塑料排水板與混凝土管樁聯(lián)合的新型地基處理方法研究

劉怡岑（河南理工大學　萬方科技學院，河南　鄭州　450000）

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塑料排水板與混凝土管樁聯(lián)合的新型地基處理方法研究

劉怡岑
（河南理工大學萬方科技學院，河南鄭州450000）

通過介紹排水固結法的固結原理、組成部分及常用的排水材料，堆載預壓處理公路軟土地基設計及施工要求，以及復合地基加固機理和破壞模式，分別總結了水泥攪拌樁及預應力混凝土管莊在工程應用中使用條件、加固機理、設計原則及施工工藝。通過總結排水固結法與復合地基的特點，提出了組合型復合地基采用塑料排水板與混凝土管樁聯(lián)合的新型地基處理方法。

塑料排水板；混凝土管樁；地基處理方法

隨著國家對基礎設施的投資力度加大，近幾年高等級公路大量修建，使得大量的新技術、新材料應用到公路建設中。公路的地基處理同樣借鑒了其他行業(yè)成熟的、大量使用的地基處理技術，使其應用于公路行業(yè)為國家建設提供技術支持。目前，公路地基處理中常用的軟基處理方法有換填墊層法、預壓法、強夯法和強夯置換法、振沖法、灌漿法、水泥攪拌樁、土工合成織物、深層水泥土攪拌樁、木樁、砂樁、預應力管樁、鋼管樁、預制混凝土樁和灌注樁等。各種處治措施各有其優(yōu)缺點，實際應用應因地制宜選用經(jīng)濟合理、適用當?shù)氐奶幹未胧，F(xiàn)將對幾種常用的處治措施從其加固機理、措施組成等方面分析論述其特點及適用性，并提出新型處理方法［1］。

1　排水固結

排水固結法地基土層本身豎向排水體，通過預壓或其他方法使土體中孔隙水逐漸排除，使含水量降低故而土體會逐漸固結，是能夠慢慢提高土基強度的一種有效方法。排水固結這種方法，一般是由加壓、排水兩種系統(tǒng)組成［2］。

排水固結這種方法的原理是改變地基的排水邊界條件，加快孔隙水排水速度，排水系統(tǒng)分為3種方式：在土中打設的砂井、袋裝砂井或塑料排水板等豎向排水體同地面鋪設的砂石墊層構成［3］。

1.1袋裝砂井

對于軟土結構層厚度較大、路堤比較穩(wěn)定、填土相對較高的軟土路基地區(qū)，利用袋裝砂井進行處理，可大大提高軟土地基豎向排水，同時還能夠縮短水平向排水距離，加快軟土的固結和沉降速度，從而提高其強度。但是，這種施工方法的工藝流程較復雜，費用相對來說比較高，所以時長較長。袋裝砂井的施工是采用土工編織布制成7～12cm直徑的袋子，在里面填充砂子［4］。

1.2塑料排水板

此方法與袋裝砂井基本相同，但與其相比，該方法較簡單、投入的費用和勞動力都較少；其滲濾性和吸水性能都比較好，還有一定的強度、延展率，而且對土的擾動小，預壓時間較長，因此在工程中應用廣泛。塑料排水板與袋裝砂井的作用原理相同，設計方法也基本相同，只是所用材料不同。

1.3真空預壓法

在黏土層上面，首先鋪設一層砂墊層，然后用薄膜密封住，用真空泵對其抽氣，使地下水位降低，然后在大氣壓等的作用下加速路基固結。即是通過真空來進行抽氣，然后在密閉軟土基上形成真空的負壓力，使土體顆粒之間存在的空氣和自由水沿著縱向排出，使其排到上層的砂墊層中，然后經(jīng)過濾后使其排到軟基密封膜外部，土體固結。當然，除此之外，還可采用真空與堆載預壓相結合的方法，這兩種方法的結合，其原理與單獨的真空預壓相同，但預壓時間縮短了近一半，效果更佳。

2　復合地基法

所謂復合地基，是指在軟土地基中加入剛度遠大于淤泥的材料制成的樁柱體，對土體進行加強或置換，如水泥黏土樁、碎石樁、砂樁等，由這些剛度大的樁柱體與原有軟土組成復合地基。當復合地基上施加荷載后，這些荷載由樁柱體和樁間土共同承擔，由此提高了原有地基的承載能力，達到了加固目的。

2.1加固機理

復合地基根據(jù)不同的中樁間土的性狀、樁體材料、成樁工藝，復合地基的加固機理也不盡相同，綜合有以下幾個方面。

2.1.1置換作用。復合地基中的樁體強度一定大于樁間土的強度，當有荷載作用時，樁頂所承受的應力比樁間土所承受的應力要大，這樣樁體將荷載向土層中傳遞，減少樁間土承擔的荷載應力。

2.1.2墊層作用。復合地基相當于樁與樁間土在加固深度范圍內(nèi)形成復合層，其起到墊層的換土、均勻地基應力和增大應力擴散角等作用。

2.1.3擠密、振密作用。這種作用的原理是：通過振動、振搗、擠壓等措施，使土體的孔隙比減小，強度反而提高等，來達到最終的目的。當然對于特殊砂土路基、軟弱的黏性土路基等，還可采取重錘或強夯等措施。

此外，還有排水、減載和樁對土的約束作用等。

2.2水泥攪拌樁

水泥攪拌樁是利用施工攪拌機械把水泥等材料作為膠結物，攪拌到土體當中，由膠結物和土體發(fā)生一定的物理和化學反應，從而提高地基強度模量。根據(jù)樁體的施工方法不同，水泥攪拌樁可分為：水泥漿攪拌（漿噴樁）和粉體噴射攪拌（粉噴樁）2種。

2.2.1水泥攪拌樁加固機理。水泥加固機理是，由于水泥摻量較小，在軟土的圍繞下，進行水泥的水解和水化反應。所以，水泥加固軟土的過程比較緩慢，強度增加較小，土中含水量也在不斷變化。

2.2.2水泥攪拌樁的施工工藝。水泥攪拌樁是目前高速公路軟基處理中用得較多的處理措施，其施工方法主要有粉體噴射攪拌法和水泥漿攪拌法。前一種方法是利用水泥、石灰等材料作為固結的固化劑，通過攪拌鉆機，按照一定的時間和一定的量讓其從鉆頭噴嘴噴出，就地將軟土這種土類和固化劑進行強制攪拌。利用這兩種物質(zhì)，讓其產(chǎn)生一系列的物理化學反應，讓軟土結構和水泥柱體結成一種復合地基，這種軟土結構要求具有一定的整體性和水穩(wěn)性。所謂漿液攪拌法，首先就是要把水泥、外摻劑按照計算好的定量的配比倒入攪拌池中，水灰比一般取為1.0∶0.4～1.0∶0.5，然后經(jīng)過充分拌和，利用灰漿擠壓泵將漿液從攪拌頭噴嘴擠入軟土中，再進行充分的攪拌。這兩種方法的機理、計算幾乎相同，只是第二種方法所用設備比第一種更簡單，因為第二種方法沒有灰罐和粉體發(fā)送設備，卻多出來個擠壓泵。

2.3預應力混凝土管樁

截至目前，我國仍舊處在基礎設施建設高潮期，通過這些年的發(fā)展，對地基的處理技術也提出了更多更高的要求。當然在公路當中，對于地基的處理亦是如此。近年來，預應力混凝土管樁這種軟土地基處理方法，在公路工程行業(yè)中逐漸被使用。這種管樁屬于弱擠土樁，所以其對周圍的自然環(huán)境和周邊的建筑影響都比較小，目前各行業(yè)中都在廣泛使用。

預應力混凝土管樁的機理如下：當對管樁頂部施加荷載后，樁身外側(cè)摩阻力會首先發(fā)揮作用，其次是樁端阻力，但是如果作用于樁身的荷載逐漸增大，當達到一定程度，樁外側(cè)摩阻力會發(fā)揮殆盡而喪失作用，這時作用于樁身上的荷載如果還在繼續(xù)加大，管樁就會沉降，這時所增加的荷載則由樁身的端阻力提供平衡。但是，由于樁身的面積一般都比較小，所以在樁端易出現(xiàn)應力集中等現(xiàn)象。隨著作用的荷載進一步加大，達到一定程度后，土體就會出現(xiàn)破壞，向外側(cè)擠出，管樁樁身刺入土體中，樁身端部沉降急劇增大，達到破壞狀態(tài)。因此，管樁承受的荷載是由外側(cè)摩阻力和樁身端阻力共同承擔的。

3　組合型復合地基提出

針對軟土層較厚的地區(qū)，特別是我國長三角、珠三角及沿海一帶，普遍存在著深厚的軟土層，采用不同的方法處理較厚的軟土層，有著不同的特點。

根據(jù)其特點可知，如果在高速公路建設過程中，遇到土質(zhì)較差的路基，采用單一的處理方法，不能得到滿意的工程處理效果。隨著軟土地基處治技術的理論發(fā)展和工程實踐的普及，道路工作者對其進行了一定的研究并得到一定的研究成果。章定文、劉松玉等人研究了粉噴樁和排水板組成復合地基的固結特性，成果表明排水板的排水效應、粉噴樁的應力集中效應以及樁土間荷載轉(zhuǎn)移形成的孔壓梯度，三者均能加速地基的固結，減少工后沉降；葉觀寶和徐超通過研究了組合型復合地基排水固結特性和強度增長規(guī)律，發(fā)現(xiàn)樁的作用在于提高地基強度和穩(wěn)定性，減少總沉降和側(cè)向位移，排水板則能夠加快地基同結速率，及時提高地基強度，控制工后沉降，都得到很好的處置效果。

本文提出的組合型復合地基采用塑料排水板與混凝土管樁聯(lián)合的新型地基處理方法，示意圖如圖1所示。

該方法最大的優(yōu)點：水泥樁和排水塑料管構成了組合型復合地基，把混凝土樁和排水固結法聯(lián)合起來，在土層一定深度范圍內(nèi)，利用混凝土樁與樁間土共同組成的復合地基，提高了復合地基的強度與承載力，從而有效減小了軟土地基總沉降量，使得能滿足工程要求；在土層中設置塑料排水排，為排水提供了通道，可以縮短排水時間，加快了軟土層的排水固結，提高了復合層穩(wěn)定性，地

基土強度逐步提高，地基穩(wěn)定性得到保證。

圖1　組合型復合地基示意圖

4　結語

①本文詳細介紹了排水固結法的固結原理、組成部分及常用的排水材料，堆載預壓處理公路軟土地基設計及施工要求。

②介紹了復合地基加固機理和破壞模式，分別總結了水泥攪拌樁及預應力混凝土管莊在工程應用中使用條件、加固機理、及施工工藝。

③通過總結了排水固結法與復合地基的特點，提出了組合型復合地基采用塑料排水板與混凝土管樁聯(lián)合的新型地基處理方法。

［1］康旭元.地基處理技術的發(fā)展與現(xiàn)狀［J］.山西建筑，2005（1）：74-75.

［2］JTG D30-2004.公路路基設計規(guī)范［S］.

［3］劉孝江.水泥攪拌樁和塑料排水板聯(lián)合處理軟基的試驗研究和工程應用［D］.南京：南京林業(yè)大學，2005.

［4］陳向陽.高速公路軟基處理方案智能評價與優(yōu)化方法研究［D］.武漢：武漢理工大學，2008.

Research on New Ground Treatment Method of Plastic Drainage Plate and Concrete Pipe Pile

Liu Yicen
（Wanfang College of Science&Technology Henan，Zhengzhou Henan 450000）

By introducing drainage consolidation the consolidation principle，component and common drainage materials，surcharge preloading in treatment of highway soft soil foundation design and construction requirements，and introducing the reinforcement mechanism and the failure modes of the composite foundation，this paper summarized the cement mixing pile and prestressed concrete pipe Zhuang in engineering application conditions of use，the reinforcement mechanism，design principles and construction technology.By summarizing the characteristics of drainage consolidation method and composite foundation，a new type of foundation treatment method was proposed，which was combined with plastic drainage plate and concrete pipe pile.

plastic drainage board；concrete pipe pile；foundation treatment method

TU473.1

A

1003-5168（2016）04-0101-03

2016-03-08

劉怡岑（1994-），女，本科在讀，研究方向：土木工程道路橋梁。