長短樁在道路工程軟基處理中的應(yīng)用體會

陸超 袁枝 翟文彬

【摘要】近年來，道路工程軟基處理技術(shù)的發(fā)展極其迅速，以此來適應(yīng)道路工程的建設(shè)需要，而常用的軟基處理技術(shù)包括長短樁、雙向水泥攪拌樁、塑料套管混凝土樁等。本文筆者結(jié)合實踐經(jīng)驗，淺析道路工程軟基處理過程對長短樁的應(yīng)用。

【關(guān)鍵字】道路工程 長短樁復(fù)合地基 軟基處理

一、引言

據(jù)調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，我國地質(zhì)情況相當(dāng)復(fù)雜，且軟土分布面積較廣泛，因此給我國道路工程建設(shè)造成極大阻礙?？梢?，道路工程建設(shè)過程，必須加強對軟基變性規(guī)律的研究，同時采取針對性的處理辦法。長短樁復(fù)合地基作為道路工程軟基處理過程的常用手段，對保證道路工程施工質(zhì)量及施工安全意義重大。與此同時，長短樁復(fù)合地基的應(yīng)用也能實現(xiàn)道路工程施工成本的降低。由此可見，對長短樁復(fù)合地基應(yīng)用方面的研究具有現(xiàn)實意義。本文筆者結(jié)合實踐經(jīng)驗，淺析道路工程軟基處理過程對長短樁復(fù)合地基的應(yīng)用，以改善我國道路工程的整體施工現(xiàn)狀。

二、長短樁復(fù)合地基的設(shè)計

長短樁復(fù)合地基的設(shè)計是指長/短樁樁型的選擇、長樁樁長/徑/距及短樁樁長/徑/距的確定及墊層的設(shè)計。研究表明，長/短樁復(fù)合地基的效用呈相互制約的關(guān)系，所以長短樁復(fù)合地基的設(shè)計應(yīng)盡量采取優(yōu)化設(shè)計思路的方法，由此實現(xiàn)最終設(shè)計方案的合理性。長短樁復(fù)合地基的設(shè)計步驟為：選擇長/短樁樁型→確定長/短樁樁長→確定長/短樁樁數(shù)→墊層設(shè)計。長/短樁樁型的選擇過程，長樁盡量選用鋼筋混凝土樁、低強度混凝土樁或預(yù)應(yīng)力管樁，而短樁盡量選用散體材料樁或柔性樁，但具體選用何種樁型應(yīng)視地質(zhì)條件或土層性質(zhì)而定。長/短樁樁長應(yīng)視土層的分布情況而定，即短樁必須穿過淺層最軟弱的土層，而長樁樁長的確定必須綜合考慮到軟弱土層的厚度及土層的沉降量。長/短樁樁數(shù)的確定步驟為：假定出短樁的數(shù)量→計算出短樁復(fù)合地基的承載力→計算出長樁的置換率→確定長樁的具體布置→驗算長短樁復(fù)合地基的沉降量。同理，長樁的數(shù)量亦可根據(jù)上述步驟確定。墊層的設(shè)計要求應(yīng)該視長樁樁端及地基的土層性質(zhì)而定。

三、案例分析

某高速公路全長153.752km。該工程整體路基寬25.5m，分幅路基寬13.25m，行車速度設(shè)計為80km/h。該工程路面鋪設(shè)瀝青混凝土，橋涵荷載設(shè)計為公路-1級。據(jù)調(diào)查資料顯示，該工程穿越地帶屬侵蝕-溶蝕型中低山地貌，且分布著凝凍、伏旱、倒春寒等災(zāi)害天氣。除此以外，該工程穿越地帶分布著軟土層，巖土工程特征詳見表1。該工程施工場區(qū)的地下水屬第四系松散巖類孔隙水及碳酸鹽巖巖溶裂隙水。結(jié)合該工程的基本概況，下文就長短樁復(fù)合地基的設(shè)計進(jìn)行討論。

（一）設(shè)計參數(shù)的確定

據(jù)調(diào)查資料顯示，該道路工程的地基屬軟弱土地基，即上層分布著較厚且承載力較低（140kPa）的軟弱土?？紤]到該工程設(shè)計承載力為300kPa，因此施工方?jīng)Q定選用短樁來改善樁間土的上部分，由此來控制樁間土的承載能力及剛性樁的應(yīng)力集中程度，然后再與長樁共同形成長短樁復(fù)合地基，并最終實現(xiàn)地基承載能力的提高。結(jié)合該工程的施工要求，長短樁復(fù)合地基的參數(shù)設(shè)計為：樁的布局按長/短樁相間排列進(jìn)行布置。該工程實行振動沉管灌注成樁，如此對消散孔隙水、增強土層的擠密強度非常有利，而長樁采用樁徑為400mm的CFG樁、短樁采用樁徑為400mm的碎石樁。樁長選擇的依據(jù)為土層的分布情況及地質(zhì)情況，同時結(jié)合表1所示信息，施工方?jīng)Q定短樁的持力層達(dá)到粘土-2層（有效樁長6m），長樁的持力層達(dá)到安山玢巖層，且樁端插進(jìn)中風(fēng)化安山玢巖層約0.5m（有效樁長15m～20m）。褥墊層厚200mm，而樁徑取5d。

（二）承載力及沉降計算

結(jié)合該道路工程的地質(zhì)概況，本小節(jié)采用長樁協(xié)力的計算模式來計算該道路工程的承載力及沉降量。

1.承載力計算

短樁復(fù)合地基的承載力估算公式為： ，（ 為地基承載力的標(biāo)準(zhǔn)值（kPa）； 為短樁分擔(dān)的總面積（m2）； 為短樁截面的總面積（m2）； 為樁間土強度的提高系數(shù)； 為樁間土強度的發(fā)揮系數(shù)； 為短樁承載力的標(biāo)準(zhǔn)值（kN））。該工程地基承載力的標(biāo)準(zhǔn)值取140kPa，短樁分擔(dān)的總面積及截面的總面積分別取10.24m2/0.0628m2，短樁承載力的標(biāo)準(zhǔn)值取621.72kN，樁間土強度的提高系數(shù)及發(fā)揮系數(shù)分別取1.0/0.95。由此可計算出短樁復(fù)合地基的承載力為185.55kPa。

長短樁復(fù)合地基的承載力估算公式為： ，（ 為長樁分擔(dān)的總面積（m2）； 為長樁截面的總面積（m2）； 為短樁承載力的標(biāo)準(zhǔn)值（kN）； 為短樁復(fù)合地基的承載力（kPa））。該工程短樁復(fù)合地基的承載力取185.55kPa，長樁分擔(dān)的總面積及長樁截面的總面積分別取10.24m2/0.5024m2。由此可計算出長短樁復(fù)合地基的承載力為274.67kPa。

按照我國《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》進(jìn)行修成以后，該道路工程長短樁復(fù)合地基承載力的標(biāo)準(zhǔn)值為334.67kPa。

2.沉降計算

該道路工程的長樁采用CFG樁?？紤]到CFG樁具有較大的變形模量，且荷載作用過程，復(fù)合地基允許長樁刺入變形的存在，因此長短樁樁模量的影響程度較低。該工程的長短樁樁模量取0.15。該道路工程長短樁復(fù)合地基的最終沉降計算結(jié)果詳見表2。

如表2所示，長短樁復(fù)合地基復(fù)合模量的計算結(jié)果為：長樁的面積置換率為4.9%，長樁的變形模量為2.0*104MPa，粘土-2的變形模量為148.47MPa， 粉質(zhì)粘土夾碎石的變形模量為148.7MPa，粉質(zhì)粘土的變形模量為148.72MPa，圓礫的變形模量為148.91MPa。該道路工程長短樁復(fù)合地基的最終沉降值為81.3mm。此數(shù)據(jù)<15cm，因此該道路工程長短樁復(fù)合地基參數(shù)滿足設(shè)計要求。

四、結(jié)束語

結(jié)合上述可知，道路工程軟基施工過程采用長短樁復(fù)合地基進(jìn)行處理，能夠保證道路工程的施工質(zhì)量及施工安全，同時長短樁復(fù)合地基的承載力及沉降變形采用長樁協(xié)力的計算模式進(jìn)行計算。計算結(jié)果表明，長短樁復(fù)合地基的承載力及沉降變形量完全滿足道路工程的設(shè)計要求，因此本文對長短樁復(fù)合地基應(yīng)用方面的研究具有現(xiàn)實意義。

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