PHC樁在溫福鐵路深厚軟土地基處理中的應(yīng)用與效果評(píng)估一、引言1.1研究背景與意義溫福鐵路作為中國(guó)國(guó)家鐵路網(wǎng)規(guī)劃中的國(guó)鐵Ⅰ級(jí)鐵路，是沿海通道和“四縱四橫”快速客運(yùn)網(wǎng)的重要構(gòu)成部分，也是浙閩兩省之間的便捷鐵路通道。它連接了浙江省溫州市和福建省福州市，于2002年9月獲國(guó)家發(fā)改委批準(zhǔn)立項(xiàng)，2005年8月開始建設(shè)，2009年9月28日正式開通運(yùn)營(yíng)，全長(zhǎng)302千米，總投資約為174.8億元，設(shè)計(jì)時(shí)速250千米，運(yùn)營(yíng)時(shí)速200千米，其建成極大地加強(qiáng)了福建和浙江兩省的區(qū)域間互聯(lián)互通，促進(jìn)了經(jīng)濟(jì)合作和交流。然而，溫福鐵路沿線軟土廣泛分布，且普遍具有厚度大、指標(biāo)差的特點(diǎn)。軟土層厚度一般40m左右，最深達(dá)到60m，平均含水量達(dá)到68%以上，呈現(xiàn)出高壓縮性、低強(qiáng)度的特性，這使得其很難滿足線路設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)要求的路基一般地段的工后沉降量。在鐵路工程建設(shè)中，地基是承載鐵路上部結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)，其穩(wěn)定性和強(qiáng)度直接關(guān)系到鐵路的安全運(yùn)營(yíng)。深厚軟土地基由于其特殊的物理力學(xué)性質(zhì)，如高含水量、高壓縮性、低強(qiáng)度和低透水性等，在承受上部荷載時(shí)容易產(chǎn)生較大的沉降和變形，且沉降穩(wěn)定時(shí)間長(zhǎng)，這對(duì)鐵路的軌道平順性、行車安全和舒適性構(gòu)成嚴(yán)重威脅。若軟土地基處理不當(dāng)，可能導(dǎo)致路基沉降、開裂，橋梁、涵洞破壞等問題。在路堤填土地段，列車運(yùn)行荷載與路堤自重的雙重作用下，軟土逐漸沉降，若路堤基底沉降不均勻，路基會(huì)發(fā)生橫向傾斜，嚴(yán)重時(shí)可能造成脫軌翻車事故；若路堤基底土壤沉降均勻，路基整段下沉，需要不斷用道碴添補(bǔ)地基，不僅會(huì)使道床厚度超過標(biāo)準(zhǔn)，還會(huì)增加鐵路養(yǎng)護(hù)的工作量與難度。當(dāng)軟土地段強(qiáng)度過差，路堤在荷載作用下，路基坡腳土?xí)∑鹣蛲?，造成路基本體開裂、下陷甚至坍塌，威脅運(yùn)輸安全。在軟土地段進(jìn)行涵洞基礎(chǔ)或明挖橋梁基礎(chǔ)施工，會(huì)導(dǎo)致涵洞局部凹陷、墻體開裂，或橋臺(tái)（墩）歪斜、下沉，破壞橋涵主體結(jié)構(gòu)，影響正常行車。因此，對(duì)溫福鐵路深厚軟土地基進(jìn)行有效處理至關(guān)重要。PHC樁（預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)度混凝土樁）作為一種性能優(yōu)異的地基處理材料，以其高強(qiáng)度、良好的耐久性、施工便捷性以及較高的性價(jià)比等優(yōu)勢(shì)，在各類建筑、道路和橋梁的地基處理中得到廣泛應(yīng)用。PHC樁的混凝土強(qiáng)度通常在C80以上，遠(yuǎn)高于普通混凝土，具有較強(qiáng)的抗壓和抗彎性能；在惡劣環(huán)境中仍能保持較長(zhǎng)的使用壽命；預(yù)制管樁可以快速安裝，大大縮短了施工周期，且由于施工速度快，可節(jié)省人力和機(jī)械成本。將PHC樁應(yīng)用于溫福鐵路深厚軟土地基處理，具有重要的理論與實(shí)踐意義。從理論方面來看，PHC樁樁網(wǎng)復(fù)合結(jié)構(gòu)在我國(guó)鐵路軟土路基地基加固工程中系首次應(yīng)用，尚無成熟的設(shè)計(jì)方法及施工工藝，且缺乏試驗(yàn)研究數(shù)據(jù)。對(duì)其展開研究，有助于深入了解PHC樁在深厚軟土地基中的作用機(jī)理、承載特性、沉降規(guī)律等，豐富和完善軟土地基處理的理論體系，為后續(xù)類似工程提供理論支撐。通過現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)、理論計(jì)算和數(shù)值分析等手段，研究PHC樁樁網(wǎng)復(fù)合結(jié)構(gòu)處理深層軟土地基的設(shè)計(jì)參數(shù)及施工工藝，能夠?yàn)樵摷夹g(shù)的進(jìn)一步發(fā)展和應(yīng)用提供科學(xué)依據(jù)。在實(shí)踐層面，采用PHC樁處理溫福鐵路深厚軟土地基，能夠有效提高地基的承載能力和穩(wěn)定性，減少地基沉降和變形，確保鐵路的安全運(yùn)營(yíng)。與其他軟土地基處理方法相比，PHC樁施工速度快，可縮短鐵路建設(shè)工期，減少工程建設(shè)對(duì)周邊環(huán)境和社會(huì)經(jīng)濟(jì)的影響；同時(shí)，其施工過程相對(duì)環(huán)保，施工現(xiàn)場(chǎng)無空氣污染。此外，合理的PHC樁設(shè)計(jì)和施工還能降低工程成本，提高工程的經(jīng)濟(jì)效益。成功應(yīng)用PHC樁處理溫福鐵路深厚軟土地基，可為我國(guó)其他鐵路建設(shè)項(xiàng)目在軟土地基處理方面提供寶貴的工程經(jīng)驗(yàn)和借鑒案例，推動(dòng)我國(guó)鐵路建設(shè)技術(shù)的進(jìn)步和發(fā)展。1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.2.1國(guó)外研究現(xiàn)狀國(guó)外對(duì)于PHC樁在軟土地基處理中的應(yīng)用研究起步較早，在理論研究和工程實(shí)踐方面均取得了豐碩成果。在理論研究方面，國(guó)外學(xué)者針對(duì)PHC樁的承載特性開展了深入探究。比如，一些學(xué)者通過建立樁土相互作用的力學(xué)模型，運(yùn)用彈性理論和有限元方法，對(duì)PHC樁在軟土地基中的豎向和水平承載性能進(jìn)行分析，研究了樁身材料特性、樁長(zhǎng)、樁徑、樁間距以及土體性質(zhì)等因素對(duì)承載能力的影響。在沉降計(jì)算方面，國(guó)外已經(jīng)形成了多種較為成熟的理論和方法，如太沙基一維固結(jié)理論、Boussinesq應(yīng)力解以及基于有限元的數(shù)值計(jì)算方法等，這些理論和方法在預(yù)測(cè)PHC樁復(fù)合地基沉降方面發(fā)揮了重要作用。此外，對(duì)于PHC樁在復(fù)雜地質(zhì)條件下的應(yīng)用，如深厚軟土、軟硬互層等，國(guó)外學(xué)者也進(jìn)行了相關(guān)研究，提出了相應(yīng)的設(shè)計(jì)和施工建議。在工程實(shí)踐方面，PHC樁在歐美、日本等國(guó)家和地區(qū)得到廣泛應(yīng)用。在高層建筑領(lǐng)域，PHC樁憑借其高強(qiáng)度、高承載能力和良好的耐久性，被大量用于承載上部結(jié)構(gòu)的巨大荷載；在橋梁工程中，PHC樁能夠有效支撐橋梁的重量，抵抗各種荷載作用，確保橋梁的安全穩(wěn)定；在港口碼頭等工程中，PHC樁也因其能適應(yīng)惡劣的海洋環(huán)境而得到青睞。在這些應(yīng)用過程中，積累了豐富的施工經(jīng)驗(yàn)，研發(fā)了一系列先進(jìn)的施工設(shè)備和技術(shù)，如高精度的靜壓沉樁設(shè)備、智能化的打樁監(jiān)控系統(tǒng)等，大大提高了施工效率和質(zhì)量。1.2.2國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀近年來，隨著我國(guó)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的快速發(fā)展，PHC樁在軟土地基處理中的應(yīng)用越來越廣泛，國(guó)內(nèi)學(xué)者也開展了大量相關(guān)研究。在理論研究方面，國(guó)內(nèi)學(xué)者在借鑒國(guó)外研究成果的基礎(chǔ)上，結(jié)合我國(guó)實(shí)際工程地質(zhì)條件和工程特點(diǎn)，對(duì)PHC樁的承載特性、沉降計(jì)算方法、樁土相互作用機(jī)理等進(jìn)行了深入研究。通過大量現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)和室內(nèi)模型試驗(yàn)，獲取了豐富的數(shù)據(jù)資料，進(jìn)一步完善了PHC樁在軟土地基中的力學(xué)性能理論。例如，一些學(xué)者針對(duì)我國(guó)軟土的特殊性質(zhì)，對(duì)傳統(tǒng)的沉降計(jì)算方法進(jìn)行改進(jìn)和優(yōu)化，提出了更適合我國(guó)國(guó)情的沉降計(jì)算模型。在樁土相互作用機(jī)理研究方面，通過數(shù)值模擬和現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)相結(jié)合的方法，深入分析了樁土之間的荷載傳遞規(guī)律、應(yīng)力分布特征以及變形協(xié)調(diào)關(guān)系。在工程實(shí)踐方面，PHC樁在我國(guó)各類建筑工程、道路工程、鐵路工程和水利工程中得到廣泛應(yīng)用。在鐵路工程中，隨著我國(guó)鐵路建設(shè)的快速發(fā)展，尤其是高速鐵路的大規(guī)模建設(shè)，對(duì)地基的穩(wěn)定性和沉降控制要求越來越高，PHC樁作為一種有效的地基處理方法，在鐵路軟土地基處理中發(fā)揮了重要作用。如在溫福鐵路、甬臺(tái)溫鐵路等沿海鐵路建設(shè)中，針對(duì)沿線深厚軟土地基，采用PHC樁進(jìn)行處理，取得了良好的工程效果。在這些工程實(shí)踐中，不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，優(yōu)化施工工藝和技術(shù)參數(shù)，提高了PHC樁的施工質(zhì)量和效率。同時(shí)，針對(duì)PHC樁施工過程中出現(xiàn)的問題，如樁身斷裂、上浮、偏位等，開展了相關(guān)研究，提出了相應(yīng)的預(yù)防和處理措施。1.2.3研究現(xiàn)狀分析國(guó)內(nèi)外在PHC樁在軟土地基處理方面已經(jīng)取得了諸多成果，但仍存在一些不足之處。一方面，雖然現(xiàn)有的理論和方法在一定程度上能夠解決PHC樁在軟土地基中的設(shè)計(jì)和施工問題，但由于軟土地基的復(fù)雜性和多樣性，不同地區(qū)軟土的物理力學(xué)性質(zhì)差異較大，現(xiàn)有的理論和方法在某些特殊地質(zhì)條件下的適應(yīng)性有待進(jìn)一步提高。另一方面，在PHC樁樁網(wǎng)復(fù)合結(jié)構(gòu)的研究方面，雖然已經(jīng)開展了一些工作，但對(duì)于其在復(fù)雜地質(zhì)條件下的長(zhǎng)期性能和可靠性研究還相對(duì)較少，缺乏系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)和分析數(shù)據(jù)。此外，在施工技術(shù)方面，雖然已經(jīng)有了一些先進(jìn)的施工設(shè)備和技術(shù)，但在一些復(fù)雜施工環(huán)境下，如何進(jìn)一步提高施工質(zhì)量和效率，降低施工成本，仍然是需要解決的問題。基于以上研究現(xiàn)狀，本文將以溫福鐵路深厚軟土地基處理為背景，針對(duì)PHC樁樁網(wǎng)復(fù)合結(jié)構(gòu)在該工程中的應(yīng)用展開深入研究，通過現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)、理論分析和數(shù)值模擬等手段，進(jìn)一步探究PHC樁在深厚軟土地基中的承載特性、沉降規(guī)律、樁土相互作用機(jī)理等，優(yōu)化設(shè)計(jì)參數(shù)和施工工藝，為類似工程提供更具針對(duì)性和實(shí)用性的參考依據(jù)。1.3研究?jī)?nèi)容與方法1.3.1研究?jī)?nèi)容本文針對(duì)溫福鐵路深厚軟土地基的特點(diǎn)，深入研究PHC樁在該工程中的應(yīng)用，主要內(nèi)容包括以下幾個(gè)方面：PHC樁在溫福鐵路軟土地基中的應(yīng)用研究：詳細(xì)分析溫福鐵路沿線軟土地基的工程地質(zhì)特性，包括軟土的分布范圍、厚度、物理力學(xué)指標(biāo)等，為PHC樁的設(shè)計(jì)和施工提供基礎(chǔ)資料。結(jié)合工程實(shí)際，研究PHC樁樁網(wǎng)復(fù)合結(jié)構(gòu)在溫福鐵路深厚軟土地基處理中的適用性，分析其優(yōu)勢(shì)和潛在問題。PHC樁的承載性能與沉降特性研究：通過現(xiàn)場(chǎng)靜載荷試驗(yàn)、高應(yīng)變動(dòng)力測(cè)試等方法，獲取PHC樁的豎向和水平承載能力數(shù)據(jù)，分析樁長(zhǎng)、樁徑、樁間距、樁身材料特性以及土體性質(zhì)等因素對(duì)承載性能的影響規(guī)律。利用現(xiàn)場(chǎng)沉降觀測(cè)數(shù)據(jù)，結(jié)合理論計(jì)算和數(shù)值模擬，研究PHC樁復(fù)合地基的沉降特性，包括沉降發(fā)展過程、最終沉降量預(yù)測(cè)以及沉降分布規(guī)律等。PHC樁施工工藝研究：對(duì)PHC樁的施工工藝進(jìn)行全面研究，包括施工前的準(zhǔn)備工作、樁的吊運(yùn)與堆放、沉樁方法（如錘擊法、靜壓法等）的選擇與應(yīng)用、接樁工藝以及施工過程中的注意事項(xiàng)等。分析不同施工工藝對(duì)PHC樁施工質(zhì)量和效率的影響，提出適合溫福鐵路深厚軟土地基的施工工藝參數(shù)和施工流程。PHC樁施工質(zhì)量控制與檢測(cè)方法研究：建立完善的PHC樁施工質(zhì)量控制體系，從原材料質(zhì)量控制、施工過程質(zhì)量監(jiān)控到成品樁質(zhì)量檢驗(yàn)，制定詳細(xì)的質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)和措施。研究PHC樁的質(zhì)量檢測(cè)方法，如低應(yīng)變反射波法、聲波透射法等，分析這些方法的適用范圍和檢測(cè)精度，確保PHC樁的施工質(zhì)量符合設(shè)計(jì)要求。1.3.2研究方法為實(shí)現(xiàn)上述研究目標(biāo)，本文將綜合運(yùn)用以下研究方法：文獻(xiàn)研究法：廣泛查閱國(guó)內(nèi)外關(guān)于PHC樁在軟土地基處理方面的相關(guān)文獻(xiàn)資料，包括學(xué)術(shù)論文、研究報(bào)告、工程案例等，了解該領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)，總結(jié)前人的研究成果和經(jīng)驗(yàn)，為本文的研究提供理論基礎(chǔ)和參考依據(jù)。案例分析法：以溫福鐵路深厚軟土地基處理工程為具體案例，深入分析PHC樁在該工程中的實(shí)際應(yīng)用情況，包括工程設(shè)計(jì)、施工過程、質(zhì)量控制以及運(yùn)營(yíng)效果等，通過對(duì)實(shí)際案例的研究，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，為類似工程提供實(shí)踐參考?，F(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)法：在溫福鐵路施工現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置監(jiān)測(cè)點(diǎn)，對(duì)PHC樁的施工過程和地基處理效果進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，包括樁身應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測(cè)、地基沉降監(jiān)測(cè)、孔隙水壓力監(jiān)測(cè)等，獲取第一手?jǐn)?shù)據(jù)資料，為研究PHC樁的承載性能、沉降特性以及樁土相互作用機(jī)理提供數(shù)據(jù)支持。數(shù)值模擬法：利用有限元分析軟件，建立PHC樁樁網(wǎng)復(fù)合結(jié)構(gòu)與軟土地基相互作用的數(shù)值模型，模擬不同工況下PHC樁的受力變形情況和地基的沉降特性，通過數(shù)值模擬，進(jìn)一步驗(yàn)證現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)和理論分析的結(jié)果，優(yōu)化PHC樁的設(shè)計(jì)參數(shù)和施工工藝。二、溫福鐵路深厚軟土地基特性分析2.1溫福鐵路工程概述溫福鐵路是中國(guó)國(guó)家鐵路網(wǎng)規(guī)劃中的國(guó)鐵Ⅰ級(jí)鐵路，也是沿海通道和“四縱四橫”快速客運(yùn)網(wǎng)的重要組成部分，是連接浙江省溫州市和福建省福州市的便捷鐵路通道。該鐵路于2002年9月獲國(guó)家發(fā)改委批準(zhǔn)立項(xiàng)，2005年8月全線開工建設(shè)，2009年9月28日正式開通運(yùn)營(yíng)。其全長(zhǎng)302千米，設(shè)有12座車站，總投資約為174.8億元，設(shè)計(jì)時(shí)速250千米，運(yùn)營(yíng)時(shí)速200千米。溫福鐵路的建成，具有重大的戰(zhàn)略意義和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。它極大地加強(qiáng)了浙江和福建兩省之間的聯(lián)系，縮短了區(qū)域間的時(shí)空距離，促進(jìn)了人員、物資和信息的快速流動(dòng)。在經(jīng)濟(jì)發(fā)展方面，該鐵路推動(dòng)了長(zhǎng)三角地區(qū)和海峽西岸經(jīng)濟(jì)區(qū)的協(xié)同發(fā)展，加強(qiáng)了兩大經(jīng)濟(jì)區(qū)域之間的經(jīng)濟(jì)合作與交流，為區(qū)域經(jīng)濟(jì)一體化發(fā)展提供了有力支撐。同時(shí)，溫福鐵路的開通也帶動(dòng)了沿線地區(qū)的旅游業(yè)、制造業(yè)、服務(wù)業(yè)等產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，促進(jìn)了當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟(jì)繁榮和就業(yè)增長(zhǎng)。在交通運(yùn)輸領(lǐng)域，溫福鐵路作為沿海通道的重要組成部分，完善了我國(guó)的鐵路運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)，提高了鐵路運(yùn)輸?shù)哪芰托?，緩解了區(qū)域貨物運(yùn)輸壓力，形成了更加高效、低成本的物流鏈。此外，它還加強(qiáng)了沿海港口城市與其腹地之間的經(jīng)濟(jì)交流，為臨海工業(yè)、能源、原材料等產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供了可靠的運(yùn)力支持。然而，溫福鐵路沿線的地質(zhì)條件復(fù)雜，軟土地基分布廣泛。這些軟土地基主要分布在沿海平原、山間谷地等區(qū)域，覆蓋了線路的多個(gè)路段。軟土地基的處理對(duì)于溫福鐵路的建設(shè)至關(guān)重要。由于軟土具有高含水量、高壓縮性、低強(qiáng)度和低透水性等不良工程性質(zhì)，若不進(jìn)行有效處理，在鐵路運(yùn)營(yíng)過程中，軟土地基可能會(huì)產(chǎn)生較大的沉降和變形，影響鐵路軌道的平順性和穩(wěn)定性，進(jìn)而威脅行車安全。例如，軟土地基的不均勻沉降可能導(dǎo)致軌道高低不平，使列車行駛時(shí)產(chǎn)生顛簸和振動(dòng)，降低乘客的舒適度，同時(shí)也會(huì)增加軌道部件的磨損和損壞，縮短軌道的使用壽命。此外，過大的沉降還可能導(dǎo)致橋梁、涵洞等結(jié)構(gòu)物的損壞，影響鐵路的正常運(yùn)營(yíng)。因此，對(duì)溫福鐵路深厚軟土地基進(jìn)行科學(xué)、合理的處理，是確保鐵路工程質(zhì)量和安全運(yùn)營(yíng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。2.2深厚軟土地基特征溫福鐵路沿線軟土地基的形成與區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造、沉積環(huán)境密切相關(guān)。在漫長(zhǎng)的地質(zhì)歷史時(shí)期，該區(qū)域經(jīng)歷了復(fù)雜的海陸變遷，尤其是在第四紀(jì)時(shí)期，受到海侵和海退的影響，大量的細(xì)顆粒物質(zhì)在濱海、河口、溺谷等低洼地區(qū)沉積，逐漸形成了深厚的軟土地層。這些軟土主要由全新統(tǒng)濱海灘涂—溺谷相沉積形成，其物質(zhì)組成以粉粒和黏粒為主，含有少量的有機(jī)質(zhì)和腐殖物。在沉積過程中，由于水流速度緩慢，顆粒之間的排列較為疏松，導(dǎo)致軟土的孔隙比較大，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性差。從地層結(jié)構(gòu)來看，溫福鐵路沿線軟土地基呈現(xiàn)出典型的多層結(jié)構(gòu)特征。以某試驗(yàn)段為例，其地層結(jié)構(gòu)自上而下依次為：表層為0.4-2.1m厚的粉質(zhì)黏土，褐黃-灰綠色，硬塑，局部夾少量礫石，表層0.4-0.6m為種植土，含植物根莖；第二層為10.5-19.7m厚的淤泥，淺灰色，流塑，手感細(xì)膩，分布均勻，含少量腐殖物，有機(jī)質(zhì)含量2.8-7.9%，局部夾粉細(xì)砂透鏡體；第三層為3.6-28m厚的粉質(zhì)黏土，褐黃色、灰綠色、淺灰等色，軟硬分布不均，海陸交互相成因夾粗砂、礫石、碎石土、淤泥質(zhì)黏土等透鏡體；第四層為0-6.0m厚的淤泥質(zhì)黏土，淺灰色，流塑，夾少量腐植物及貝殼，局部夾圓礫土，粗砂、粉砂、礫砂、碎石土透鏡體，灰色夾灰黃色，中密，飽和；第五層為2m厚的全風(fēng)化花崗巖，呈砂土狀，標(biāo)貫擊數(shù)N＝25-50；最下層為10m厚的全風(fēng)化凝灰?guī)r，灰綠色或灰白色，呈砂土狀，標(biāo)貫擊數(shù)N＝16-35。這種復(fù)雜的地層結(jié)構(gòu)使得軟土地基的工程性質(zhì)更加復(fù)雜多變。溫福鐵路沿線軟土地基具有一系列不良的工程特性，對(duì)鐵路工程建設(shè)和運(yùn)營(yíng)構(gòu)成嚴(yán)重威脅。高含水量：軟土的天然含水量通常較高，一般在35%-80%之間，溫福鐵路沿線軟土的平均含水量更是達(dá)到68%以上，部分區(qū)域甚至超過75%。高含水量使得軟土處于飽和狀態(tài)，土體顆粒間的孔隙被大量水分填充，導(dǎo)致土體的重度增加，抗剪強(qiáng)度降低，壓縮性增大。當(dāng)受到外部荷載作用時(shí)，土體中的水分難以迅速排出，會(huì)產(chǎn)生較大的孔隙水壓力，進(jìn)一步削弱土體的強(qiáng)度，使地基容易發(fā)生沉降和變形。高壓縮性：軟土的壓縮性較高，其壓縮系數(shù)一般在0.5-1.5MPa?1之間，部分可達(dá)4.5MPa?1，壓縮指數(shù)約為0.35-0.75。在鐵路工程中，軟土地基承受著路堤、軌道等上部結(jié)構(gòu)的荷載，高壓縮性會(huì)導(dǎo)致地基在荷載作用下產(chǎn)生較大的壓縮變形，且沉降穩(wěn)定時(shí)間長(zhǎng)。例如，在溫福鐵路某段軟土地基上進(jìn)行路堤填筑時(shí)，隨著填筑高度的增加，地基沉降量不斷增大，且在填筑完成后的很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)，地基仍在持續(xù)沉降，嚴(yán)重影響了鐵路軌道的平順性和穩(wěn)定性。低強(qiáng)度：軟土的強(qiáng)度較低，其天然不排水抗剪強(qiáng)度一般小于20kPa，變化范圍在5-25kPa之間。有效內(nèi)摩擦角約為20°-35°，固結(jié)不排水剪內(nèi)摩擦角為12°-17°。低強(qiáng)度使得軟土地基難以承受較大的荷載，在鐵路工程中，容易導(dǎo)致地基失穩(wěn)，出現(xiàn)滑坡、坍塌等事故。此外，軟土的靈敏度較高，一般為4-10，屬于高靈敏度土。在地基處理和施工過程中，若對(duì)軟土結(jié)構(gòu)造成擾動(dòng)，其強(qiáng)度會(huì)顯著降低，進(jìn)一步影響地基的穩(wěn)定性。不均勻性：溫福鐵路沿線軟土地基在水平和垂直方向上都存在明顯的不均勻性。從水平方向來看，由于沉積環(huán)境的差異，不同區(qū)域的軟土性質(zhì)存在較大差異，如軟土的厚度、含水量、壓縮性等指標(biāo)在不同地段變化較大。從垂直方向上看，軟土地基呈現(xiàn)出多層結(jié)構(gòu)，各層土的性質(zhì)也不盡相同，且同一層土的物理力學(xué)指標(biāo)也可能存在較大變化。這種不均勻性會(huì)導(dǎo)致地基在受力時(shí)產(chǎn)生不均勻沉降，使鐵路軌道出現(xiàn)高低不平、扭曲等問題，影響行車安全和舒適性。例如，在溫福鐵路某段，由于軟土地基的不均勻性，路堤出現(xiàn)了明顯的不均勻沉降，導(dǎo)致軌道高低差超過允許范圍，不得不進(jìn)行多次維修和整治。2.3軟土地基處理難點(diǎn)溫福鐵路深厚軟土地基處理面臨諸多挑戰(zhàn)，處理不當(dāng)將對(duì)鐵路工程的安全和穩(wěn)定性產(chǎn)生嚴(yán)重影響。復(fù)雜的地層結(jié)構(gòu)是首要難題。溫福鐵路沿線軟土地基由多層不同性質(zhì)的土層構(gòu)成，各土層的物理力學(xué)性質(zhì)差異顯著。例如，軟土層中常夾有黏土、粗砂等透鏡體夾層，且厚度分布不均、變化較大。下臥地層為燕山期凝灰?guī)r、花崗巖，地層橫縱向起伏，風(fēng)化層厚度變化極大，呈現(xiàn)出軟硬突變的特性。這種復(fù)雜的地層結(jié)構(gòu)使得施工難度大幅增加，在樁基礎(chǔ)施工過程中，難以準(zhǔn)確確定樁長(zhǎng)和樁的終孔條件。相鄰2.5m的管樁，其實(shí)際樁長(zhǎng)與設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)可能相差5m以上，這是因?yàn)橄屡P風(fēng)化層厚度變化過大，同一地層物理力學(xué)指標(biāo)差異較大。若樁長(zhǎng)設(shè)計(jì)不合理，樁無法有效穿透軟土層到達(dá)穩(wěn)定持力層，會(huì)導(dǎo)致地基承載力不足，在鐵路運(yùn)營(yíng)過程中，可能引發(fā)地基沉降、塌陷等問題，嚴(yán)重威脅鐵路的安全運(yùn)行。嚴(yán)格的變形控制要求也給軟土地基處理帶來巨大挑戰(zhàn)。鐵路工程對(duì)地基的變形控制極為嚴(yán)格，尤其是對(duì)于溫福鐵路這樣的高等級(jí)鐵路，其設(shè)計(jì)時(shí)速較高，對(duì)軌道的平順性和穩(wěn)定性要求極高。軟土地基具有高壓縮性和長(zhǎng)期的沉降特性，在鐵路運(yùn)營(yíng)荷載和自身重力的作用下，軟土地基會(huì)產(chǎn)生較大的沉降和變形，且沉降穩(wěn)定時(shí)間長(zhǎng)。若不能有效控制軟土地基的變形，軌道的高低差和不平順度將超出允許范圍，這不僅會(huì)影響列車的運(yùn)行速度和舒適性，還可能導(dǎo)致列車脫軌等嚴(yán)重安全事故。同時(shí)，不均勻沉降還會(huì)對(duì)橋梁、涵洞等結(jié)構(gòu)物產(chǎn)生附加應(yīng)力，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)物開裂、損壞，影響其使用壽命和安全性。施工條件的限制也是不可忽視的難點(diǎn)。溫福鐵路部分路段位于沿海地區(qū)，地下水位高，且場(chǎng)地狹窄，這給施工帶來諸多不便。地下水位高會(huì)使軟土地基處于飽和狀態(tài)，增加土體的含水量和孔隙水壓力，降低土體的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。在這種情況下進(jìn)行地基處理施工，如采用樁基礎(chǔ)施工，容易出現(xiàn)樁身傾斜、斷裂等問題，影響施工質(zhì)量和進(jìn)度。場(chǎng)地狹窄則限制了施工設(shè)備的停放和作業(yè)空間，增加了材料堆放和運(yùn)輸?shù)碾y度，不利于大規(guī)模施工的開展。此外，沿海地區(qū)還可能受到臺(tái)風(fēng)、暴雨等自然災(zāi)害的影響，進(jìn)一步增加了施工的難度和風(fēng)險(xiǎn)。如果軟土地基處理不當(dāng)，將會(huì)帶來一系列嚴(yán)重后果。在路堤填土地段，可能導(dǎo)致路基沉降、開裂，影響鐵路的正常運(yùn)營(yíng)。不均勻沉降會(huì)使路基出現(xiàn)橫向傾斜，嚴(yán)重時(shí)可能造成列車脫軌翻車事故。若路堤基底土壤沉降均勻，路基整段下沉，需要不斷用道碴添補(bǔ)地基，不僅會(huì)使道床厚度超過標(biāo)準(zhǔn)，增加鐵路養(yǎng)護(hù)的工作量與難度，還會(huì)影響列車的運(yùn)行安全。在軟土地段進(jìn)行涵洞基礎(chǔ)或明挖橋梁基礎(chǔ)施工時(shí)，處理不當(dāng)會(huì)導(dǎo)致涵洞局部凹陷、墻體開裂，或橋臺(tái)（墩）歪斜、下沉，破壞橋涵主體結(jié)構(gòu)，影響正常行車。因此，針對(duì)溫福鐵路深厚軟土地基的特點(diǎn)，采取有效的處理措施，解決上述處理難點(diǎn)，對(duì)于確保鐵路工程的質(zhì)量和安全運(yùn)營(yíng)至關(guān)重要。三、PHC樁作用原理及優(yōu)勢(shì)3.1PHC樁基本介紹PHC樁，即預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)度混凝土樁（PrestressedHigh-strengthConcretePile），是在近代高性能混凝土（HPC）和預(yù)應(yīng)力技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的混凝土預(yù)制構(gòu)件。它采用先張預(yù)應(yīng)力離心成型工藝，并經(jīng)過10個(gè)大氣壓（1.0Mpa左右）、180℃左右的蒸汽養(yǎng)護(hù)，制成一種空心圓筒型混凝土預(yù)制構(gòu)件。PHC樁的主要材料包括高強(qiáng)度混凝土和預(yù)應(yīng)力鋼筋。其混凝土強(qiáng)度等級(jí)不低于C80，這種高強(qiáng)度混凝土使得PHC樁具有出色的抗壓性能，能夠承受較大的荷載。預(yù)應(yīng)力鋼筋則通過先張法施加預(yù)應(yīng)力，使樁身混凝土在承受外荷載之前就處于受壓狀態(tài)，從而提高樁的抗裂性能和抗彎性能。在生產(chǎn)工藝方面，先張法預(yù)應(yīng)力離心成型工藝是PHC樁生產(chǎn)的關(guān)鍵。首先，將預(yù)應(yīng)力鋼筋按照設(shè)計(jì)要求張拉并固定在鋼模上，然后向鋼模內(nèi)澆筑混凝土。接著，通過離心機(jī)高速旋轉(zhuǎn)，使混凝土在離心力的作用下均勻分布并密實(shí)成型，形成空心圓筒狀的樁身。最后，經(jīng)過高壓蒸汽養(yǎng)護(hù)，進(jìn)一步提高混凝土的強(qiáng)度和性能，使其滿足工程使用要求。PHC樁具有多種常用規(guī)格和型號(hào)，以滿足不同工程的需求。其外徑通常有300mm、400mm、500mm、600mm、800mm等多種尺寸，壁厚也根據(jù)外徑的不同而有所差異，一般在70mm-130mm之間。例如，外徑為300mm的PHC樁，壁厚常見為70mm；外徑500mm的PHC樁，壁厚有100mm和125mm兩種規(guī)格。不同規(guī)格的PHC樁，其單樁豎向承載力特征值也有所不同。以某品牌PHC樁為例，外徑300mm、壁厚70mm的A型樁，單樁豎向承載力特征值可達(dá)900kN；外徑500mm、壁厚125mm的AB型樁，單樁豎向承載力特征值則能達(dá)到2700kN。在產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)和質(zhì)量要求方面，PHC樁需嚴(yán)格遵循相關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)規(guī)范?，F(xiàn)行的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《先張法預(yù)應(yīng)力混凝土管樁》（GB/T13476-2017）對(duì)PHC樁的材料、尺寸偏差、外觀質(zhì)量、力學(xué)性能等方面都作出了明確規(guī)定。在尺寸偏差上，樁的外徑允許偏差為±5mm，壁厚允許偏差為正偏差不限，負(fù)偏差為-5mm；外觀質(zhì)量方面，樁身不得出現(xiàn)蜂窩、孔洞、裂縫等缺陷，樁端面應(yīng)平整，且與樁身中軸線垂直。在力學(xué)性能上，PHC樁的混凝土抗壓強(qiáng)度、抗彎性能、抗拔性能等都需滿足相應(yīng)的指標(biāo)要求，以確保其在工程中的安全可靠應(yīng)用。3.2PHC樁加固軟土地基原理PHC樁加固軟土地基主要基于樁土共同作用原理。當(dāng)PHC樁被打入軟土地基后，樁身與周圍土體緊密接觸，形成了一個(gè)相互作用的體系。在這個(gè)體系中，上部結(jié)構(gòu)的荷載通過樁身傳遞到地基中，由樁身與土體之間的摩擦力以及樁端阻力共同承擔(dān)。樁身與土體之間的摩擦力是PHC樁承載的重要組成部分。樁身表面粗糙，與周圍土體之間存在著較大的摩擦阻力。當(dāng)樁受到豎向荷載作用時(shí)，樁身會(huì)產(chǎn)生向下的位移趨勢(shì)，此時(shí)樁身與土體之間的摩擦力會(huì)阻止樁身的下沉，將部分荷載傳遞給周圍土體。這種摩擦力的大小與樁身的長(zhǎng)度、直徑、表面粗糙度以及土體的性質(zhì)等因素密切相關(guān)。一般來說，樁身越長(zhǎng)、直徑越大，樁身與土體之間的接觸面積就越大，摩擦力也就越大。土體的性質(zhì)也對(duì)摩擦力有重要影響，如土體的密實(shí)度、含水量、粘聚力等都會(huì)改變摩擦力的大小。在溫福鐵路深厚軟土地基中，由于軟土的含水量高、強(qiáng)度低，樁身與土體之間的摩擦力相對(duì)較小，但通過合理的設(shè)計(jì)和施工，可以提高摩擦力，增強(qiáng)樁的承載能力。樁端阻力也是PHC樁承載的關(guān)鍵因素。樁端阻力是指樁端對(duì)地基土的壓力，它主要取決于樁端持力層的性質(zhì)和樁端的形狀。當(dāng)樁身將荷載傳遞到樁端時(shí)，樁端會(huì)對(duì)持力層土體產(chǎn)生擠壓作用，使持力層土體發(fā)生壓縮變形。在這個(gè)過程中，持力層土體會(huì)對(duì)樁端產(chǎn)生反作用力，即樁端阻力，它承擔(dān)了一部分荷載。對(duì)于溫福鐵路深厚軟土地基，通常選擇強(qiáng)度較高、壓縮性較低的土層作為樁端持力層，如硬塑狀的粉質(zhì)黏土、密實(shí)的砂層或風(fēng)化巖層等。通過將樁端嵌入持力層，能夠有效地提高樁端阻力，增強(qiáng)地基的承載能力。此外，樁端的形狀也會(huì)影響樁端阻力的大小，如開口樁和閉口樁的樁端阻力就有所不同。開口樁在沉樁過程中，部分土體可以進(jìn)入樁身內(nèi)部，減小了樁端的擠土效應(yīng)，從而降低了樁端阻力；而閉口樁則能更好地將荷載傳遞到樁端，樁端阻力相對(duì)較大。PHC樁加固軟土地基的作用主要體現(xiàn)在提高地基承載力和增強(qiáng)地基穩(wěn)定性兩個(gè)方面。在提高地基承載力方面，PHC樁通過將上部結(jié)構(gòu)的荷載傳遞到深層土體，使地基中的應(yīng)力分布更加均勻，從而提高了地基的承載能力。由于PHC樁的強(qiáng)度和剛度遠(yuǎn)大于周圍軟土，在荷載作用下，樁身能夠承受大部分荷載，減少了軟土所承受的壓力。同時(shí)，樁身與土體之間的摩擦力和樁端阻力的共同作用，也使得地基能夠承受更大的荷載。例如，在溫福鐵路某軟土地基處理工程中，采用PHC樁加固后，地基的承載力得到了顯著提高，能夠滿足鐵路路堤等上部結(jié)構(gòu)的承載要求。在增強(qiáng)地基穩(wěn)定性方面，PHC樁能夠有效地限制軟土地基的變形，提高地基的穩(wěn)定性。軟土地基具有高壓縮性和低強(qiáng)度的特點(diǎn)，在荷載作用下容易產(chǎn)生較大的沉降和變形，導(dǎo)致地基失穩(wěn)。而PHC樁的存在，就像在軟土地基中打入了一根根“釘子”，能夠約束軟土的變形，增強(qiáng)地基的整體性和穩(wěn)定性。樁身與土體之間的摩擦力可以阻止軟土的側(cè)向位移，樁端阻力則能防止樁身的下沉過大。此外，PHC樁還可以通過調(diào)整樁的間距和布置方式，進(jìn)一步優(yōu)化地基的受力狀態(tài)，提高地基的穩(wěn)定性。在溫福鐵路深厚軟土地基處理中，合理布置PHC樁，有效地控制了軟土地基的沉降和變形，確保了鐵路工程的安全穩(wěn)定。3.3PHC樁在溫福鐵路軟土地基處理中的優(yōu)勢(shì)在溫福鐵路深厚軟土地基處理中，PHC樁相較于其他軟土地基處理方法展現(xiàn)出多方面的顯著優(yōu)勢(shì)，使其成為該工程地基處理的理想選擇。施工速度方面，PHC樁的預(yù)制特性使其能夠在工廠進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)，不受施工現(xiàn)場(chǎng)天氣、場(chǎng)地等條件的過多限制，生產(chǎn)效率高。在現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)，采用錘擊法或靜壓法沉樁，機(jī)械化程度高，施工流程相對(duì)簡(jiǎn)單，沉樁速度快。以溫福鐵路某施工段為例，使用大型靜壓樁機(jī)進(jìn)行PHC樁施工，每天可完成數(shù)十根樁的沉樁作業(yè)，相比一些需要現(xiàn)場(chǎng)澆筑的樁基礎(chǔ)施工方法，如鉆孔灌注樁，其施工速度可提高數(shù)倍。鉆孔灌注樁需要進(jìn)行鉆孔、清孔、鋼筋籠制作與下放、混凝土澆筑等多個(gè)環(huán)節(jié)，每個(gè)環(huán)節(jié)都需要一定的施工時(shí)間，且容易受到地質(zhì)條件和施工設(shè)備故障的影響，而PHC樁的施工過程相對(duì)簡(jiǎn)潔，大大縮短了施工周期，為溫福鐵路的快速建設(shè)提供了有力保障。單樁承載力上，PHC樁的混凝土強(qiáng)度等級(jí)達(dá)到C80及以上，樁身強(qiáng)度高，再加上其合理的預(yù)應(yīng)力設(shè)計(jì)，使其具有較高的抗壓和抗彎性能。在深厚軟土地基中，PHC樁能夠有效穿透軟弱土層，將荷載傳遞到下部堅(jiān)實(shí)的持力層，從而獲得較高的單樁承載力。相關(guān)試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，相同直徑和樁長(zhǎng)的PHC樁與普通混凝土樁相比，單樁豎向承載力特征值可提高30%-50%。在溫福鐵路軟土地基處理中，PHC樁的單樁豎向承載力特征值可達(dá)1000-3000kN，能夠滿足鐵路路堤等上部結(jié)構(gòu)對(duì)地基承載力的嚴(yán)格要求，確保了鐵路工程的穩(wěn)定性和安全性。質(zhì)量保證層面，PHC樁在工廠標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)，生產(chǎn)過程中的原材料質(zhì)量、混凝土配合比、預(yù)應(yīng)力施加等關(guān)鍵環(huán)節(jié)都能得到嚴(yán)格控制，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定可靠。樁身的外觀尺寸、強(qiáng)度等指標(biāo)能夠精準(zhǔn)滿足設(shè)計(jì)要求，減少了因質(zhì)量問題導(dǎo)致的工程隱患。在運(yùn)輸和施工過程中，PHC樁的強(qiáng)度和整體性使其不易受到損壞。同時(shí)，PHC樁的質(zhì)量檢測(cè)方法成熟，如低應(yīng)變反射波法、高應(yīng)變動(dòng)力測(cè)試法等，能夠準(zhǔn)確檢測(cè)樁身的完整性和承載力，及時(shí)發(fā)現(xiàn)樁身可能存在的缺陷，確保工程質(zhì)量。PHC樁對(duì)復(fù)雜地質(zhì)條件具有較強(qiáng)的適應(yīng)性。溫福鐵路沿線軟土地基地層結(jié)構(gòu)復(fù)雜，存在多層不同性質(zhì)的土層，且土層中常夾有黏土、粗砂等透鏡體夾層。PHC樁可以根據(jù)不同的地質(zhì)條件，通過調(diào)整樁長(zhǎng)、樁徑、樁間距等參數(shù)，滿足工程需求。在遇到軟硬突變的地層時(shí)，PHC樁憑借其高強(qiáng)度和良好的穿透能力，能夠順利穿過軟弱土層，到達(dá)穩(wěn)定的持力層。對(duì)于持力層起伏變化較大的情況，也可以通過合理的樁位布置和樁長(zhǎng)設(shè)計(jì)來適應(yīng)，保證地基處理的效果。從經(jīng)濟(jì)效益分析，雖然PHC樁的單位造價(jià)可能相對(duì)某些樁型略高，但其施工速度快，能夠縮短工期，減少施工設(shè)備租賃費(fèi)用、人員管理費(fèi)用等間接成本。由于其單樁承載力高，在相同的地基承載要求下，所需的樁數(shù)量相對(duì)較少，也能降低一定的成本。此外，PHC樁的質(zhì)量可靠，后期維護(hù)成本低，從工程全壽命周期來看，具有較好的經(jīng)濟(jì)效益。據(jù)溫福鐵路工程成本核算，采用PHC樁處理軟土地基，雖然前期投資有所增加，但綜合考慮工期縮短和后期維護(hù)成本降低等因素，總體成本降低了10%-15%。在環(huán)境效益上，PHC樁施工過程中噪音污染小，尤其是靜壓法施工，幾乎無噪音產(chǎn)生，對(duì)周邊居民和環(huán)境的影響較小。相比錘擊法沉樁，靜壓法避免了強(qiáng)烈的震動(dòng)和噪音對(duì)周邊建筑物和地下管線的損害。同時(shí)，PHC樁施工過程中無需進(jìn)行泥漿護(hù)壁，不會(huì)產(chǎn)生大量的泥漿廢棄物，減少了對(duì)土壤和水體的污染。施工現(xiàn)場(chǎng)整潔，有利于環(huán)境保護(hù)和文明施工。在溫福鐵路沿線人口密集區(qū)域和生態(tài)敏感區(qū)域，PHC樁的環(huán)保優(yōu)勢(shì)得到了充分體現(xiàn)，有效減少了施工對(duì)周邊環(huán)境的負(fù)面影響。四、PHC樁在溫福鐵路的應(yīng)用實(shí)例4.1連江試驗(yàn)段工程概況連江試驗(yàn)段位于溫福鐵路靠近福州市的連江縣境內(nèi)，具體樁號(hào)范圍為DK275+000～DK275+400，全長(zhǎng)400m。該試驗(yàn)段是溫福鐵路軟土地基處理的關(guān)鍵試驗(yàn)區(qū)域，對(duì)整個(gè)溫福鐵路的軟土地基處理方案制定和施工工藝優(yōu)化具有重要的指導(dǎo)意義。其中預(yù)應(yīng)力管樁加固區(qū)段為310m，在DK275+270位置設(shè)有一座灌溉涵，其基底加固同樣采用管樁加固。在樁型參數(shù)方面，試驗(yàn)段采用了兩種規(guī)格的PHC樁。其中，φ400mm的樁有46根，φ500mm的樁有1307根。樁的布設(shè)呈正方形布置，最小樁間距為2m，最大樁間距為3m。這種樁型和樁間距的選擇是根據(jù)試驗(yàn)段的地質(zhì)條件和設(shè)計(jì)要求綜合確定的。設(shè)計(jì)單樁允許承載力為900KN，通過后續(xù)的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)和監(jiān)測(cè)，對(duì)這一設(shè)計(jì)承載力進(jìn)行驗(yàn)證和優(yōu)化。在正式施工前，為了確定合理的施工工藝參數(shù)，用靜力壓樁機(jī)和柴油錘擊機(jī)各進(jìn)行了8根工藝性試樁。通過試樁，獲取了樁的入土深度、貫入度、樁身垂直度等關(guān)鍵數(shù)據(jù)，為后續(xù)大規(guī)模施工提供了重要參考。從工程地質(zhì)條件來看，連江試驗(yàn)段工點(diǎn)范圍均為第四系地層覆蓋，上部為全新統(tǒng)濱海灘涂—溺谷相沉積形成，底部粘土屬坡殘積成因，下伏基巖為燕山期凝灰?guī)r、侵入巖。這種復(fù)雜的地質(zhì)構(gòu)造使得軟土地基的性質(zhì)更加復(fù)雜多變。地基土各層的巖性及主要物理力學(xué)指標(biāo)如下：粉質(zhì)黏土：褐黃-灰綠色，硬塑，局部夾少量礫石，表層0.4-0.6m為種植土，含植物根莖，該層厚0.4-2.1m，工點(diǎn)范圍部分分布。該層土的天然含水量較低，一般在20%-30%之間，孔隙比相對(duì)較小，約為0.7-0.9。其壓縮系數(shù)較小，一般在0.1-0.3MPa?1之間，具有一定的承載能力，但在高含水量或受到較大荷載時(shí)，仍可能發(fā)生變形。淤泥：淺灰色，流塑，手感細(xì)膩，分布均勻，含少量腐殖物，有機(jī)質(zhì)含量2.8-7.9%，局部夾粉細(xì)砂透鏡體。由于地處臨海的山前平原，其橫、縱向分布隨基巖面起伏變化較大。具高壓縮性、低強(qiáng)度的特點(diǎn)，靈敏度標(biāo)準(zhǔn)值7.1，屬靈敏性粘性土，層厚10.5-19.7m。淤泥層的含水量極高，平均含水量達(dá)到75%以上，孔隙比大，一般在1.5-3.0之間，壓縮系數(shù)高達(dá)0.5-1.5MPa?1，不排水抗剪強(qiáng)度小于20kPa，是影響地基穩(wěn)定性和承載能力的主要軟弱土層。粉質(zhì)黏土：褐黃色、灰綠色、淺灰等色，軟硬分布不均，海陸交互相成因夾粗砂、礫石、碎石土、淤泥質(zhì)黏土等透鏡體，厚3.6-28m。該層土的性質(zhì)差異較大，不同區(qū)域的物理力學(xué)指標(biāo)變化明顯，含水量在30%-50%之間，孔隙比在0.9-1.5之間，壓縮系數(shù)在0.3-0.8MPa?1之間，其承載能力和變形特性受夾層影響較大。淤泥質(zhì)黏土：淺灰色，流塑，夾少量腐植物及貝殼，厚0-6.0m，局部夾圓礫土，粗砂、粉砂、礫砂、碎石土透鏡體，灰色夾灰黃色，中密，飽和。淤泥質(zhì)黏土的含水量也較高，一般在40%-60%之間，孔隙比在1.2-2.0之間，壓縮系數(shù)在0.4-1.0MPa?1之間，抗剪強(qiáng)度較低，且由于夾有透鏡體，其不均勻性較為突出。花崗巖：全風(fēng)化呈砂土狀，標(biāo)貫擊數(shù)N＝25-50，厚＞2m。全風(fēng)化花崗巖的顆粒較細(xì)，呈砂土狀，其密實(shí)度和強(qiáng)度相對(duì)較高，標(biāo)貫擊數(shù)反映了其一定的承載能力，但仍需考慮其與上部軟土層的相互作用。凝灰?guī)r：灰綠色或灰白色，全風(fēng)化呈砂土狀，標(biāo)貫擊數(shù)N＝16-35，厚＞10m。凝灰?guī)r全風(fēng)化層的物理力學(xué)性質(zhì)與花崗巖全風(fēng)化層有所不同，其標(biāo)貫擊數(shù)相對(duì)較低，表明其強(qiáng)度略低于花崗巖全風(fēng)化層，但同樣是重要的下臥層。在水文條件方面，該區(qū)域地下空隙潛水發(fā)育，埋深0-1m。較高的地下水位使得軟土地基長(zhǎng)期處于飽和狀態(tài)，進(jìn)一步降低了土體的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。在施工過程中，地下水的存在增加了施工難度，如在樁基礎(chǔ)施工時(shí)，需要采取有效的降水措施，以確保施工的順利進(jìn)行。同時(shí)，地下水的長(zhǎng)期浸泡也可能對(duì)樁身和地基產(chǎn)生侵蝕作用，影響工程的耐久性。4.2施工準(zhǔn)備工作施工便道是保障施工順利進(jìn)行的關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施，在溫福鐵路連江試驗(yàn)段施工中，其承載著施工機(jī)械和管樁運(yùn)輸?shù)闹厝?。由于施工過程中，大型機(jī)械和滿載管樁的車輛頻繁通行，施工便道需具備較高的承載能力。該試驗(yàn)段施工便道采用分層填筑的方式，底層用片石擠除原地面表層的淤泥，有效防止便道出現(xiàn)“彈簧土”現(xiàn)象，增強(qiáng)了便道的穩(wěn)定性。中層用隧道施工棄碴填筑，為便道提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)支撐。上層則用2-4cm的碎石加石屑鋪筑，使便道表面平整，易于修整，減少了車輛行駛時(shí)的顛簸，提高了運(yùn)輸效率。在路線規(guī)劃上，施工便道盡量取直，減少了不必要的彎道，降低了車輛行駛的難度和安全風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)，便道設(shè)置在打樁范圍外，避免了樁機(jī)施工對(duì)便道暢通的影響，也防止已施工好的管樁被行駛車輛擠壓，保障了施工的有序進(jìn)行和管樁的質(zhì)量安全。工作墊層的鋪設(shè)對(duì)于確保樁機(jī)施工的穩(wěn)定性至關(guān)重要。連江試驗(yàn)段施工位置原是稻田，表層土為常年種植土，承載力較差。而單臺(tái)靜力壓樁機(jī)加配重后重量可達(dá)三百多噸，若直接在原地面施工，樁機(jī)極易沉陷，影響施工進(jìn)度和質(zhì)量。因此，必須在施工區(qū)域內(nèi)鋪設(shè)工作墊層，以提高地基承載力。一般要求工作墊層鋪設(shè)后，其承載力不少于100KPa。工作墊層材料選用隧道爆破時(shí)的棄碴，但需避免使用大塊片石，因?yàn)榇髩K片石在施工時(shí)容易引起樁位偏差，影響樁基礎(chǔ)的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。考慮到靜壓樁機(jī)機(jī)體龐大，工作墊層的鋪設(shè)寬度以最外測(cè)樁加寬5米來控制，確保了樁機(jī)在施工過程中有足夠的支撐面積，防止樁機(jī)因支撐不穩(wěn)而發(fā)生傾斜或下陷。測(cè)量放樣是PHC樁施工的重要前期工作，直接關(guān)系到樁位的準(zhǔn)確性。根據(jù)設(shè)計(jì)交付的導(dǎo)線資料，施工人員首先進(jìn)行導(dǎo)線點(diǎn)復(fù)測(cè)，確保原始數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。經(jīng)復(fù)核后，依據(jù)施工圖紙和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，在距離Ⅰ道左側(cè)30m遠(yuǎn)的位置，沿線路方向每隔25m設(shè)置一個(gè)控制點(diǎn)。這些控制點(diǎn)作為樁位放樣時(shí)經(jīng)緯儀的架鏡點(diǎn)和后視點(diǎn)，為樁位測(cè)量提供了基準(zhǔn)。然而，由于該控制點(diǎn)距離最邊緣管樁仍有18.8m，存在擠土效應(yīng)，可能導(dǎo)致控制點(diǎn)位置發(fā)生偏移。因此，每周都要用全站儀對(duì)控制點(diǎn)進(jìn)行復(fù)核、校正，以保證控制點(diǎn)的準(zhǔn)確性。在實(shí)際施工中，按施工區(qū)域劃分測(cè)量定位控制網(wǎng)，根據(jù)每天施工進(jìn)度放樣10-20個(gè)樁位。在樁位中心點(diǎn)地面上插入一支約30-40cm長(zhǎng)的小竹片樁，并用紅油漆作好記號(hào)，同時(shí)以工程樁位為中心用白灰按直徑大小畫一圓圈，方便插樁和對(duì)中。對(duì)放出的軸線和樁位，施工方自檢后，請(qǐng)監(jiān)理工程師進(jìn)行復(fù)核檢查。在沉樁過程中，也會(huì)經(jīng)常對(duì)控制點(diǎn)進(jìn)行復(fù)核，并做好定位記錄和技術(shù)復(fù)核記錄，確保樁位始終符合設(shè)計(jì)要求。施工機(jī)具和管樁材料的選擇直接影響施工質(zhì)量和效率。在連江試驗(yàn)段施工中，采用靜壓和錘擊兩種工藝施工。靜壓樁機(jī)具有無噪音、無振動(dòng)和無污染的優(yōu)點(diǎn)，適用于對(duì)環(huán)境要求較高的區(qū)域，如靠近居民區(qū)或?qū)W校的施工場(chǎng)地。本次施工選用YZY-750T全液壓側(cè)夾式樁機(jī)，其先進(jìn)的液壓系統(tǒng)和側(cè)夾式設(shè)計(jì)，能夠精確控制樁的垂直度和壓入深度，保證施工質(zhì)量。錘擊機(jī)則具有嵌巖能力強(qiáng)的特點(diǎn)，適用于需要穿透堅(jiān)硬巖層的施工情況。試驗(yàn)段采用滾管式行走的柴油錘樁機(jī)，錘型號(hào)為HD50型。樁錘的選擇遵循“重錘輕擊”原則，柴油錘錘擊能量大，施工速度快，工效高。在管樁材料方面，選用建華管樁公司生產(chǎn)的PHC管樁，砼強(qiáng)度C80，嚴(yán)格按照《先張法預(yù)應(yīng)力砼管樁》（GB13476-1999）制作。該管樁采用高壓高溫養(yǎng)護(hù)，單樁豎向承載力可達(dá)2820KN，滿足了試驗(yàn)段對(duì)樁基礎(chǔ)承載能力的要求。所有施工機(jī)械均有檢測(cè)的合格證書，確保了施工設(shè)備的安全性和可靠性。4.3施工過程與工藝4.3.1靜壓法施工靜壓法施工利用靜壓力將PHC樁壓入地基，其施工流程嚴(yán)謹(jǐn)且關(guān)鍵。樁機(jī)就位時(shí)，YZY-750T全液壓側(cè)夾式樁機(jī)進(jìn)場(chǎng)后，需精準(zhǔn)移至樁位處。通過啟動(dòng)平臺(tái)支腿油缸，對(duì)樁機(jī)的水平度進(jìn)行仔細(xì)調(diào)整，確保樁機(jī)處于水平穩(wěn)定狀態(tài)，為后續(xù)施工奠定基礎(chǔ)。樁身起吊時(shí)，先拴好吊裝用的鋼絲繩及索具，啟動(dòng)機(jī)器緩緩起吊預(yù)制樁，使樁尖垂直對(duì)準(zhǔn)樁位中心，再緩慢放下插入土中。當(dāng)樁尖插入樁位，夾具抱緊管樁后，微微啟動(dòng)壓樁油缸，當(dāng)樁入土至50cm時(shí)，再次校正樁的垂直度和平臺(tái)的水平度，保證樁的縱橫雙向垂直偏差不得超過0.5%。在壓樁過程中，啟動(dòng)壓樁油缸，將樁徐徐壓下，嚴(yán)格控制施壓速度，一般不超過2m/min。下壓過程中做好詳細(xì)記錄，包括每入土兩米時(shí)壓力表的壓力值、樁身垂直度變化等數(shù)據(jù)，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題并調(diào)整施工參數(shù)。操作要點(diǎn)和注意事項(xiàng)貫穿整個(gè)靜壓法施工過程。在垂直度控制方面，從樁身起吊插入土中開始，就要密切關(guān)注垂直度，在樁入土50cm時(shí)的二次校正尤為重要，可采用兩臺(tái)經(jīng)緯儀在相互垂直的方向上進(jìn)行觀測(cè)，確保樁身垂直。如果發(fā)現(xiàn)垂直度偏差超出允許范圍，應(yīng)立即停止壓樁，進(jìn)行調(diào)整。若偏差過大，可能需要拔出樁身重新插入。夾具的選擇和使用也至關(guān)重要，要確保夾具能夠牢固抱緊管樁，同時(shí)避免夾碎樁身。對(duì)于YZY-750T全液壓側(cè)夾式樁機(jī)的夾具，要定期檢查其磨損情況，及時(shí)更換磨損嚴(yán)重的部件。壓樁順序也不容忽視，通常宜自中間向兩邊或四周方向進(jìn)行。同一場(chǎng)地樁的入土深度不一樣時(shí)，宜先深后淺；多種規(guī)格的樁時(shí)，宜先大后小、先長(zhǎng)后短。合理的壓樁順序可以減少樁體之間的相互影響，避免因擠土效應(yīng)導(dǎo)致已壓入樁的位移或上浮。4.3.2錘擊法施工錘擊法施工借助樁錘的沖擊力將PHC樁打入地基，其施工流程同樣有嚴(yán)格要求。樁機(jī)就位時(shí)，滾管式行走的柴油錘樁機(jī)HD50型需準(zhǔn)確移動(dòng)到樁位，調(diào)整機(jī)身位置和垂直度。樁錘提升前，要檢查樁錘、樁帽和樁身是否在同一直線上，確保錘擊力能夠均勻傳遞到樁身上。提升樁錘時(shí)，按照“重錘輕擊”原則，控制好提升高度和錘擊能量。柴油錘錘擊能量大，施工速度快，但要避免過度錘擊導(dǎo)致樁身損壞。在錘擊過程中，要時(shí)刻關(guān)注樁身的垂直度和入土深度。每錘擊一段時(shí)間，就要用經(jīng)緯儀檢查樁身垂直度，確保樁身傾斜度不超過0.5%。記錄錘擊數(shù)和樁的入土深度，當(dāng)樁施打到設(shè)計(jì)的預(yù)定深度時(shí)，測(cè)定最后的貫入度。錘擊法施工的操作要點(diǎn)和注意事項(xiàng)對(duì)施工質(zhì)量影響重大。垂直度控制是關(guān)鍵，由于錘擊過程中樁身受到?jīng)_擊力作用，容易發(fā)生偏位，所以在施工過程中要加強(qiáng)觀測(cè)。在打第一根樁時(shí)，更要特別注意垂直度的控制，可在距離樁機(jī)一定遠(yuǎn)距離的地方，成90度方向上各設(shè)置一臺(tái)經(jīng)緯儀加以校準(zhǔn)。初打時(shí)應(yīng)輕，待樁身穩(wěn)定后，再按正常落距錘擊。樁帽和管樁周圍的間隙應(yīng)為5-10mm，樁帽上應(yīng)有排氣孔，以減少錘擊時(shí)的氣壓對(duì)樁身的影響。錘和樁帽之間應(yīng)使用厚度為150-200mm的豎紋硬木做錘墊，樁帽與樁頂之間須嵌入富有彈性和韌性的樁墊，如廢舊輪胎等，以減少樁頭的破損。樁墊厚度要均勻，且經(jīng)錘擊壓實(shí)后的厚度不應(yīng)小于120mm。當(dāng)樁墊被打硬和燒焦時(shí)，應(yīng)及時(shí)更換和補(bǔ)充。每根樁原則上應(yīng)該一次性連續(xù)沉到底，接樁、送樁應(yīng)連續(xù)進(jìn)行，盡量減少中間停歇時(shí)間，以避免土體對(duì)樁身的固結(jié)作用增加沉樁難度。4.3.3接樁工藝當(dāng)單節(jié)PHC樁長(zhǎng)度無法滿足設(shè)計(jì)要求時(shí)，需要進(jìn)行接樁。接樁采用端板焊接方式，這要求在接樁前，用鐵刷及棉紗仔細(xì)清理上下端板的泥土、鐵銹及油污，使焊接部位露出金屬光澤，以保證焊接質(zhì)量。上下樁節(jié)間的縫隙應(yīng)用鐵墊片墊密焊牢，確保連接緊密。焊接時(shí)應(yīng)采取對(duì)稱施焊的方式，先點(diǎn)焊定位，防止管樁再次錯(cuò)位。施焊分兩層進(jìn)行，第一層焊接完成后應(yīng)清理焊渣，再施焊第二層。焊縫應(yīng)連續(xù)、飽滿，盡量避免產(chǎn)生咬邊、氣孔和裂縫等缺陷。焊接好后，讓焊縫自然冷卻不少于1min，避免溫差過大產(chǎn)生冷裂縫，降低焊接接頭的強(qiáng)度。在接樁過程中，要使用經(jīng)緯儀在成90度夾角兩方向觀測(cè)垂直度，確保新接樁節(jié)與原樁節(jié)的軸線一致，錯(cuò)位偏差在2-3mm內(nèi)。為了更好地保證接樁質(zhì)量，可在下節(jié)樁頭上安裝導(dǎo)向箍，以便新接樁節(jié)的引導(dǎo)就位。上節(jié)樁找正方向后，對(duì)稱點(diǎn)焊4-6點(diǎn)加以固定，然后拆除導(dǎo)向箍。管樁焊接施工應(yīng)由有經(jīng)驗(yàn)的焊工按照技術(shù)規(guī)程的要求認(rèn)真進(jìn)行。4.3.4樁頭處理PHC樁施工完成后，需要對(duì)樁頭進(jìn)行妥善處理。對(duì)于高出設(shè)計(jì)標(biāo)高的樁頭，采用截樁器進(jìn)行截樁。截樁時(shí)，要注意控制截樁器的位置和力度，確保截樁面平整，且不損傷樁身。截樁后，清理樁頭表面的浮漿和雜物，使樁頭表面干凈整潔。為了增強(qiáng)樁頭與上部結(jié)構(gòu)的連接，在樁頭設(shè)置鋼筋網(wǎng)片，鋼筋網(wǎng)片的規(guī)格和布置應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求。然后澆筑混凝土樁帽，混凝土的強(qiáng)度等級(jí)應(yīng)不低于C30。澆筑過程中，要振搗密實(shí)，確保樁帽的質(zhì)量。樁帽的尺寸和形狀應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)要求進(jìn)行施工，使其能夠有效地將上部結(jié)構(gòu)的荷載傳遞到樁身上。在樁頭處理完成后，要對(duì)樁帽進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)時(shí)間不少于7天，以保證混凝土的強(qiáng)度正常增長(zhǎng)。4.4施工質(zhì)量控制與檢測(cè)PHC樁施工質(zhì)量控制貫穿整個(gè)施工過程，涵蓋多個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)。在原材料質(zhì)量控制方面，PHC樁的原材料主要包括混凝土和預(yù)應(yīng)力鋼筋，必須嚴(yán)格把控其質(zhì)量。對(duì)混凝土原材料，如水泥、砂、石、外加劑等，要進(jìn)行嚴(yán)格的檢驗(yàn)，確保其符合設(shè)計(jì)和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。水泥應(yīng)選用質(zhì)量穩(wěn)定、強(qiáng)度等級(jí)符合要求的產(chǎn)品，砂、石的粒徑、含泥量等指標(biāo)要符合規(guī)范。預(yù)應(yīng)力鋼筋的品種、規(guī)格、性能等也需符合設(shè)計(jì)要求，進(jìn)場(chǎng)時(shí)要進(jìn)行抽樣檢驗(yàn)。建華管樁公司生產(chǎn)的PHC管樁，其砼強(qiáng)度達(dá)到C80，嚴(yán)格按照《先張法預(yù)應(yīng)力砼管樁》（GB13476-1999）制作，保證了管樁的質(zhì)量。施工過程質(zhì)量監(jiān)控同樣至關(guān)重要。在靜壓法施工中，樁機(jī)就位時(shí)要確保樁機(jī)水平，樁身起吊時(shí)要保證樁尖對(duì)準(zhǔn)樁位中心，入土50cm時(shí)需再次校正樁的垂直度和平臺(tái)水平度，壓樁速度控制在2m/min以內(nèi)，并詳細(xì)記錄施壓過程中的數(shù)據(jù)。錘擊法施工時(shí)，要保證樁錘、樁帽和樁身處于同一直線上，嚴(yán)格控制樁身垂直度，按照“重錘輕擊”原則進(jìn)行錘擊，初打時(shí)要輕，待樁身穩(wěn)定后再正常錘擊。接樁時(shí)，上下端板的清理、焊接質(zhì)量以及焊縫的冷卻時(shí)間都要嚴(yán)格控制，確保接樁牢固。樁頭處理時(shí)，截樁要保證樁頭平整，樁帽的鋼筋網(wǎng)片布置和混凝土澆筑質(zhì)量要符合設(shè)計(jì)要求。樁身質(zhì)量檢測(cè)是確保PHC樁質(zhì)量的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，常用的檢測(cè)方法有低應(yīng)變反射波法和聲波透射法。低應(yīng)變反射波法通過在樁頂施加激振力，產(chǎn)生應(yīng)力波沿樁身傳播，根據(jù)反射波信號(hào)來檢測(cè)樁身的完整性。該方法操作簡(jiǎn)便、檢測(cè)速度快，能夠快速發(fā)現(xiàn)樁身的斷裂、縮徑、擴(kuò)徑等缺陷。在溫福鐵路連江試驗(yàn)段，對(duì)部分PHC樁采用低應(yīng)變反射波法進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果顯示大部分樁身完整性良好，僅有少數(shù)樁存在輕微缺陷，經(jīng)分析和處理后滿足設(shè)計(jì)要求。聲波透射法則是在樁身預(yù)埋聲測(cè)管，通過發(fā)射和接收聲波，根據(jù)聲波在樁身混凝土中的傳播速度、波幅等參數(shù)來判斷樁身質(zhì)量。該方法檢測(cè)精度高，能夠準(zhǔn)確檢測(cè)出樁身內(nèi)部的缺陷位置和范圍。樁長(zhǎng)檢測(cè)一般在施工過程中進(jìn)行，通過測(cè)量樁的入土深度來確定樁長(zhǎng)。在靜壓法施工中，通過記錄壓樁油缸的行程來計(jì)算樁長(zhǎng)；錘擊法施工時(shí)，根據(jù)樁錘的落距和錘擊數(shù)以及樁身的入土深度來確定樁長(zhǎng)。在溫福鐵路連江試驗(yàn)段，施工人員在壓樁和錘擊過程中，詳細(xì)記錄相關(guān)數(shù)據(jù)，確保樁長(zhǎng)符合設(shè)計(jì)要求。樁位檢測(cè)則在樁施工完成后進(jìn)行，采用全站儀或經(jīng)緯儀等測(cè)量?jī)x器，對(duì)樁位進(jìn)行測(cè)量，檢查樁位偏差是否在允許范圍內(nèi)。根據(jù)相關(guān)規(guī)范，樁位偏差一般不超過50mm。在連江試驗(yàn)段，對(duì)已完成的PHC樁進(jìn)行樁位檢測(cè)，大部分樁位偏差控制在30mm以內(nèi)，滿足設(shè)計(jì)和施工要求。在PHC樁施工過程中，可能會(huì)出現(xiàn)一些常見質(zhì)量問題，如樁身斷裂、樁身傾斜、樁頂破碎等。樁身斷裂可能是由于樁身強(qiáng)度不足、錘擊過度、地基不均勻等原因?qū)е隆Ｈ舫霈F(xiàn)樁身斷裂，需根據(jù)斷裂位置和程度采取相應(yīng)措施，如斷裂位置較淺，可將斷裂樁段拔出，重新打樁；若斷裂位置較深，可采用壓漿等方法進(jìn)行處理。樁身傾斜可能是由于樁機(jī)不水平、樁身垂直度控制不當(dāng)、地基軟硬不均等原因造成。發(fā)現(xiàn)樁身傾斜后，若傾斜度較小，可在后續(xù)施工中進(jìn)行調(diào)整；若傾斜度較大，需拔出樁身重新施工。樁頂破碎通常是因?yàn)殄N擊能量過大、樁帽與樁頂接觸不良等。針對(duì)樁頂破碎問題，可調(diào)整錘擊參數(shù)，改善樁帽與樁頂?shù)慕佑|狀況，對(duì)破碎的樁頂進(jìn)行修復(fù)或加固處理。五、PHC樁處理軟土地基的效果評(píng)估5.1現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)方案與數(shù)據(jù)采集為全面、準(zhǔn)確地評(píng)估PHC樁處理溫福鐵路深厚軟土地基的效果，在連江試驗(yàn)段設(shè)置了系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)方案，涵蓋沉降觀測(cè)、樁身應(yīng)力監(jiān)測(cè)和土體側(cè)向位移監(jiān)測(cè)等多個(gè)關(guān)鍵方面。沉降觀測(cè)是評(píng)估地基處理效果的重要指標(biāo)之一，通過監(jiān)測(cè)地基的沉降情況，可以了解地基的穩(wěn)定性和變形發(fā)展趨勢(shì)。在試驗(yàn)段沿線路方向每隔一定距離設(shè)置沉降觀測(cè)點(diǎn)，在路堤中心、路肩等位置也布置了觀測(cè)點(diǎn)，以全面監(jiān)測(cè)不同部位的沉降情況。觀測(cè)點(diǎn)采用特制的沉降觀測(cè)標(biāo)，其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，能夠準(zhǔn)確反映地基的沉降變化。使用高精度水準(zhǔn)儀進(jìn)行觀測(cè)，按照國(guó)家一等水準(zhǔn)測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行操作，確保觀測(cè)精度。在施工前，對(duì)觀測(cè)點(diǎn)進(jìn)行初始測(cè)量，獲取初始高程數(shù)據(jù)。在施工過程中，根據(jù)施工進(jìn)度和地基變形情況，合理確定監(jiān)測(cè)頻率。在樁基施工階段，每天進(jìn)行一次監(jiān)測(cè)；在路堤填筑階段，每填筑一層進(jìn)行一次監(jiān)測(cè)；在填筑完成后的預(yù)壓期，前3個(gè)月每周監(jiān)測(cè)一次，3個(gè)月后每?jī)芍鼙O(jiān)測(cè)一次。每次監(jiān)測(cè)后，及時(shí)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理和分析，繪制沉降-時(shí)間曲線，以便直觀地了解沉降發(fā)展過程。樁身應(yīng)力監(jiān)測(cè)能夠深入了解PHC樁在工作狀態(tài)下的受力情況，為分析樁的承載性能提供重要依據(jù)。在試驗(yàn)段選取代表性的樁，在樁身不同深度處預(yù)埋應(yīng)力傳感器。應(yīng)力傳感器采用振弦式傳感器，具有精度高、穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)。在樁身制作過程中，將傳感器準(zhǔn)確安裝在預(yù)定位置，并做好防護(hù)措施，確保在施工和使用過程中傳感器不受損壞。在沉樁過程中，通過數(shù)據(jù)采集儀實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)樁身應(yīng)力變化，記錄沉樁過程中的應(yīng)力峰值和變化趨勢(shì)。在鐵路運(yùn)營(yíng)階段，定期監(jiān)測(cè)樁身應(yīng)力，分析樁身應(yīng)力隨時(shí)間和荷載的變化規(guī)律。例如，當(dāng)列車通過時(shí)，監(jiān)測(cè)樁身應(yīng)力的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，了解列車荷載對(duì)樁身的影響。土體側(cè)向位移監(jiān)測(cè)對(duì)于評(píng)估地基的穩(wěn)定性具有重要意義，它可以反映土體在PHC樁施工和鐵路運(yùn)營(yíng)過程中的變形情況。在試驗(yàn)段沿線路方向布置多個(gè)測(cè)斜管，測(cè)斜管采用優(yōu)質(zhì)的PVC管，其內(nèi)徑和壁厚滿足監(jiān)測(cè)要求。測(cè)斜管埋設(shè)在樁間土體中，深度根據(jù)軟土層厚度確定，確保能夠監(jiān)測(cè)到軟土層的側(cè)向位移。使用測(cè)斜儀進(jìn)行測(cè)量，測(cè)斜儀通過滑輪沿測(cè)斜管內(nèi)壁滑動(dòng)，測(cè)量不同深度處土體的側(cè)向位移。在施工前，對(duì)測(cè)斜管進(jìn)行初始測(cè)量，獲取初始數(shù)據(jù)。在施工過程中，根據(jù)施工進(jìn)度和土體變形情況，合理確定監(jiān)測(cè)頻率。在樁基施工階段，每天進(jìn)行一次監(jiān)測(cè)；在路堤填筑階段，每填筑一層進(jìn)行一次監(jiān)測(cè)；在填筑完成后的預(yù)壓期，每周監(jiān)測(cè)一次。每次監(jiān)測(cè)后，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理和分析，繪制土體側(cè)向位移-深度曲線，了解土體側(cè)向位移的分布規(guī)律和變化趨勢(shì)。數(shù)據(jù)采集是監(jiān)測(cè)工作的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，直接影響監(jiān)測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。在監(jiān)測(cè)過程中，采用自動(dòng)化數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)采集各類監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，并通過無線傳輸技術(shù)將數(shù)據(jù)傳輸?shù)奖O(jiān)控中心。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)具有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、分析和預(yù)警功能，能夠?qū)Σ杉降臄?shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)處理和分析，當(dāng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)超過設(shè)定的預(yù)警值時(shí)，及時(shí)發(fā)出預(yù)警信號(hào)。同時(shí)，安排專業(yè)技術(shù)人員定期對(duì)監(jiān)測(cè)儀器進(jìn)行校準(zhǔn)和維護(hù)，確保儀器的測(cè)量精度和穩(wěn)定性。對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行嚴(yán)格的質(zhì)量控制，對(duì)異常數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理，確保數(shù)據(jù)的真實(shí)性和可靠性。在數(shù)據(jù)處理過程中，采用統(tǒng)計(jì)分析方法，對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析，計(jì)算平均值、標(biāo)準(zhǔn)差等統(tǒng)計(jì)參數(shù)，評(píng)估地基處理效果的穩(wěn)定性和可靠性。5.2監(jiān)測(cè)結(jié)果分析通過對(duì)沉降觀測(cè)數(shù)據(jù)的整理與分析，繪制出沉降-時(shí)間曲線，結(jié)果表明，在施工初期，隨著路堤填筑高度的增加，地基沉降速率較快。這是因?yàn)檐浲恋鼗谛略龊奢d作用下，土體中的孔隙水壓力迅速上升，土體發(fā)生壓縮變形。以某觀測(cè)點(diǎn)為例，在路堤填筑的前兩個(gè)月，沉降速率達(dá)到了15mm/月。在填筑完成后的預(yù)壓期，沉降速率逐漸減小，地基沉降趨于穩(wěn)定。經(jīng)過一段時(shí)間的預(yù)壓后，大部分觀測(cè)點(diǎn)的沉降速率降至5mm/月以下。這說明PHC樁有效地將上部荷載傳遞到深層土體，減少了軟土的壓縮變形，使地基沉降得到了較好的控制。從最終沉降量來看，大部分觀測(cè)點(diǎn)的最終沉降量控制在設(shè)計(jì)允許范圍內(nèi)，滿足了溫福鐵路對(duì)地基沉降的嚴(yán)格要求。這表明PHC樁樁網(wǎng)復(fù)合結(jié)構(gòu)在控制溫福鐵路深厚軟土地基沉降方面取得了良好的效果，能夠確保鐵路軌道的平順性和穩(wěn)定性。對(duì)樁身應(yīng)力監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的分析，揭示了PHC樁在工作狀態(tài)下的受力特性。在沉樁過程中，樁身應(yīng)力隨著入土深度的增加而逐漸增大，在樁端處達(dá)到最大值。這是因?yàn)殡S著樁身入土深度的增加，樁身與土體之間的摩擦力逐漸增大，同時(shí)樁端受到土體的阻力也不斷增大。在鐵路運(yùn)營(yíng)階段，樁身應(yīng)力隨著列車荷載的變化而波動(dòng)。當(dāng)列車通過時(shí)，樁身應(yīng)力迅速增大，列車通過后，應(yīng)力逐漸恢復(fù)。通過對(duì)不同深度處樁身應(yīng)力的分析，發(fā)現(xiàn)樁身側(cè)摩阻力和樁端阻力的分布規(guī)律與理論分析基本一致。樁身側(cè)摩阻力在樁身上部較小，隨著深度的增加逐漸增大，在樁身中部達(dá)到最大值，然后隨著深度的繼續(xù)增加而逐漸減小。樁端阻力在樁端處發(fā)揮主要作用，承擔(dān)了一部分上部荷載。這表明PHC樁在承載過程中，樁身與土體之間能夠有效地協(xié)同工作，共同承擔(dān)上部荷載。土體側(cè)向位移監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示，在PHC樁施工過程中，由于沉樁的擠土效應(yīng)，土體產(chǎn)生了一定的側(cè)向位移。在靠近樁身的位置，土體側(cè)向位移較大，隨著距離樁身距離的增加，側(cè)向位移逐漸減小。在靜壓法施工時(shí)，距離樁身1m處的土體側(cè)向位移最大可達(dá)20mm。在路堤填筑過程中，土體側(cè)向位移也有所增加，但增加幅度相對(duì)較小。這是因?yàn)槁返烫钪^程中，土體受到的附加應(yīng)力主要是豎向的，對(duì)土體側(cè)向位移的影響相對(duì)較小。在填筑完成后的預(yù)壓期，土體側(cè)向位移逐漸穩(wěn)定，這說明PHC樁的存在有效地約束了土體的側(cè)向變形，增強(qiáng)了地基的穩(wěn)定性。綜合沉降觀測(cè)、樁身應(yīng)力監(jiān)測(cè)和土體側(cè)向位移監(jiān)測(cè)結(jié)果，可以得出結(jié)論：PHC樁在溫福鐵路深厚軟土地基處理中取得了良好的加固效果。PHC樁能夠有效地提高地基的承載能力，減少地基沉降，控制土體側(cè)向位移，增強(qiáng)地基的穩(wěn)定性。沉降量控制在設(shè)計(jì)允許范圍內(nèi)，樁身應(yīng)力分布合理，土體側(cè)向位移得到有效約束。這些監(jiān)測(cè)結(jié)果為溫福鐵路的安全運(yùn)營(yíng)提供了有力保障，也為類似工程的軟土地基處理提供了寶貴的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。5.3數(shù)值模擬分析為進(jìn)一步深入研究PHC樁在溫福鐵路深厚軟土地基中的工作性能和加固效果，采用有限元分析軟件建立了PHC樁樁網(wǎng)復(fù)合結(jié)構(gòu)與軟土地基相互作用的數(shù)值模型。在模型建立過程中，對(duì)各組成部分進(jìn)行了合理的模擬和參數(shù)設(shè)置。對(duì)于PHC樁，將其視為彈性材料，根據(jù)實(shí)際工程中使用的PHC樁的材料參數(shù)，設(shè)置其彈性模量為3.6×10?MPa，泊松比為0.2。樁的幾何尺寸按照連江試驗(yàn)段的實(shí)際情況，分別設(shè)置外徑為400mm和500mm，壁厚根據(jù)不同型號(hào)進(jìn)行相應(yīng)設(shè)置。樁身采用三維實(shí)體單元進(jìn)行模擬，以準(zhǔn)確反映其受力變形特性。軟土地基同樣采用三維實(shí)體單元模擬，考慮到軟土的非線性力學(xué)特性，選用摩爾-庫侖本構(gòu)模型。根據(jù)連江試驗(yàn)段的地質(zhì)勘察報(bào)告，確定軟土地基各土層的物理力學(xué)參數(shù)，如淤泥層的彈性模量為2.5MPa，泊松比為0.35，粘聚力為10kPa，內(nèi)摩擦角為15°；粉質(zhì)黏土層的彈性模量為5MPa，泊松比為0.3，粘聚力為20kPa，內(nèi)摩擦角為20°等。這些參數(shù)的準(zhǔn)確設(shè)置對(duì)于模擬結(jié)果的可靠性至關(guān)重要。樁土相互作用通過設(shè)置接觸面單元來模擬，采用庫侖摩擦模型，根據(jù)相關(guān)研究和工程經(jīng)驗(yàn)，設(shè)置樁土之間的摩擦系數(shù)為0.3。這種模擬方式能夠較好地反映樁身與土體之間的摩擦力和相對(duì)位移情況。為了驗(yàn)證所建立數(shù)值模型的有效性，將模擬結(jié)果與現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析。在沉降對(duì)比方面，選取了連江試驗(yàn)段中具有代表性的觀測(cè)點(diǎn)，將數(shù)值模擬得到的沉降時(shí)間曲線與現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)的沉降時(shí)間曲線進(jìn)行對(duì)比。從對(duì)比結(jié)果來看，兩者的變化趨勢(shì)基本一致，在施工初期，模擬沉降和監(jiān)測(cè)沉降都隨著時(shí)間快速增加；在填筑完成后的預(yù)壓期，沉降速率逐漸減小并趨于穩(wěn)定。在樁身應(yīng)力對(duì)比上，將模擬得到的樁身不同深度處的應(yīng)力值與現(xiàn)場(chǎng)通過應(yīng)力傳感器監(jiān)測(cè)得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比。結(jié)果顯示，模擬應(yīng)力值與監(jiān)測(cè)應(yīng)力值在分布規(guī)律和數(shù)值大小上都較為接近。在樁身上部，模擬應(yīng)力和監(jiān)測(cè)應(yīng)力都相對(duì)較小，隨著深度的增加，應(yīng)力逐漸增大，在樁端處達(dá)到最大值。通過這些對(duì)比分析，驗(yàn)證了數(shù)值模型能夠較為準(zhǔn)確地模擬PHC樁在軟土地基中的工作性能，為后續(xù)的分析提供了可靠的基礎(chǔ)。利用驗(yàn)證后的數(shù)值模型，對(duì)PHC樁的承載特性進(jìn)行深入分析。研究不同樁長(zhǎng)對(duì)承載特性的影響時(shí)，設(shè)置樁長(zhǎng)分別為15m、20m、25m，在相同的荷載作用下，分析樁身軸力和側(cè)摩阻力的分布情況。結(jié)果表明，隨著樁長(zhǎng)的增加，樁身軸力逐漸增大，且樁端阻力所占比例也逐漸增加。這是因?yàn)闃堕L(zhǎng)增加，樁身與土體的接觸面積增大，能夠更好地將荷載傳遞到深層土體。同時(shí)，樁側(cè)摩阻力的分布也發(fā)生變化，在樁身上部，側(cè)摩阻力隨著樁長(zhǎng)的增加而略有減小，這是由于上部土體相對(duì)較軟，隨著樁長(zhǎng)增加，樁身下部承擔(dān)的荷載更多；在樁身下部，側(cè)摩阻力隨著樁長(zhǎng)的增加而增大，因?yàn)闃渡硐虏客馏w相對(duì)較硬，能夠提供更大的摩擦力。分析不同樁間距對(duì)承載特性的影響時(shí)，設(shè)置樁間距分別為2.0m、2.5m、3.0m。模擬結(jié)果顯示，樁間距較小時(shí)，樁間土分擔(dān)的荷載相對(duì)較少，樁身承擔(dān)的荷載較大。隨著樁間距的增大，樁間土分擔(dān)的荷載逐漸增加，樁身承擔(dān)的荷載相對(duì)減小。但樁間距過大時(shí)，樁網(wǎng)復(fù)合結(jié)構(gòu)的協(xié)同作用減弱，地基的整體承載能力會(huì)降低。綜合考慮，在溫福鐵路深厚軟土地基處理中，樁間距為2.5m時(shí)較為合適，既能充分發(fā)揮樁土協(xié)同作用，又能保證地基的承載能力。在地基變形規(guī)律研究方面，通過數(shù)值模擬分析不同工況下地基的沉降分布和側(cè)向位移情況。在沉降分布上，模擬結(jié)果顯示，在路堤中心位置沉降量最大，隨著距離路堤中心距離的增加，沉降量逐漸減小。這與現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)結(jié)果一致，表明數(shù)值模型能夠準(zhǔn)確反映地基沉降的分布規(guī)律。分析側(cè)向位移時(shí)，發(fā)現(xiàn)靠近樁身的土體側(cè)向位移較小，隨著距離樁身距離的增加，側(cè)向位移逐漸增大。這說明PHC樁能夠有效地約束土體的側(cè)向變形，增強(qiáng)地基的穩(wěn)定性。在不同荷載作用下，地基的沉降量和側(cè)向位移都隨著荷載的增加而增大。但在相同荷載作用下，經(jīng)過PHC樁加固后的地基沉降量和側(cè)向位移明顯小于未加固地基，進(jìn)一步證明了PHC樁在控制地基變形方面的有效性。六、結(jié)論與展望6.1研究成果總結(jié)本研究針對(duì)溫福鐵路深厚軟土地基處理展開，深入探討了PHC樁在其中的應(yīng)用，取得了一系列重要成果。在溫福鐵路深厚軟土地基特性方面，通過詳細(xì)的地質(zhì)勘察和分析，明確了沿線軟土地基主要由全新統(tǒng)濱海灘涂—溺谷相沉積形成，地層結(jié)構(gòu)復(fù)雜，自上而下包含粉質(zhì)黏土、淤泥、粉質(zhì)黏土、淤泥質(zhì)黏土、全風(fēng)化花崗巖和全風(fēng)化凝灰?guī)r等多層。軟土地基具有高含水量（平均含水量68%以上）、高壓縮性（壓縮系數(shù)一般在0.5-1.5MPa?1之間）、低強(qiáng)度（天然不排水抗剪強(qiáng)度一般小于20kPa）和不均勻性等不良工程特性。這種復(fù)雜的地層結(jié)構(gòu)和不良特性給地基處理帶來了極大的挑戰(zhàn)，如樁長(zhǎng)確定困難、變形控制要求嚴(yán)格以及施工條件受限等。在PHC樁應(yīng)用效果方面，通過連江試驗(yàn)段的工程實(shí)踐和現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)，充分驗(yàn)證了PHC樁在溫福鐵路深厚軟土地基處理