樁承式路堤沉降計算分析

張 昕

(佛山市盈科工程造價咨詢事務(wù)有限公司)

1 樁承式路堤沉降計算

我們假設(shè)樁頂、樁帽以下的土體與樁間土之間是均布應力，則有樁帽下面的土體與樁間土接觸面應力會相等，如公式(1)所示。

式中:p、pp和ps分別為復合地基、樁帽頂和樁間土上平均荷載集度;n、m 則表示為復合地基樁土的應力比和置換率。

樁頂承擔的荷載為樁帽承擔荷載扣除樁帽下土體承擔的荷載

式中:P 表示樁頂所受的荷載;Ac和Ap則表示為樁帽的面積以及樁身面積。

2.1 樁間土沉降計算

樁帽以下的土體受力是明顯比樁間土要小的，也是要滯后于樁間土的，樁間土沉降后會對樁帽下土體有負摩擦力作用，由力的相互作用，樁間土沉降同樣也會受到限制。所以在進行土體計算時，不能忽略附加應力對于土體的影響，如果忽略而按照天然地基進行計算會導致計算結(jié)果偏大。而對于下臥層，樁體會將上部荷載傳遞為摩擦力和樁端力作用于土體上面，樁間土下臥層所受到的附加應力是比較小的，所以下臥層的附加應力計算不需要考慮群樁與樁間土之間的相互作用。概括而言，如果不考慮樁帽下土體和樁的相互作用所進行的樁間土沉降計算結(jié)果是偏大一些的。

2.2 樁頂沉降計算

樁頂沉降主要包括三方面的計算:樁端下臥層沉降、樁端刺入量和樁身壓縮量。在對下臥層進行沉降計算時，需要考慮群樁與樁間土之間相互作用所產(chǎn)生附加應力，按照土層法計算各土層沉降最后相加得出總的沉降值。

下刺量指的是樁端塑性滑移后所發(fā)生的刺入變形量。這個問題目前還是一個技術(shù)難題，沒有計算公式可以借鑒。文獻中敘述到可以采用產(chǎn)生單樁極限承載力所需要的樁土間產(chǎn)生的相對位移量當成剛性樁貫入量，一般取值50 ～70 mm。復合地基樁、土都會產(chǎn)生沉降，在這個過程中，土拱效應、加筋墊層等等因素都會使得樁、土受力發(fā)生變化，樁所承受的荷載會更大，隨著下刺量的變小，整個復合地基也會變得穩(wěn)定起來。在此，作者認為復合地基達到穩(wěn)定狀態(tài)后，樁土之間的沉降差是很小的，因此我們可以根據(jù)樁土沉降差來計算樁端下刺量。

我們通過假設(shè)樁身摩擦力分布就能得出樁身軸力函數(shù)，從而計算出樁身的彈性壓縮量為

式中:p(l)為樁身軸力隨深度的變化函數(shù);P 為樁頂荷載，α、β 分別為沿深度矩形分布和三角形分布的樁側(cè)摩阻力占樁頂總荷載P 的百分比;L、EP、AP分別為樁長、樁身材料模量和截面面積。

樁頂沉降為

式中:SP、S下、Δ下和SL分別為樁頂沉降、樁端下臥層沉降、樁端刺入量和樁身壓縮量。

2.3 樁頂上刺量計算

由于墊層在鋪設(shè)時是充分碾壓的，不考慮它的壓縮性，則由于墊層流動補償作用產(chǎn)生的路堤沉降可根據(jù)體積守衡得到

式中:r1、r2為樁帽半徑和單樁控制半徑;SP，SS分別為樁頂和樁間土沉降。

2.4 復合地基沉降

復合地基起到加固土體作用，主要是因為剛性樁有效控制了地基的沉積，考慮到樁間土沉降是比較大，因此復合地基沉降的計算主要以樁頂沉降、上刺量這兩項。

式中:S 為復合地基沉降，SP為樁頂沉降，Δ上為樁頂上刺量。

3 工程實例分析

東莞市虎門港立沙島一期市政道路工程一標的兩橋頭路段采用了新型樁基技術(shù)Y 形樁處理，并進行了現(xiàn)場試驗研究。下面結(jié)合現(xiàn)場試驗結(jié)果對K4 +989 ～K5 +019 的Y4斷面進行分析。Y 形樁布樁采用樁距和樁長分別為2.7 m和13.5 m，樁身截面積0.191 m2，樁帽直徑1.4 m，正三角形布樁，處理寬度50.6 m，長度30 m，土層參數(shù)見表1。

表1 Y4 斷面土層物理力學參數(shù)表

填土荷載為106.56 kPa，樁土應力比取實測值11.59，土體泊松比取0.4，樁身彈性模量為2.80×104MPa。其他參數(shù)可通過計算得到:復合地基置換率(樁帽)為24.4%;樁帽頂平均應力為344.89 kPa，土體表面應力29.76 kPa;樁身承擔荷載為490.55 kN。根據(jù)現(xiàn)場資料樁身摩阻力分布做一定簡化假定為三角形分布，樁頂荷載占總荷載為5%。計算結(jié)果與現(xiàn)場實測值見表2。

從表2 中我們可以看到，理論值與實測值基本是吻合的。通常情況下，公路中間部分沉降較路面兩側(cè)是要大的，整個沉降曲線是一條盆狀形狀，此外樁基頂部的沉積較中間土體要小。表2 中計算沉降值指的是路面總的沉降值，而實測沉降值則指的是采用樁承式加筋路堤軟基處理技術(shù)后在一段時間后所測得的實際沉降值，隨著時間的推移，實測值還會繼續(xù)變大的，由此可以看出實測值與理論值是相互吻合的，理論計算方法是合理的。

表2 理論計算值與實測沉降值

4 結(jié) 語

本文在結(jié)合樁承式路堤的工作機理分析的基礎(chǔ)上，探討了樁承式路堤的沉降計算方法。根據(jù)樁土變形特點分別討論了樁頂、樁間土的沉降計算，并提出了自己的樁頂上刺量計算方法。最后對一個工程實例進行了計算，得出了比較合理的結(jié)果。

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