.5 KPa。单桩承载力受控于桩身材料强度及桩周土所能提供的抗力，分别求得各自设计值Ra1、Ra2取两者小值，并应大于Ra。

①按桩身材料强度计算时：Ra1=Ψ*fc*Ap

fc：空心桩混凝土极限轴心抗压强度设计值，单位KPa，C80混凝土取35.9Mpa，C60混凝土取27.5Mpa（本工点中fc取27.5 Mpa），Ap：桩端面积，Ψ：成桩工艺系数，PHC桩取0.70，PC桩取0.75，（本工点中Ψ取0.70），带入相应参数求得Ra1=1210 KN。

②按桩周土、桩端土的抗力提供强度计算时：Ra2=u∑αi*qsi*li+α*qpk(Aj+λp*Api) li：第i层土的厚度，单位：m，qsi：第i层土的桩侧摩阻力特征值，单位：KPa，qpk：桩端土的端阻力特征值，单位：KPa，αi、α：桩第i层土侧摩阻力及桩端阻力修正系数，u：桩周长，Aj：桩端净面积，λp：桩端土塞效应系数，Api：空心装敞口面积，带入相应的参数求得Ra2=808 KN时，桩长为22m，桩端位于第四层的粉质粘土与粉土互层，显然该工点的单桩承载力设计值应该取Ra=808 KN。

2.2管桩下卧层按等效附加应力计算沉降

桩底面处的附加应力按应力扩散法计算??zD?B?F

(B?2L?tan??)(D?2L?tan??)F：复合地基上基底压应力，单位KPa，D:复合地基上作用长度，单位m，B:复合地基上作用宽度，单位m（该计算模型为31.98m），L：复合地基加固区厚度，单位m，β：应力扩散角，可取桩侧各土层内摩擦角加权平均值的1/4计。

带入相应的参数求得应力扩散后桩底附加应力：σ有荷=118.51KPa，σ无荷=92.54KPa，σ预压=113.80KPa。

3.下卧层总沉降计算及工后沉降控制

预应力管桩为刚性桩，沉降计算时可忽略加固区的沉降量，主要计算加固区以下地层的沉降量，计算时仍采用分层总和法进行计算。主固结沉降

Sc??Ei?1n?pisi?hi 式中Esi：第i

层土的压缩模量（Mpa），?pi：第i层土中点的附加应力（Kpa），?hi：第i层土的厚度（m）。

3.1下卧层地基固结沉降计算

高速铁路地基压缩层的计算深度应满足σz=0.1σt 即沉降计算深度Z处的地基垂直附加应力等于0.1倍的地基自重应力，按该式确定的计算深度以下有软土层时，应继续增加计算深度。在满足沉降计算深度要求得前提下，求得不同工况下下卧层地基土的沉降量为：有荷载情况下，采用分层总和法计算得桩端以下23m处的固结总沉降量为S=15.12cm；无荷载情况下，采用分层总和法计算得桩端以下20m处的固结总沉降量为ST1=8.84cm；堆载预压土柱高度3.0m时，采用分层总和法计算得桩端以下24m处的固结总沉降量为ST2=15.02cm。

3.2工后沉降控制

无堆载预压的情况下，工后沉降量Sr=S-ST1=6.28cm，Sr>15mm，显然不能满足高速铁

路对沉降计算的要求，但考虑到下卧层软土厚度较大，继续增加桩长显然不够现实，为此可考虑采用堆载预压的措施，加大施工期沉降量，从而减少工后沉降量，该措施下工后沉降量Sr=S-ST2=0.1cm，Sr<15mm，满足高速铁路对路基沉降的控制要求。

4.结束语

本文通过预应力管桩在软土地基加固中的应用，对桩基检算、地基沉降计算及工后沉降的计算原理进行了表述，计算结果有足够的说服力，但计算方法及参数的选取会直接左右计算结果，因此在各种参数的选取中，应根据土工试验、现场原位测试、地区经验及类似工程计算参数等因素综合考虑，以确保计算结果符合工程实际。

参考文献：

[1]TB 10106—2010,铁路工程地基处理技术规程.北京:中国铁道出版社,2015. [2]周景星、王洪谨、虞石民、李广信，基础工程.北京:清华大学出版社,1996. [3]李毓林等,路基手册.北京:中国铁道出版社,1996.

[4]李粮纲、陈维明、李小青等，基础工程施工技术.武汉:中国地质大学出版社,2007.

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/pb32.html