剛性樁樁網(wǎng)路基法在深厚軟土路基中的設(shè)計分析

方國華

（云南省交通規(guī)劃設(shè)計研究院有限公司 云南昆明 650041）

0 引言

1 工程概況以及場地地質(zhì)條件

該道路工程為城市南北主干道路，設(shè)計車速為60km/h，道路總長為20km、寬為40m，因其承載交通量較大，施工期間對城市交通造成影響較大，當(dāng)?shù)卣畼O為重視，因此要求工期相對緊張。根據(jù)工程地質(zhì)初期勘察資料揭露，在該道路K0+180～K0+300區(qū)段內(nèi)存在深厚軟土，該區(qū)段地面標(biāo)高約為2.3～2.8m，道路設(shè)計標(biāo)高約為5.5～5.9m，工程所需填高約為3.2m。通過對該區(qū)段地下土層進行鉆探孔探測，發(fā)現(xiàn)場地存在耕地土層、粉狀粘土層、淤泥層、風(fēng)化花崗巖、砂土狀風(fēng)化花崗巖等巖土成分，其中耕地土層主要含量為細沙和泥土等雜質(zhì)，并摻雜大量的植物根莖，屬于新近填土，且密實度呈現(xiàn)不均勻分布特征；粉狀粘土層粘度一般，表面較為光滑，中等強度及韌性，未發(fā)現(xiàn)搖震反應(yīng)；淤泥呈現(xiàn)流動狀，塑性較差。以上土層對于施工工程來說均屬于不良基礎(chǔ)，在載重條件下，容易發(fā)生基礎(chǔ)下沉以及基礎(chǔ)壓縮變形等不良現(xiàn)象，從而導(dǎo)致地基失去穩(wěn)定性和不均勻變形，使道路工程產(chǎn)生安全隱患。

2 施工場地軟基處理必要性與設(shè)計要求

根據(jù)工程地質(zhì)初期勘察資料揭露所示，該道路路基場地屬于深厚軟土層，其力學(xué)性質(zhì)較差，路基承載力較低，如果直接作為路基基礎(chǔ)，根據(jù)《城市道路路基設(shè)計規(guī)范》（CJJ 194—2013）和《公路路基設(shè)計規(guī)范》（JTG D30—2015）等相關(guān)規(guī)范設(shè)計計算，得出結(jié)果該路基沉降將會大于30cm，遠遠無法滿足道路施工相關(guān)規(guī)范的設(shè)計要求，因此必須進行場地的軟基處理，提高路基的承載力，減少施工后路基沉降，確保施工的順利進行和施工后的安全保障[2]。

根據(jù)道路施工設(shè)計要求，根據(jù)《城市道路路基設(shè)計規(guī)范》（CJJ 194—2013）的要求，城市道路路基應(yīng)滿足相關(guān)參數(shù)以及工程沉降設(shè)計要求，具體數(shù)據(jù)如表1、表2所示。

3 軟基處理方案

為了滿足道路施工設(shè)計要求，目前道路施工中較為常見的深厚軟土軟基處理有以下幾種方案：①水泥攪拌樁方案，本方案處理時間較長，適用于工期寬松的施工，且由于本身樁材料的局限性，處理深度一般小于15m；②水泥粉煤灰碎石樁方案，本方案形成時間較快（1～2個月），處理深度可達25m左右，處理后可以顯著減少沉降量和提高承載力；③剛性樁樁網(wǎng)方案，本方案利用預(yù)制薄壁管樁同時結(jié)合樁頂加筋體形成的剛性樁樁網(wǎng)路基，采用預(yù)應(yīng)力工藝和離心成型法制作的一種混凝土預(yù)制構(gòu)件，具有制作簡便、制作周期短、對施工現(xiàn)場污染小等優(yōu)點。在樁的頂部設(shè)置樁帽，與墊層內(nèi)鋪設(shè)筋體形成一種復(fù)合型路基。這種路基可以十分明顯的降低沉降量，提高承載力，同時對各種不同地質(zhì)條件適應(yīng)性較強，處理深度可達30m以上，其本身還具備較強的抗彎性和穿透性，單樁承載力相對較高。根據(jù)道路工程地質(zhì)初期勘察資料揭露所示，道路K0+180～K0+300區(qū)段內(nèi)存在深厚軟土層最深可達33m，因此僅有剛性樁樁網(wǎng)方案符合條件，故推薦本方案。

表1 產(chǎn)地土層地質(zhì)參數(shù)

表2 場地路基容許施工后沉降量

4 剛性樁樁網(wǎng)路基設(shè)計方案

4.1 剛性樁樁網(wǎng)路基載荷設(shè)計

本道路施工項目剛性樁樁網(wǎng)路基載荷q（kPa）設(shè)計計算按照《剛性樁樁網(wǎng)路基設(shè)計與施工技術(shù)規(guī)程》（DBJ/T 13-221—2015）中4.1.1中的規(guī)定取值，其中還包括路面結(jié)構(gòu)層重量載荷和路面動載荷以及道路填土自重。

根據(jù)q=rshs+rchc+ql計算路基載荷；

其中：rs-填土容重，取值19kN/m3；hs-填土高度，取值3.2m；rc-路面結(jié)構(gòu)容重，取值22kN/m3；hc-路面結(jié)構(gòu)厚度，取值0.72m。

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ql-路面載荷，根據(jù)高速公路車道路面載荷取值為26kPa，計算得到路基載荷為88.96kPa。

4.2 樁徑、壁厚以及長度的確定

根據(jù)本地區(qū)以往道路工程施工經(jīng)驗和對本地區(qū)建材市場的詳細考察，決定本次道路施工采用的樁徑為50.0cm，壁厚為10.0cm，樁身強度C60。

本道路施工項目樁長設(shè)計根據(jù)初期路工程地質(zhì)初期勘察資料揭露所示，需要穿透耕地土層、粉狀粘土層、淤泥層、風(fēng)化花崗巖、砂土狀風(fēng)化花崗巖等巖土層，根據(jù)勘察標(biāo)高以及樁徑等要求，同時樁頂暫定地面以下0.5m，得樁長計算公式：

根據(jù)L=Lb+5D；

D-樁徑，取值0.5m；Lb-路基持力層至地面距離，根據(jù)地質(zhì)勘察取值33m，計算得樁長35m。

4.3 剛性樁樁網(wǎng)間距計算

本道路施工項目樁間距設(shè)計時，因采用正方形布樁方式，滿足設(shè)計要求的同時最好使用長樁、大間距布局。根據(jù)工程地質(zhì)勘察揭露，本項目以花崗巖層為基礎(chǔ)持力層，則單樁分擔(dān)路基面積A對基礎(chǔ)持力層計算為：

根據(jù) A=（Fb+Ke[φe]）/q；

Fb——極限側(cè)阻力，根據(jù)《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》（JGJ 94—2008）計算取值為1416.86kN；

Ke——基礎(chǔ)持力層樁端彈簧系數(shù)，取值為60000kN/m；

φe——樁端允許位移值，取值0.03D，為0.015m；

q——路基載荷，通過4.1計算得88.96kPa；

計算得到樁分擔(dān)路基面積A為26.04m2，則樁間距為5.1m。

4.4 樁帽大小計算

本道路施工項目樁帽結(jié)構(gòu)具有提高路基控沉能力和均化樁頂集中力的作用，樁帽面積Ah的計算公式：

根據(jù) Ah=qA/Ktφt

其中：q——路基載荷，通過4.1計算得88.96kPa；

Kt——褥墊層地基系數(shù)，本次工程擬采用級配碎石墊層，取值為23000kPa；

A單樁分擔(dān)路基面積A，通過4.3上文計算得26.04m2；

φt為樁頂允許位移值，規(guī)定取值為0.034m，最終計算得到Ah=2.96m2。

4.5 墊層

本道路施工項目中墊層的主要起排出路基空隙積水、增加路基載荷水平抵抗力以及充分發(fā)揮樁與土的共同作用力的作用，因此本道路施工項目在樁帽頂處位置設(shè)置一層50cm厚的碎砂墊層。同時為了防止路基的不均勻沉降和加強墊層的整體強度，在墊層中間鋪設(shè)兩層筋體結(jié)構(gòu)，并具有強度高、變形小的特點。按照設(shè)計要求規(guī)定，保證墊層極限抗壓強度≥30kN，極限伸長率≤10%，摩擦系數(shù)≥0.5[3]。

4.6 剛性樁樁網(wǎng)路基設(shè)計確定

綜上所述，本次道路施工項目設(shè)計運用剛性樁樁網(wǎng)路基法，最終采用的剛性管樁樁身強度C60，樁徑為50.0cm，壁厚為10.0cm，采用正方形布樁方式，樁距為5.1m，樁帽采用臺體式，厚度為0.5m，樁帽邊長1.7m，同時在樁頂設(shè)置50cm厚的碎砂墊層，墊層內(nèi)部鋪設(shè)兩層筋體結(jié)構(gòu)。

5 剛性樁樁網(wǎng)路基實施效果

目前本項目施工已經(jīng)完成，該道路承載著城市一半以上的交通量，根據(jù)第三方檢測單位檢測數(shù)據(jù)所示，該道路路基實際沉降量未超過預(yù)期設(shè)計沉降量，因此剛性樁樁網(wǎng)路基法在深厚軟土路基的實際處理過程中效果顯著，通過本次工程實例，可以為日后類似工程施工提供參考和借鑒。

6 結(jié)語

在云南省道路施工工程中，大部分路基工程地質(zhì)條件較差，軟土層相對較厚，不利于施工的順利進行，同時道路施工工期都相對緊張，更加為施工帶來難度。剛性樁樁網(wǎng)路基法作為一種新型路基處理方案，可以有效保證施工進行，工程質(zhì)量以及路基的穩(wěn)定性。但是在實際施工中依然存在著諸多問題，這就需要設(shè)計人員認(rèn)真鉆研，細心觀察，謹(jǐn)慎實驗，最終實現(xiàn)我國土建工程技術(shù)的發(fā)展。