褥墊層對(duì)軟土路基加固土樁復(fù)合地基的影響

戴建智

漳州市城市規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院（363000）

褥墊層對(duì)軟土路基加固土樁復(fù)合地基的影響

戴建智

漳州市城市規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院（363000）

以福建省龍海市紫云西路軟土路基處理工程為例，總結(jié)了褥墊層對(duì)城市道路軟土路基加固土樁復(fù)合地基的影響，希望通過此次經(jīng)驗(yàn)交流，為我國城市道路設(shè)計(jì)人員帶來一些有價(jià)值的幫助。

軟土路基；加固土樁；褥墊層

0 引言

加固土樁復(fù)合地基指在承載力不足的天然地基上，通過攪拌機(jī)械將地基局部的某一深度、某一范圍內(nèi)的軟土通過加固材料改良形成加固樁體，使地基由處理前的軟土地基單獨(dú)承擔(dān)豎向荷載變成加固樁體與樁間土體共同承擔(dān)豎向荷載，以提高地基承載力。在加固土樁復(fù)合地基時(shí)，對(duì)加固樁體與樁間土體能共同承擔(dān)豎向荷載起到關(guān)鍵作用的是褥墊層。

1 褥墊層的作用

復(fù)合地基褥墊層是長期工程實(shí)踐總結(jié)出來的技術(shù),在加固地基頂面設(shè)置一層碎石或砂礫層,并在其中設(shè)置土工格柵形成加筋墊層，以增大墊層的整體性和連續(xù)性，起到類似承臺(tái)的作用的柔性層，使上部荷載通過較為均勻地傳遞到下部的樁和土體上。褥墊層在復(fù)合地基中主要起到以下作用：

1）保證樁與樁間土共同承擔(dān)荷載

復(fù)合地基與樁基礎(chǔ)的一個(gè)根本區(qū)別是樁、土是否共同承擔(dān)荷載。樁的彈性模量遠(yuǎn)大于樁間土的彈性模量。如果不設(shè)褥墊層，當(dāng)樁端位于堅(jiān)硬土層、地基受荷載時(shí)樁頂沉降變形很小，絕大部分荷載由樁承擔(dān)，樁間土的承載力很難發(fā)揮，在垂直荷載作用下的承載特性和樁基差不多。如果在樁頂設(shè)置一定厚度的褥墊層，樁在承受較大應(yīng)力時(shí)，可往褥墊層刺入，褥墊層材料可調(diào)整補(bǔ)充到樁間土上，荷載通過褥墊層向樁間土擴(kuò)散,樁間土承載力發(fā)揮系數(shù)得到提高。

2）調(diào)整樁土應(yīng)力比

復(fù)合地基的樁土豎向荷載分擔(dān)比通過樁土應(yīng)力比來體現(xiàn)。褥墊層可以根據(jù)需要人為地調(diào)整樁土應(yīng)力比。樁土應(yīng)力比調(diào)整由褥墊層的厚度及粒徑大小決定，隨著褥墊層厚度的增加，樁土應(yīng)力比相應(yīng)減小。相同的褥墊層厚度，粒徑越小，樁土應(yīng)力比越小。結(jié)合褥墊層的調(diào)節(jié)特性，設(shè)計(jì)時(shí)可根據(jù)樁與樁間土的特性，設(shè)置合適的褥墊層，充分發(fā)揮樁間土的承載力。

3）均勻地基應(yīng)力，減少地基差異沉降

褥墊層可以調(diào)整樁土荷載承擔(dān)比例，設(shè)計(jì)時(shí)通過調(diào)整褥墊層厚度，可以均勻地基應(yīng)力，協(xié)調(diào)地基變形。設(shè)置褥墊層時(shí)，樁在承受較大的應(yīng)力時(shí)，可往褥墊層刺入,褥墊層材料可調(diào)整補(bǔ)充到樁間土上，減小樁與樁間土的差異沉降[1]。

4）減少樁體破壞

如果不設(shè)褥墊層，樁受豎向荷載時(shí)，樁對(duì)基礎(chǔ)產(chǎn)生較大的應(yīng)力集中，容易對(duì)基礎(chǔ)產(chǎn)生沖切破壞，甚至造成樁頭損壞。如果設(shè)置褥墊層，樁對(duì)基礎(chǔ)應(yīng)力集中相應(yīng)減少，從而減少樁體沖切破壞及樁頭擠壓破壞的危險(xiǎn)。

如果路基受水平荷載較大，沒有褥墊層時(shí)，水平傳力方式為接觸傳力，基底水平荷載幾乎全部由樁承擔(dān)，容易造成樁體剪切破壞。當(dāng)設(shè)置褥墊層后，水平傳力方式改為摩擦傳力，褥墊層的相對(duì)滑動(dòng)可有效減弱水平力，增大樁間土的承載比例，減少樁體所受的水平力和剪切破壞。

5）影響工程造價(jià)

褥墊層不是越厚越好，過厚的褥墊層會(huì)增加工程造價(jià)。合理地布置褥墊層，能協(xié)調(diào)樁土應(yīng)力比，提高樁間土的承載力發(fā)揮系數(shù)，增大單樁加固面積，降低樁的排列密度，從而減少工程造價(jià)。

6）排水隔水作用

褥墊層一般為透水層,與道路排水系統(tǒng)相連，能有效隔離地下水與毛細(xì)水對(duì)上部路基的影響，保證上部路基干燥。

2 褥墊層對(duì)紫云西路復(fù)合地基的影響

2.1 紫云西路概況

1）工程概況

紫云西路為龍海市東西走向的城市次干路，長0.892 km，道路紅線寬度30 m，建道路全線均為填方，路基填筑高度為1.5～2.5 m，沿線土層分述見表1。

表1 沿線土層分述

攪拌樁加固劑采用42.5號(hào)普通硅酸鹽水泥。根據(jù)項(xiàng)目區(qū)域經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)時(shí)暫按攪拌樁每延米樁長水泥摻入量94 kg，與樁體混凝土配比相同的90 d齡期立方體抗壓強(qiáng)度不小于1.9 MPa，并要求施工前對(duì)項(xiàng)目混凝土配比進(jìn)行試驗(yàn)，根據(jù)強(qiáng)度要求調(diào)整水泥用量。由樁身材料強(qiáng)度確定的單樁豎向承載力為：

攪拌樁單樁承載力特征值，應(yīng)在樁周土和樁端土的阻力所提供的單樁豎向承載力特征值和樁身材料強(qiáng)度確定的單樁豎向承載力兩者中取最小值，所以RK=134.4 kN。

2.2 褥墊層對(duì)攪拌樁密度的影響

復(fù)合地基承載力特征值驗(yàn)算時(shí)，樁間土承載力發(fā)揮系數(shù)β在加固土層為淤泥等固結(jié)度較差土層時(shí)取0.1～0.4，其他土層可取0.4～0.8。本項(xiàng)目加固土

淤泥層承載力低，具有孔隙比大、強(qiáng)度低、易變形、高壓縮性等特點(diǎn)，不能滿足路基承載力及沉降要求，因此路基設(shè)計(jì)采用水泥攪拌樁復(fù)合地基處理，以滿足承載力不小于100 kPa、一般路段工后沉降＜0.3 m的要求[2]。攪拌樁樁徑600 mm，樁底進(jìn)入持力層（細(xì)砂）不小于50 cm，樁周長度S=1.885 m，樁身截面積Ap=0.283 m2。

2）單樁豎向承載力特征值計(jì)算

樁周土和樁端土的阻力所提供的單樁豎向承載力特征值，取樁長較短且淤泥較厚的最不利處進(jìn)行計(jì)算。該處素填土整平清除，樁長最短為12.0 m，該處樁間土分布為，淤泥層11.5 m、細(xì)砂層0.5 m，單樁豎向承載力特征值為：層為淤泥，β取0.1～0.4。λ為單樁承載力發(fā)揮系數(shù)，取1.0。fs為處理后的樁間土承載力特征值，按天然承載力特征值選取。

不設(shè)置褥墊層時(shí)，β取小值，計(jì)算時(shí)取0.1。攪拌樁按等邊三角形布置，間距1.25 m×1.25 m,面積置換率m=0.209。

設(shè)置褥墊層時(shí)，β可取高值，計(jì)算時(shí)取0.3。攪拌樁按等邊三角形布置，間距1.3 m×1.3 m,面積置換率m=0.193。

可以看出，項(xiàng)目不設(shè)置褥墊層時(shí)攪拌樁按等邊三角形間距1.25 m×1.25 m與設(shè)置褥墊層時(shí)按等邊三角形間距1.3 m×1.3 m承載力相近，滿足100 MPa的要求。由于路基下臥層承載力為140 kPa，己大于路基加固后承栽力，故下臥強(qiáng)度滿足要求。

2.3 褥墊層對(duì)工程造價(jià)的影響

該項(xiàng)目攪拌樁長12 m，600 mm樁徑造價(jià)為65元/m，填土方造價(jià)為36元/m3。考慮到當(dāng)?shù)厣暗脑靸r(jià)為120元/m3，碎石的造價(jià)為70元/m3，設(shè)計(jì)時(shí)樁頂50 cm的褥墊層采用碎石。并在碎石墊層中設(shè)置一層雙向土工格柵，造價(jià)為15元/m2。

復(fù)合地基造價(jià)：

不設(shè)置褥墊造價(jià)=0.5×36(土)+65×12×0.209/ 0.283（樁）=594.0元/m2

設(shè)置褥墊層造價(jià)=0.5×70(碎石)+15(格柵)+65× 12×0.193/0.283（樁）=581.9元/m2

項(xiàng)目復(fù)合地基造價(jià)設(shè)置褥墊層比不設(shè)置褥墊層節(jié)省12.1元/m2。

3 結(jié)語

設(shè)計(jì)是施工的指導(dǎo)及依據(jù)，關(guān)系到工程質(zhì)量的好壞。為軟土路基加固土樁復(fù)合地基設(shè)計(jì)合理的褥墊層，不緊能減少路基差異沉降，提高工程質(zhì)量，還能降低工程造價(jià)。目前龍海市紫云西路行車道已通車一年多，未發(fā)現(xiàn)明顯的路基變形或不均勻沉降等情況。

[1]王鳳池,朱浮聲,王述紅,董天文.復(fù)合地基的褥墊層設(shè)計(jì)[J].東北大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版).2004(3)：26-27.

[2]董道洋.CFG樁復(fù)合地基褥墊層設(shè)計(jì)的重要性[J].巖土工程界,2004(1)：10-11.