復(fù)合樁在路橋施工技術(shù)的應(yīng)用分析

（天津路馳工程咨詢有限公司，天津市，300000） 宋麗麗

隨著我國基礎(chǔ)設(shè)施的發(fā)展，厚軟土地區(qū)的路橋施工越來越多[1]。這些軟粘土具有低強度、高壓縮性和低滲透性的特點[2]。在這種軟粘土上施工可能會導(dǎo)致大的沉降，如果不采取適當(dāng)?shù)拇胧﹣砜刂瞥两挡⑻岣哕浫跬翆拥某休d力，可能會進一步導(dǎo)致結(jié)構(gòu)破壞或施工預(yù)算增加[3]。橋頭跳車是一種常見的路橋病害，危害很大，主要是由橋頭引道與橋臺基礎(chǔ)之間的差異沉降引起的,傳統(tǒng)的水泥攪拌樁難以很好的滿足沉降要求[4-5]。復(fù)合水泥樁是一種經(jīng)濟有效的地基處理方法，它利用了鋼筋的高承載力以支持軟土地基中的中高設(shè)計荷載。它的設(shè)計不僅比其他土加固方法具有更高的工作荷載，而且比現(xiàn)澆樁和混凝土樁便宜[6]。

1 復(fù)合混凝土攪拌樁

復(fù)合樁由外部水泥攪拌樁和內(nèi)部預(yù)制混凝土樁組成。水泥攪拌樁是通過旋轉(zhuǎn)葉片切割一列土壤，然后在壓力下將水泥漿或粉末注入土壤中，并與原位土壤機械混合，在深度原位形成土壤水泥的固態(tài)。水泥攪拌樁完成后，我們用混凝土樁代替旋轉(zhuǎn)葉片，并將樁推入未固化的水泥土中?；炷翗兜牟迦胪ǔＰ枰?2h內(nèi)完成。然后完成復(fù)合樁的施工并保持強度保護。該樁的保護時間和程序與普通水泥攪拌樁的保護時間、程序一致。

2 工程案例

某路橋橋頭位于某湖的沖積湖平原上，地勢平坦。測試區(qū)域長91m，包括兩個鉆孔。根據(jù)鉆孔地質(zhì)勘探資料，地基土層物理力學(xué)參數(shù)如表1所示，其中w為含水量，Sr為飽和比，Es為壓縮模量，[σ0]為地基容許承載力。相鄰兩個鉆孔的鉆孔數(shù)據(jù)非常相似，因此其平均值列于表1中。

表1 土層物理力學(xué)參數(shù)

樁的布置設(shè)計為等邊三角形，樁間距為1.5m。樁的設(shè)計長度約為19.5m，以確保外部穿透整個軟土層4。內(nèi)部混凝土樁的橫截面為正方形，12 個應(yīng)力計焊接在其鋼筋上，以測量每個試樁混凝土芯的垂直應(yīng)力。并嵌入六個土壓力傳感器，以測試樁間表層土的應(yīng)力。

3 測試結(jié)果

3.1 復(fù)合混凝土攪拌樁的承載力和沉降

樁土相互作用使結(jié)構(gòu)荷載沿深度方向減小。用應(yīng)力計進行的靜載試驗發(fā)現(xiàn)，混凝土樁中的軸向力迅速減小，如圖1所示。結(jié)果表明，很小的荷載可以向下傳遞到混凝土樁的底部。建議復(fù)合材料樁的端阻力可以忽略不計，在這種情況下，該樁可以作為摩擦樁使用。圖中顯示混凝土樁中的軸向力隨著垂直荷載的增加而逐漸增加，并沿深度迅速減小，這與軸向力沿剛性樁長度的分布相似。在加載過程中，樁的大沉降發(fā)生在剛開始添加破壞荷載時，并隨著時間的推移而變得不穩(wěn)定。在這種破壞類型中，結(jié)構(gòu)荷載超過了內(nèi)部混凝土樁的承載力（材料強度），從而導(dǎo)致混凝土樁身在土壤地面失效或樁沉降超過極限測量值之前發(fā)生破壞。

圖1 混凝土樁的軸向力隨深度變化

在同一場地進行了復(fù)合混凝土攪拌樁和普通水泥攪拌樁的對比試驗。兩種類型的樁徑相同，均為500mm。結(jié)果表明，復(fù)合混凝土攪拌樁的極限承載力為600～800kN，而水泥攪拌樁的極限承受力為190kN，前者遠大于后者。同時，復(fù)合混凝土攪拌樁復(fù)合地基的承載力特征值為250～275kPa，水泥攪拌樁復(fù)合地基為120kPa，后者不能滿足140kPa 承載力的設(shè)計要求。結(jié)果表明，復(fù)合混凝土攪拌樁可以有效地提高承載力。

3.2 復(fù)合混凝土攪拌樁的樁土應(yīng)力比

從圖2 中可知，土壓力隨著垂直荷載的增加而逐漸增加。在低荷載水平（小于300kPa）下，樁與土壓力傳感器之間的距離越近，表層土的土壓力就越大。這意味著隨著施加荷載的增加，內(nèi)部混凝土樁承擔(dān)更多的結(jié)構(gòu)荷載。當(dāng)荷載增加到400kPa時，在距離樁中心不同距離處土壓力的差異越來越大，這表明荷載仍然主要由混凝土樁承載。當(dāng)荷載增加到約500kPa時，距離樁中心80cm處的土壓力增加，并接近距離樁中心40cm處的壓力。這表明樁間土壓力已經(jīng)發(fā)展到極限，樁土的協(xié)調(diào)作用突出。在整個加載過程中，土壤所承受的荷載隨著垂直荷載的增加而增加，當(dāng)荷載增加到500kPa 時，土壤表現(xiàn)出塑性特性。樁間土與從彈性狀態(tài)到塑性狀態(tài)的過渡有關(guān)。

圖2 距離樁中心不同距離處表層土的土壓力

內(nèi)部預(yù)制樁具有相對較高的彈性模量，約為外部水泥攪拌樁的100～200倍，復(fù)合樁的模量約為軟粘土模量的50～200倍。因此復(fù)合混凝土攪拌樁的荷載從內(nèi)樁傳遞到外樁，然后從外樁傳遞到周圍土壤。這種兩步荷載傳遞系統(tǒng)可以發(fā)揮樁與樁之間的土的作用，使荷載傳遞范圍比單純的混凝土樁更大，這一特性更有利于土壤承載力的發(fā)展。

4 結(jié)語

綜上所述，水泥攪拌樁是一種基礎(chǔ)工程建設(shè)中常用的技術(shù)手段，其特點是可以在土層中形成一定強度和穩(wěn)定性的柱狀體，從而起到支撐和加固的作用。在路橋施工中，水泥攪拌樁也得到了廣泛的應(yīng)用，為了更好地掌握水泥攪拌樁在路橋施工中的應(yīng)用情況，本文從技術(shù)應(yīng)用的角度進行了分析，介紹了復(fù)合混凝土攪拌樁在路橋橋頭軟土地基處理中的應(yīng)用，研究了其在軸向荷載作用下的承載力、沉降和樁土應(yīng)力比。試驗和分析證明了復(fù)合混凝土攪拌樁復(fù)合地基的有效性。