刚性桩复合地基应用于沿海软土地基处理的研究
科技信息2008年第24期
SCIENCE &TECHNO LO GY INFORMATION ●
1.引言
高速公路沿海软土路基上桥头段沉降较大,形成桥面和路面的高差,产生“桥头跳车”现象。采用水泥搅拌桩等方法处理桥头段软土路基,对于深厚软土路基,其加固深度受到限制。刚性桩复合地基具有施工质量易控制、施工速度快、工后沉降及不均匀沉降小、地基处理深度大、复合地基承载力大、造价比较适中等突出优点,在高速公路软基中得到广泛的重视,并有初步的应用。
2.刚性桩复合地基应用于软基处理的形式
刚性桩复合地基应用到高速公路中通常采用两种形式:一种是在桩顶(通常是预应力管桩、预制方桩或钻孔桩等刚度较大的桩)浇注一个柱帽,增加承受路堤荷载的面积,将路堤填土的大部分荷载通过填土中的土拱效应传递到桩体,再传递到下卧涂层中;为了尽可能的将桩间距扩大,在上步填土和桩头之间可设置一层或多层加筋材料以将更多的荷载传递到桩上。这种基础可称为桩承式路堤,或称为桩-网式复合地基。这种形式在国外有较广的应用,如日本北海道的沿海堤岸改造工程就采用了混凝土桩和木桩加工土织物的复合地基形式,伦敦机场沿海高速公路扩建软基处理采用了“带桩帽钢筋混凝土预制桩+土工织物”的复合地基形式,这种桩承式路堤在美国的沿海公路软基处理中也有大量的应用,国内的一些高速公路扩建工程中,如杭甬高速公路拓宽工程也都采用了类似的处理形式。
另一种形式就是采用C FG 桩(或低强度素混凝土桩),通过合理设
置垫层的材料、厚度以及调整桩间距,将更多的荷载传递到桩体中。
CFG 桩复合地基最先在新台高速公路软基处理上进行系统试验和研
究,取得了许多有益的成果。然后在国内许多高速公路,如京珠(北京-珠海)高速公路、淮安-盐城高速公路、北京-承德高速公路、连云港-盐
城高速公路的沿海段软土路基中都采用了这种复合地基处理形式。3.刚性桩复合地基应用于软基处理的荷载传递机理3.1土拱效应—PTC 预应力管桩复合地基
刚性桩复合地基应用到路基处理当中,通常间距较大,而且带有桩帽
(可称为桩承载、
式路堤),其受力较为复杂,桩间土上部的路堤土体和桩帽顶部土体的差异沉降会使桩顶水平面上一定范围内路堤填料产
生应力重分布,大主应力方向发生偏转而大致平行于相邻两柱帽之间的圆拱形链线,从而将此拱形区域内的路堤填料压实,形成一个个拱状的压密壳体,将一部分桩间土上部的路堤重量传递在桩帽上,这一现象即是桩承式路堤的土拱效应。
土拱效应形成后,路堤荷载向桩顶转移的大小与路堤填料的性质、填料的高度、桩间距和桩帽的大小有关。工程中关心的是桩间距和桩帽大小的选择问题。桩间距过大,桩帽过小,土拱效应不足,桩间土承受荷载太大,桩顶和桩间土差异沉降超出允许范围,路堤顶面产生“蘑菇”状突起;反之,则达不到桩承式路堤应有的经济效果。
3.2垫层效应—CFG 桩复合地基对刚性复合地基,如果不采用褥垫层,当桩端落在坚硬土层上,复合地基沉降主要由桩的压缩变形控制。通常桩的压缩模量远大于桩间土,压缩变形很小。相应桩间土的变形很小,桩间土的变形很小,桩间土的承载能力很难发挥,荷载基本由桩承担。可见,基础下是否设置褥垫层,对复合地基受力影响很大。特别是CFG 桩,褥垫层技术是CFG 桩
复合地基的一个核心技术,复合地基的许多特性与褥垫层有关。褥垫
层的作用体现以下几个方面:(1)保证桩、土共同承担荷载;(2)调整桩、土荷载分担比;(3)减小基础地面的应力集中;(4)调整桩、土水平荷载的
分担。增大褥垫层厚度及降低褥垫层压缩模量,一方面可缓解桩顶应力集中,但另一方面却增加了桩端应力。因此,在工程实际中,必须根据实际情况,选择合适的褥垫层厚度以及褥垫层模量,使桩土都能最大限度地发挥承载能力,从而达到优化设计的目的。
33路堤沉降计算及工后沉降预测方法
高速公路软基处理的质量一般以行车是否平顺、桥台是否跳车来评价的,规范也以工后沉降作为判定路基处理质量的重要依据。
刚性桩复合地基是一个由桩(桩帽)、水平加筋材料垫层、路堤填土和地基土等组成,这几部分互相作用,互相影响,其工作机理和沉降特性非常复杂。所以常规的沉降计算方法,如复合模量法就难以应用到刚性桩复合地基当中,必须在分析刚性桩复合地基在路堤荷载作用下的荷载传递规律,提出合理的沉降计算方法。同样,由于刚性桩复合地基桩间距都比较大,如何考虑桩间土在路堤荷载作用下固结所引起的工后沉降也是重要的问题。
4.工程实例
某沿海高速公路PTC 预应力管桩试验段,浅部新近沉积的软土分布较为普遍,主要土层分布如下:1层素填土:黄灰色,松软,夹大量植物根茎,层厚1.00m 。2-1层亚粘土:灰黄~黄灰色,流塑,见浅灰色斑块,层厚0.70m 。2-2层淤泥:灰色,饱和,流塑,含少量腐植物,层厚12.8m 。4-2层亚粘土:灰绿~灰黄色,软塑,层厚2.5m 。4-4层亚粘土:灰黄色,硬塑,局部流塑,夹亚砂粉砂,局部含量高,呈互层状,见少量贝壳碎屑,层厚7.00~8.00m 。
现场刚性复合地基设计参数分别如下:设计采用的PTC 管桩直径为400mm,壁厚70m m,桩长24m ,由两节12m 长的组成,桩距分别为2.0、2.5、3.0m ,分上下两节施工,采用端板焊接接头,桩底开口未设桩靴,采用锤击法施工。
桩位在平面上呈正方形布置,处理范围至护坡道外侧,施工前首先清理表面,桩体施工完后施工桩帽,混凝土等级C20,并于桩帽上铺设40cm 厚碎石垫层。在碎石垫层中部(距碎石垫层顶部10、30cm)设置两层刚塑双向土工格栅,土工格栅双向拉力标准值N>80kN/m,延伸率<10%。PTC 桩间距3m 时,采用A 型柱帽,尺寸为1.4m ×1.4m ×0.3m ;间距为2m 和2.5m 时,采用B 型柱帽,尺寸为1.2m ×1.2m ×0.3m 。在试验期间的检测结果表明,在填筑期桩帽下埋设的土压力盒所测土压力随着填土高度的加大,各土压力盒对应的土压力值也在逐渐上升,但增幅偏缓,单桩复合地基中土也开始承载部分填土荷载。填筑结束后,预压期内随时间发展土压力变化较小,预压后期及预压土卸载后土压力则有减小的趋势。上述结果表明,PTC 管桩复合地基调动和发挥了桩间土的承载能力,随着填土高度和荷载的增大,桩间土的承载能力也逐渐得到增强,反映桩土应力是不断协调发展的,共同承担上部路堤荷载。而从沉降结果来看,整体试验段沉降值始终相差不大,沉降稳定较快,到后期随时间基本保持不变,由此可见刚性桩复合地基在高速公路软基处理中的优势所在。
5.结语
刚性桩复合地基近几年在我国沿海高速公路软基处理中有了初步应用,但目前没有统一的设计规范,大多根据经验来设计。本文分析了刚性桩在沿海高速公路软土路基处理中的应用问题,分析了其荷载传递机理,并结合工程实例,说明了其应用的可行性和优越性。然而,刚性桩复合地基性状十分复杂,其工作机理及沉降计算方法有待进一步的研究。【
参考文献】[1]黄菊清.刚性桩复合地基承载机制试验研究[J].岩土力学,2008(3).
[2]
王伟.刚性桩复合地基沉降计算方法研究[J].土工基础,2008(1).
[3]姚文娟.刚性桩复合地基褥垫层设计厚度计算探讨[J].水文地质工程地质,
2008(1).
[4]李春暖.软土地区高等级公路刚性桩复合地基理论与应用研究[J].交通标准化,2008(5).
[责任编辑田瑞鑫]
刚性桩复合地基应用于沿海软土地基处理的研究
张少颖
陈素珍
毛益波(温州市交通规划设计研究院
浙江
温州
325000)
【摘
要】本文分析了刚性桩在沿海高速公路软土路基处理中的应用问题,分析了其荷载传递机理,并结合工程实例,说明了其应用的可行
性和优越性。【
关键词】刚性桩;复合地基;软土地基处理○建筑与工程○56
.:4