剛?cè)嵝蚤L(zhǎng)短樁在某軟土路基加固工程中的應(yīng)用

石明陽(yáng) SHI Ming-yang

（中鐵十二局集團(tuán)有限公司，太原 030024）

1 剛?cè)嵝蚤L(zhǎng)短樁概述

剛?cè)嵝蚤L(zhǎng)短樁復(fù)合地基主要指的是剛性長(zhǎng)樁與柔性短樁二者的有效結(jié)合，用于對(duì)沉降和承載力方面的監(jiān)管與控制，同時(shí)樁的頂端用較大剛度的基礎(chǔ)梁予以連接，從而滿足上部構(gòu)造的荷載要求，形成復(fù)合地基的形式。一般來(lái)說(shuō)，剛性長(zhǎng)樁位于承臺(tái)的下土體中部位置，周邊布設(shè)柔性短樁，從而避免不均勻沉降的情況，達(dá)到提升承載力并控制沉降的目的。

2 剛?cè)嵝蚤L(zhǎng)短樁復(fù)合地基承載力與沉降計(jì)算

2.1 承載力計(jì)算

在計(jì)算長(zhǎng)短樁復(fù)合地基的承載力時(shí)，以相同樁長(zhǎng)的復(fù)合地基承載力有關(guān)計(jì)算公式作為依據(jù)，并將經(jīng)加固處理之后的短樁復(fù)合地基當(dāng)作長(zhǎng)樁復(fù)合地基中重要的樁間土。當(dāng)樁間土與樁體具體的承載力明確，同時(shí)表現(xiàn)出長(zhǎng)樁導(dǎo)致復(fù)合地基產(chǎn)生破壞的情況下，此時(shí)的長(zhǎng)短樁復(fù)合地基承載力計(jì)算公式如下：

上式當(dāng)中：m1、m2依次表示長(zhǎng)、短樁相應(yīng)置換率；

Ap1、Ap2依次表示長(zhǎng)、短樁相應(yīng)的橫截面積；

fsp，k、fs，k依次表示復(fù)合地基、樁間土相應(yīng)的承載力標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值；

β1、β2依次表示短樁、樁闖土相應(yīng)強(qiáng)度的發(fā)揮系數(shù)。

短樁的單樁承載力標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值計(jì)算過(guò)程中主要利用了載荷實(shí)驗(yàn)方法，根據(jù)下述公式計(jì)算結(jié)果最小值：

在上式當(dāng)中：fcu，k代表的是和攪拌樁水泥土的配方一樣的立方體試塊處于室內(nèi)中的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度相應(yīng)的平均值結(jié)果；li、up依次表示處于各個(gè)土層內(nèi)樁的長(zhǎng)度、樁的周長(zhǎng)；qsi、qp依次表示處于各個(gè)土層中的樁土相應(yīng)的摩阻力標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值、樁端土的地基承載力標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值；η、ζ 都是折減系數(shù)。利用式（1），為了進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計(jì)，采用對(duì)長(zhǎng)、短樁的樁數(shù)改進(jìn)的方式實(shí)現(xiàn)。

2.2 沉降計(jì)算

計(jì)算長(zhǎng)短樁的復(fù)合地基沉降情況時(shí)，可以參考圖1、圖2。以豎直的方向作為沉降計(jì)算的范圍，涵蓋長(zhǎng)短樁的復(fù)合位置、長(zhǎng)樁的位置以及下臥層的位置等部分。根據(jù)相關(guān)規(guī)定進(jìn)行不同位置的沉降計(jì)算，具體公式：

圖1 長(zhǎng)短樁的復(fù)合地基平面圖

圖2 長(zhǎng)短樁的復(fù)合地基剖面圖

上式當(dāng)中，Sc代表的是計(jì)算的沉降量；SH1代表的是范圍H1的沉降量；SH2代表的是范圍H2的沉降量；SH3代表的是范圍H3的沉降量；ψ 代表沉降計(jì)算的修正系數(shù)；P0代表基礎(chǔ)底端位置的相應(yīng)附加壓力，（kPa）；Espi代表自然土層和樁產(chǎn)生的相應(yīng)模量，（MPa）：Zi、Zi-1依次表示基礎(chǔ)底端到i 層，i-1 層土底面相應(yīng)的距離，（m）；依次代表基礎(chǔ)底端到第i 層，i-l 層的土底面區(qū)間中的平均附加應(yīng)力系數(shù)；而n1、n2、n3則依次表示H1、H2、H3位置處的土層數(shù)。

計(jì)算H1、H2位置的復(fù)合模量采用下述公式：

上式當(dāng)中：Esp1、Esp2依次表示H1、H2位置的相應(yīng)復(fù)合模量；Ep1、Ep2、Es依次表示長(zhǎng)樁、短樁與自然土相應(yīng)的壓縮模量；m1，m2依次表示長(zhǎng)、短樁相應(yīng)的置換率。

計(jì)算剛?cè)嵝蚤L(zhǎng)短樁的復(fù)合地基沉降情況時(shí)，將允許的沉降量當(dāng)作主要管控指標(biāo)，在確定剛性樁布置數(shù)量的過(guò)程中，不可忽略剛、柔性樁和土之間的作用影響因素，利用對(duì)復(fù)合地基的承載力結(jié)果的檢驗(yàn)方式，確定其地基承載力的強(qiáng)度達(dá)標(biāo)與否，及時(shí)予以改進(jìn)。通過(guò)在剛?cè)嵝蚤L(zhǎng)短樁的復(fù)合地基內(nèi)布設(shè)褥墊層，凸顯出樁間土的作用。

3 某工程軟土路基中剛?cè)嵝蚤L(zhǎng)短樁的應(yīng)用

3.1 工程概況

3.1.1 工程簡(jiǎn)介

本次研究以xx 市的新城花園建筑工程項(xiàng)目為例，其地處浩龍路的東邊，計(jì)劃用地總面積為139615m2，而總建筑面積達(dá)到了18.42 萬(wàn)m2。這當(dāng)中有22 棟多層居民樓，大概12 萬(wàn)m2。此工程項(xiàng)目以相關(guān)建筑工程項(xiàng)目施工規(guī)定作為依據(jù)，對(duì)于地基的處理方面旨在凸顯一定創(chuàng)新性，從技術(shù)優(yōu)化入手，采用了剛?cè)嵝蚤L(zhǎng)短樁的復(fù)合地基形式。其中的剛性長(zhǎng)樁運(yùn)用管樁的形式，而柔性短樁則運(yùn)用水泥攪拌樁的形式?；诒ＷC工程項(xiàng)目的沉降與承載力符合有關(guān)規(guī)定的目的，通過(guò)開(kāi)展室內(nèi)的水泥實(shí)驗(yàn)檢測(cè)，明確相應(yīng)抗壓強(qiáng)度與壓縮模量，同時(shí)復(fù)合地基現(xiàn)場(chǎng)的靜載試樁實(shí)驗(yàn)也必不可少，實(shí)現(xiàn)基于設(shè)計(jì)荷載之下的沉降檢測(cè)，在相應(yīng)承臺(tái)下樁土中布設(shè)壓力盒，檢測(cè)相應(yīng)的壓力變化情況。

3.1.2 地質(zhì)條件分析

依據(jù)此工程項(xiàng)目的地質(zhì)報(bào)告資料，經(jīng)過(guò)對(duì)施工場(chǎng)地的勘查可知，主要涵蓋了粘土、淤泥質(zhì)黏土和淤泥等土質(zhì)構(gòu)成部分，現(xiàn)加以詳細(xì)說(shuō)明：

①粘土層：顏色為灰色與灰黃色，含有較少的鐵錳氰化物，表面是15-35cm 的耕作土，部分存在較少的人工填土；靜探Ps-H 曲線呈圓滑形態(tài)，Ps 數(shù)值是0．45-1．55MPa，土質(zhì)為軟塑、中、高壓縮性土，層厚度是0.25-2.2m，層底的埋深為0.45-2.3m，除河流位置外，其它的位置均有分布。

②淤泥和淤泥質(zhì)粘土層：顏色為灰色與青灰色，頂部位置的淤泥為水平微層結(jié)構(gòu)，底端的淤泥質(zhì)粘土為鱗片狀；相應(yīng)的靜探Ps-H 曲線表現(xiàn)出低值趨緩的狀態(tài)，當(dāng)深度加大后，Ps 數(shù)值開(kāi)始增加，速度較為緩慢，并具有較大的層厚。

3.1.3 施工情況

此工程項(xiàng)目具體施工過(guò)程當(dāng)中，柔性樁運(yùn)用了16m的水泥攪拌樁的形式，具體的樁徑為500mm，摻加16%的水泥材料和0.14%的SN2O2。各個(gè)承臺(tái)下端均有4 根水泥攪拌樁，需要以持續(xù)施工的方式于1d 之內(nèi)處理完畢。

而剛性樁則運(yùn)用了Φ500 的薄壁管樁形式，壁厚54mm，有效樁長(zhǎng)大概是34m。等到水泥攪拌樁施工完畢一個(gè)星期以后方可進(jìn)行施工處理，以每1 個(gè)半小時(shí)處理完一根樁的速度進(jìn)行施工。

此工程項(xiàng)目的試驗(yàn)工作開(kāi)展于2016 年1 月3 日，首次進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行打樁施工處理，1 月13 日，相關(guān)承臺(tái)中的全部樁施工處理均已經(jīng)完畢，效果顯著，無(wú)異常。2 月16日，實(shí)施挖土與樁頭部位的施工，接著開(kāi)始制作和綁扎基礎(chǔ)承臺(tái)的相應(yīng)鋼筋，同時(shí)支模與澆筑混凝土，3 月16 日，達(dá)到完成所有施工任務(wù)的目標(biāo)。

3.2 剛?cè)嵝蚤L(zhǎng)短樁現(xiàn)場(chǎng)荷載實(shí)驗(yàn)

3.2.1 實(shí)驗(yàn)過(guò)程與要求

進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的時(shí)候，需備用大概260t 的砂材料，使用編織袋裝載，形成傘型的堆放方式。相應(yīng)的傘型架的底盤(pán)支架長(zhǎng)度是10.5m，堆載的高度為2．4-3.2m。荷載增加的等級(jí)分為10 級(jí)，加載總量為240t。

實(shí)驗(yàn)運(yùn)用了慢速維持荷載的方法，以逐級(jí)加載的形式達(dá)到目的，在各級(jí)荷載趨于穩(wěn)定以后，再施以下一級(jí)的荷載，達(dá)到240t 后，進(jìn)行分級(jí)卸載處理，最終歸零。同時(shí)，保證每一級(jí)的加載占據(jù)總荷載的1/9，第一級(jí)則以2 倍的分級(jí)荷載形式實(shí)施加載處理。測(cè)定沉降的過(guò)程當(dāng)中，當(dāng)加載每一級(jí)之后，應(yīng)依次間隔6min、9min、14min 后讀取一次，后續(xù)則每間隔14min 進(jìn)行測(cè)定讀取，1 小時(shí)過(guò)后，則開(kāi)始每隔半個(gè)小時(shí)測(cè)定讀取一次，并保證每一次測(cè)定讀取的數(shù)值可以準(zhǔn)確記錄，寫(xiě)到實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表格當(dāng)中。對(duì)于沉降的穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)要求為：每一個(gè)小時(shí)的沉降量低于0.2mm，當(dāng)連續(xù)產(chǎn)生兩次之后，則表示其趨于較為穩(wěn)定的狀態(tài)，此時(shí)方能夠進(jìn)行下一級(jí)荷載的加載處理。在產(chǎn)生下述任意一種狀況時(shí)，需要立刻終止加載：

第一，當(dāng)處于某一級(jí)荷載的作用下，此時(shí)的樁沉降量是上一級(jí)荷載作用產(chǎn)生的沉降量的4 倍；

第二，當(dāng)處于某一級(jí)荷載的作用下，此時(shí)樁的沉降量高于上一級(jí)荷載作用產(chǎn)生的沉降量的3 倍，同時(shí)在1d 之內(nèi)依然沒(méi)有趨于穩(wěn)定。

進(jìn)行卸載和卸載沉降測(cè)定的過(guò)程當(dāng)中，每一級(jí)的卸載數(shù)值是每一級(jí)的加載數(shù)值的3 倍。在每一級(jí)經(jīng)過(guò)卸載處理之后，需間隔14min 進(jìn)行一次殘余沉降情況的測(cè)定，當(dāng)讀取3 次以后，則間隔半個(gè)小時(shí)再次進(jìn)行讀取，此時(shí)便能夠進(jìn)行下一級(jí)荷載的卸載，完成所有的卸載處理以后，則需要每間隔3.5-4.5h 進(jìn)行一次讀取。

3.2.2 剛?cè)嵝蚤L(zhǎng)短樁承載力與沉降實(shí)驗(yàn)結(jié)果

針對(duì)該建筑工程項(xiàng)目，通過(guò)進(jìn)行相關(guān)的實(shí)驗(yàn)，得出了下述幾個(gè)方面的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，現(xiàn)總結(jié)闡述如下：

①剛?cè)嵝蚤L(zhǎng)短樁的復(fù)合樁基中的柔性樁運(yùn)用的是水泥攪拌樁，相應(yīng)的樁的直徑為500mm，樁的長(zhǎng)度是16m，相應(yīng)的面積置換率則是0.27；而剛性樁則運(yùn)用的是Φ500的薄壁管樁形式，壁厚54mm，有效樁長(zhǎng)大概是34m。

②經(jīng)過(guò)此次實(shí)驗(yàn)的檢測(cè)與分析可知，對(duì)于此工程項(xiàng)目復(fù)合地基的承載力標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值，可以設(shè)定成300kPa。

③對(duì)于剛?cè)嵝缘膹?fù)合地基而言，其中的樁土應(yīng)力比和荷載改變呈現(xiàn)出正比的關(guān)聯(lián)性，具體而言，當(dāng)荷載逐漸增加后，其會(huì)相應(yīng)地提高，而在荷載逐漸減小的過(guò)程當(dāng)中，其會(huì)開(kāi)始下降。

3.3 純短樁與長(zhǎng)短樁在大小跨度廠房工程中軟土路基應(yīng)用的對(duì)比

3.3.1 大跨度廠房中的應(yīng)用對(duì)比

通過(guò)從表1 當(dāng)中不難獲知，針對(duì)荷載加大的大跨度廠房工程項(xiàng)目而言，當(dāng)采用純短樁與剛?cè)嵝蚤L(zhǎng)短樁的復(fù)合地基的形式以后，通常在樁的數(shù)量上要求很多，以便達(dá)到其荷載的需要。從純短樁基礎(chǔ)的形式來(lái)說(shuō)，通過(guò)增長(zhǎng)樁的直徑與樁的長(zhǎng)度，不僅可以實(shí)現(xiàn)對(duì)樁數(shù)量的縮減，而且讓相應(yīng)的沉降量得以降低，不過(guò)從樁的數(shù)量上來(lái)看，依然存在著過(guò)多的缺陷，同時(shí)有關(guān)沉降量超過(guò)了相關(guān)規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)。而采用長(zhǎng)短樁的復(fù)合地基形式，盡管對(duì)沉降的管控成效顯著，樁的數(shù)量過(guò)多以及承臺(tái)面積太大等問(wèn)題，十分不利于施工工作的開(kāi)展，所以，應(yīng)該運(yùn)用等長(zhǎng)的長(zhǎng)樁基礎(chǔ)形式。

表1 大跨度廠房應(yīng)用中的樁匯總表

3.3.2 小跨度廠房中的應(yīng)用對(duì)比

通過(guò)試驗(yàn)相關(guān)數(shù)據(jù)獲知，針對(duì)那些荷載較小，同時(shí)屬于小跨度的多層廠房工程項(xiàng)目而言，運(yùn)用純短樁的基礎(chǔ)與剛?cè)嵝蚤L(zhǎng)短樁的復(fù)合地基的基礎(chǔ)形式都是可以達(dá)到其相應(yīng)的荷載規(guī)定的。從純短樁的基礎(chǔ)角度來(lái)說(shuō)，由于樁的數(shù)量很多，雖然采用增大樁的直徑與其長(zhǎng)度的方法，可以使得相應(yīng)的沉降量降低，不過(guò)大多數(shù)均不符合相關(guān)規(guī)定的區(qū)間。通過(guò)利用長(zhǎng)短樁的復(fù)合地基的基礎(chǔ)形式，不僅能夠達(dá)到相應(yīng)的荷載規(guī)定，而且使得樁的數(shù)量得以縮減，發(fā)揮出良好的沉降管控成效。由此可見(jiàn)，對(duì)于小跨度的廠房工程項(xiàng)目來(lái)說(shuō)，可以運(yùn)用長(zhǎng)短樁的復(fù)合地基的基礎(chǔ)形式。

4 結(jié)論

本文將某建筑工程項(xiàng)目作為案例，對(duì)剛?cè)嵝蚤L(zhǎng)短樁的概念予以介紹，闡述了剛?cè)嵝蚤L(zhǎng)短樁復(fù)合地基承載力與沉降計(jì)算方法，并對(duì)某工程軟土路基中剛?cè)嵝蚤L(zhǎng)短樁的應(yīng)用加以分析。望此次研究的結(jié)果，可以帶給相關(guān)工作人員更多的借鑒，以便推動(dòng)我國(guó)軟土路基加固施工管理不斷進(jìn)步。