帶帽控沉疏樁在加筋褥墊層復(fù)合地基加固工程中的作用研究

王瑜　張志敏

摘 要：根據(jù)軟土地基加固控制差異沉降變形理論，在道路軟土路基加固工程中，采用疏化布樁的方法加固軟土路基，通過現(xiàn)場試驗，進(jìn)一步驗證了帶帽控沉疏樁在加筋褥墊層加固路基中的作用，得到了試驗數(shù)據(jù)和一系列有益的結(jié)論。

關(guān)鍵詞：帶帽控沉疏樁；加筋褥墊層；地基加固；軟土路基

中圖分類號：TU473 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.07.075

1 工程實例

1.1 工程概況

珠三角某市新區(qū)基礎(chǔ)設(shè)施市政道路軟土地基加固，工程采用帶帽控沉疏樁輔以加筋褥墊層復(fù)合地基的方式加固路基。疏樁采用Φ500，24 m和27 m長AB型PHC管樁按正方形間隔布置，間距4 m，樁頂設(shè)2.0 m×2.0 m×0.2 mC30鋼筋混凝土樁帽，樁帽以上設(shè)0.6 m厚雙層雙向加筋（土工格柵）碎石褥墊層。道路通車至今，使用情況良好。

1.2 工程地質(zhì)條件

工程地處珠江三角洲海相淤積區(qū)域，建設(shè)前大部分區(qū)域為水產(chǎn)養(yǎng)殖區(qū)。采用控沉疏樁和加筋褥墊層加固的路基，由于前期已進(jìn)行過簡單的加固處理，地表以下已形成厚度為4～6 m的硬殼層，其下為20～30 m的淤泥層，并且含水量高，孔隙比大，承載力低，變形大，屬高壓縮性土。

2 作用機(jī)理

控沉疏樁一般是指在承臺或結(jié)構(gòu)層下以疏散法布置的樁。本文是指相對于現(xiàn)行規(guī)范規(guī)定的一般布樁而言，樁中心間距≥6d。

當(dāng)樁布設(shè)完成及上部結(jié)構(gòu)層施工完畢后，從結(jié)構(gòu)層上出現(xiàn)荷載算起，由于應(yīng)力有先向剛度較大的地方轉(zhuǎn)移的趨勢，荷載首先由樁承擔(dān)，此時，樁周的地基土也隨之發(fā)揮承載作用，共同承擔(dān)上部荷載，并且樁及周圍地基土的變形量不斷隨荷載的增加而增大。通常情況下，樁側(cè)摩阻力的極值出現(xiàn)在樁土相對位移為10～15 mm時，因此，一般認(rèn)為，在荷載作用下，樁將比土先進(jìn)入極限狀態(tài)，此時，荷載再增加時，樁的沉降也隨之增大，但樁的承載能力不再增大，新增荷載將全部由地基土承擔(dān)。如果荷載再繼續(xù)增加，地基土承載也進(jìn)入極限狀態(tài)，直至出現(xiàn)剪切破壞。

在工程應(yīng)用中，基于提高準(zhǔn)黏聚力，增強(qiáng)摩擦的原理，在樁帽以上設(shè)置加筋褥墊層，不僅有利于調(diào)整路基的不均勻沉降，增強(qiáng)路基的整體性和剛度，同時，還擴(kuò)大了荷載的擴(kuò)散范圍，應(yīng)力分布更加均勻，使軟弱下臥層地基的側(cè)向變形受到約束。

帶帽控沉疏樁加筋褥墊層以復(fù)合方式加固路基的承載能力，主要包括單樁極限承載能力和加筋褥墊層復(fù)合路基承載能力兩部分。

2.1 單樁垂直極限承載力

3 現(xiàn)場試驗方案

為了能提前驗證帶帽控沉疏樁在加筋褥墊層復(fù)合路基中的作用，現(xiàn)場分別進(jìn)行有、無樁帽控沉疏樁加筋褥墊層靜載試驗，通過測得的沉降數(shù)據(jù)來進(jìn)一步說明、分析其作用。

3.1 試驗方案

由于工程設(shè)計采用24 m與27 m兩種樁長，現(xiàn)場試驗按有、無樁帽，分兩組進(jìn)行，同時進(jìn)行一組天然地基靜載試驗，其結(jié)果用于與復(fù)合路基靜載試驗對比。樁位平面布置如圖1所示。樁型采用PHC-AB100，采用2.0 m×2.0 m×0.2 mC30鋼筋混凝土樁帽，加筋褥墊層采用600 mm厚、粒徑為5～40 mm的碎石鋪墊，內(nèi)設(shè)雙層雙向土工格柵。試驗選用4.0 m×4.0 m×0.5 m鋼壓板進(jìn)行。

3.2 試驗結(jié)果及分析

本文主要根據(jù)通過試驗測得的數(shù)據(jù)來分析、比較有無樁帽控沉疏樁在加筋褥墊層復(fù)合地基中的沉降，以此來說明其作用。各組試驗沉降曲線如圖2所示。

從圖中可明顯看出，四組試驗沉降曲線均較為平滑，無帽樁體沉降曲線雖然各出現(xiàn)了兩處不明顯的拐點，但從沉降趨勢來看，樁體與樁土之間的沉降、壓縮基本協(xié)調(diào)一致；無論控沉疏樁有無樁帽，其復(fù)合地基承載能力與天然地基相比，均有明顯提高，有效地減少了沉降；在相同荷載作用的情況下，有帽控沉疏樁復(fù)合地基沉降變形要小于無帽控沉疏樁復(fù)合地基沉降變形；與無帽控沉疏樁復(fù)合地基相比，有帽控沉疏樁復(fù)合地基承載能力約是無帽控沉疏樁復(fù)合地基承載能力的1.5倍，說明在復(fù)合地基中，樁帽所起作用較大；在兩組無帽控沉疏樁復(fù)合地基沉降曲線中，無論是承載能力，還是沉降值，均比較接近，說明在樁長相差不大的情況下，對其承載能力和沉降值影響不大。

試驗結(jié)束后，為便于較直觀地查驗樁（樁帽）頂與樁周土體沉降差異情況，清除褥墊層后，兩組有帽單樁樁帽頂部與樁周土體沉降差異分別為2 cm和3.5 cm。另外，兩組無帽單樁頂部與樁周土體沉降差異分別為14 cm和18 cm。對于有帽單樁來講，由于樁帽與褥墊層接觸面積較大，可有效減少單樁對褥墊層向上刺入量，對碎石褥墊層不但起到了很好的保護(hù)作用，同時對調(diào)整路基的不均勻沉降、增強(qiáng)路基的整體性和剛度發(fā)揮了重要作用。

4 結(jié)束語

采用帶帽控沉疏樁加筋褥墊層加固軟土路基是一種較為有效的方法，由于在單樁樁頂設(shè)置了樁帽，一方面可以提高復(fù)合地基的承載能力，另一方面還可調(diào)整路基的不均勻沉降，增強(qiáng)路基的整體性和剛度的作用。此方法的應(yīng)用，應(yīng)以控制加固路基的不均勻沉降變形為主，但在樁長、樁中心間距、樁帽大小、褥墊層厚度等方面的參數(shù)選擇尚需進(jìn)一步探討，即如何優(yōu)化設(shè)計才能充分發(fā)揮樁間土的作用。因此，應(yīng)加強(qiáng)對帶帽控沉疏樁加固地基作用機(jī)理的研究以及應(yīng)用技術(shù)成果的轉(zhuǎn)化，相信隨著該項技術(shù)的不斷完善，必將在公路建設(shè)中得到不斷的推廣和應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

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[2]李彰明.軟土地基加固的理論、設(shè)計與施工[M].北京：中國電力出版社，2006.

〔編輯：王霞〕

Abstract： Strengthening control differential settlement based on soft ground deformation theory， the road soft roadbed reinforcement project， the use of sparse pile of cloth soft subgrade reinforcement approach， through field trials， further validated in controlled caped piles reinforced cushion subgrade strengthening the role of test data and have been a series of useful conclusions.

Key words： controlled caped piles； reinforced cushion； foundation reinforcement； soft subgrade