載體樁對軟土地基沉降量控制效果的試驗分析

于長杰

(江陽建設(shè)集團有限公司, 四川瀘州 646000)

隨著高速鐵路的發(fā)展，載體樁的應(yīng)用已經(jīng)從房層建設(shè)的地基處理擴展到路基的軟基處理。有專家學(xué)者對其發(fā)明思路及其形式介紹過[1]，也有很多專家學(xué)者對加固機理及變形規(guī)律等方面進行進討論。陳洪運等[2]根據(jù)現(xiàn)場N63.5的試驗結(jié)果分析得出樁端擴大頭的擠土效應(yīng)明顯。閆雪峰等[3]對復(fù)合地基的設(shè)計與施工進行了探討。周斌[4]根據(jù)現(xiàn)場試驗驗證了載體樁在高速鐵路路基中的適用性，并總結(jié)了沉降特性。羅浩[5, 6]進行了載體樁施工工藝等研究，并在試驗的基礎(chǔ)上進行理論計算的研究。本文主要對有樁帽與無樁帽時的試驗結(jié)果進行比對，得出樁帽對沉降量的大小、沉降量發(fā)生階段以及發(fā)生深度的影響。

1　試驗段概況

某一試驗段地質(zhì)縱斷面如圖1，自上而下主要地層情況為：勘探深度范圍內(nèi)地層為第四系全新統(tǒng)沖積層(Q4al)及第四系上更新統(tǒng)沖積層(Q3al)，局部為第四系全新統(tǒng)人工堆積層(Q4ml)。地面至地面下8.4 m主要粉質(zhì)黏土和黏土層，在8.4～12 m深度范圍內(nèi)有一層中密～密實的細砂層，其下主要為粉土、可塑粉質(zhì)黏土和黏土互層。試驗段采用正方形布置的載體樁，分別選取有樁帽載體樁和無樁帽載體樁加固段進行沉降觀測，每一段選擇兩個觀測斷過面(主斷面，附斷面)。試驗段載體樁斷面加固情況及預(yù)壓土厚度見表1。

圖1　某試驗段地層剖面

為了對各監(jiān)測斷面測點的沉降進行觀測，并通過試驗判定壓縮層厚度，采用了液位沉降計和單點沉降計的聯(lián)合監(jiān)測法。在復(fù)合地基的樁頂及樁間土埋設(shè)單點沉降計和液位沉降計，同時監(jiān)測單點沉降計錨頭與沉降盤之間土體的壓縮變形和該點處地基沉降。液位沉降計、單點沉降計平面布置詳見圖2。液位沉降計安裝在樁頂平面，它的平面位置和單點沉降計安裝深度見表2。

表1　試驗斷面載體樁布置情況　m

(a)無帽斷面

(b)有帽斷面注：YW-代表液位計；DD代表單點沉降計，下同。圖2　載體樁各測試斷面液位沉降計、單點沉降計布置

表2　單點沉降計安裝深度和液位沉降計安裝位置　　m

2　監(jiān)測主要結(jié)果與分析

2.1　無帽載體樁

對于主斷面，液位沉降計監(jiān)測到的樁頂平面的沉降量及單點沉降計所測不同深度的壓縮量如圖3所示。

圖3　無帽載體樁主斷面荷載-時間-變形曲線

由圖3可知，監(jiān)測結(jié)束時，YW-3-2測得路基中心線附近樁頂?shù)某两盗繛?4.9 mm，樁間土實測最大沉降為99.6 mm，樁頂與樁間土沉降差約為5 mm，該沉降差即為載體樁的“上刺+下刺”量的總和。不同階段的實測值見表3。

根據(jù)表3的統(tǒng)計結(jié)果，預(yù)壓土堆載開始后，地基沉降變形迅速發(fā)展；沉降主要發(fā)生在預(yù)壓靜置期間。沉降量從路基中心向兩邊呈減小趨勢，靠近中線位置沉降量達80 mm以上；路堤邊緣沉降量約為40 mm。預(yù)壓土靜置30 d時，累計發(fā)生的沉降量已經(jīng)占監(jiān)測結(jié)束時總沉降的75 %以上，其中預(yù)壓范圍內(nèi)已經(jīng)達到了85 %以上；卸載后，沉降變形增長趨勢逐漸減緩，至監(jiān)測結(jié)束時，該試驗斷面的沉降變形測值已穩(wěn)定。由DD-3-2監(jiān)測值可知加固區(qū)壓縮量8.3 mm；由YW-3-1和DD-3-1測得的數(shù)值知，距離樁頂面16 m以下土層的累計壓縮變形量為28 mm，占總沉降量的28.1 %。參考附斷面的監(jiān)測數(shù)據(jù)，距離樁頂面32 m以下土層的累計壓縮變形量為9.65 mm，為總沉降量的12.1 %。

表3　無帽斷面沉降變形監(jiān)測結(jié)果　mm

2.2　有帽載體樁

對于有樁帽的載體樁復(fù)合地基斷面，液位沉降計監(jiān)測到的樁頂平面的沉降量及單點沉降計所測不同深度的壓縮量隨著時間變化的曲線如圖4所示。由圖4知，隨著路堤的填筑沒降量增加較快，在靜置期時沉降趨于變緩。變形監(jiān)測結(jié)果數(shù)值詳見表4。

圖4　有帽載體樁主斷面沉降變形-荷載-時程曲線

由圖4可知，監(jiān)測結(jié)束時，YW-4-2測得路基中心線附近樁頂?shù)某两盗繛?5.49 mm，樁間土實測最大沉降為88.11 mm，樁頂與樁間土沉降差約為3 mm。不同階段的實測的具體數(shù)值見表4。

表4　有帽斷面沉降變形監(jiān)測結(jié)果　mm

由表4知，填筑階段累積沉降量為總沉降量的55 %以上；靜置30 d時累積沉降量為總沉降量的76 %以上。沉降主要發(fā)生在路堤填筑施工期間，并且上部荷載穩(wěn)定時，沉降已經(jīng)基本穩(wěn)定，并無進一步發(fā)展趨勢。根據(jù)聯(lián)合單點沉降計DD-4-1及液位沉降計YW-4-1的測值可知，距離樁頂40 m以下深度土層的累計壓縮變形量為3.05 mm，僅為樁頂面到40 m深度范圍內(nèi)土層總的壓縮變形量的3.6 %；由單點沉降計DD-4-2得，本斷面復(fù)合地基加固區(qū)土體壓縮變形量為8.7 mm。由DD-4-3和YW-4-1知，樁頂平面以下30 m的壓縮量為16.6 mm約為總沉降量的18.9 %。顯然，與無樁帽時相比沉降量發(fā)生深度增加，并且沉降量發(fā)生的階段提前，樁身的刺入量減小。

3　結(jié)束語

根據(jù)對有樁帽和無樁帽載體樁復(fù)合地基沉降量的對比可以發(fā)現(xiàn)：路基中心處沉降最大，且路基中心處>路肩處>坡腳處，樁間土的沉降大于樁頂?shù)某两?；預(yù)壓可以加速載體樁復(fù)合地基的固結(jié)沉降。無帽載體樁的基底面沉降主要發(fā)生在靜置預(yù)壓階段，有帽載體樁的沉降主要發(fā)生在填筑階段。有帽載體樁的刺入量小于無帽載體樁。有樁帽時沉降量發(fā)生深度大于無樁帽時的沉降量發(fā)生區(qū)域。