路堤下刚性桩复合地基的简约设计方法

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1、路堤下刚性桩复合地基的经验设计方法路堤下刚性桩复合地基的简约设计方法娄炎(南京水利科学研究院，江苏南京210029)E-mail:ylounhri@126.com6路堤下刚性桩复合地基的经验设计方法1引言管桩复合地基近几年都先后应用于高速公路高填方桥头深厚软基工后沉降量的控制上，其设计大都是借用桩与桩间土等量压缩变形的刚性基础复合地基理论来设计的，即平均刚性模数法[1]。但现有的路堤基础不是刚性基础，其刚度不是很大，属柔性基础，桩与桩间土之间发生的下沉量是不等的，因此用平均刚性模数法来计算与设计半刚性或柔性基础下的复合地基是有缺陷的，其结果不是有问题就是太保守；目

2、前已有一些用有限元等数值分析方法来求解[2-4]，但所建立的应力应变模型还不够成熟，计算中所需的许多参数还难以准确确定和获取，这些使路堤下刚性桩的应用受到阻碍。而文献[2、5、6]提出的设计计算方法都是来自于HEWLETTWJ等人1988年提出的设计计算方法，该方法的最大不足是没有将桩间距与桩帽大小的确定与桩的承载力联系起来，也就是没有考虑地基土的性质，仅仅建立了与路堤填料的关系。实际上地基土的性质影响着桩的承载能力，影响着桩的下沉，桩与桩间土之间的相对变位也影响着土拱效应的强弱，影响着桩土应力比与桩土荷载分担比。路堤下刚性桩复合地基中桩、土与水平加筋层的受力情况

3、和破坏机理至今尚不十分清楚，三者之间的荷载分配规律也不十分明晰，在桩、土的变形过程中应力的重分配是存在的，但量化规律也尚不明确，因此准确的设计方法的建立也需进行大量的现场试验与准确的量测结果来支撑与验证。本文根据三种刚性桩复合地基现场测试结果，提出一个简单的设计思路与方法，以弥补现阶段精确设计方法的不足，使路堤下刚性桩复合地基在高速公路建设中能得到推广应用，使刚性桩的高承载潜能得到充分发挥，不要停留在小间距、高造价的状态，使桩间距有较大幅度的扩大，大大降低工程造价，使路堤的工后沉降得到有效控制。6路堤下刚性桩复合地基的经验设计方法2提出经验设计方法的基础2.1刚性

4、桩顶与桩间土发生不等的沉降变形6路堤下刚性桩复合地基的经验设计方法试验中设置了管桩、CFG桩和联合桩三种刚性桩复合地基，其参数见表1。在路堤作用下桩顶与桩间土都发生了不等的沉降变形，管桩桩顶与桩间土的沉降变形曲线见图1所示[7]，图中表示在路堤荷载作用下近地表1.5m深处桩间土的沉降量是桩顶的2.2倍，碎石垫层被压入桩间土中。CFG桩方案中桩间土到预压二十个月时自地表向下20m深的软土都有10cm以上的下沉量[8]，桩间土上的碎石垫层被压入桩顶之下，桩顶渐渐刺入到碎石垫层当中。联合桩方案中在桩长26m以内的桩间土发生的沉降变形都远大于路堤中央地表的沉降量[9]。这

5、些都说明路堤下三种刚性桩复合地基中的刚性桩都不同程度的发生刺入，路堤在桩与桩间土之间发生了不等的沉降变形。这一结果与刚性基础下刚性桩及桩间土的变形规律是截然不同的。6路堤下刚性桩复合地基的经验设计方法表1管桩、CFG桩与联合桩复合地基加固参数复合地基加固方案间距/m桩长/m布置方式桩径/mm置换率/%路堤填土厚度/m管桩2.436△40020.055.05CFG桩2.033△5005.674.14联合桩管桩（长）4.236□4006.233.64搅拌桩（短）2.116□5003.34注：在联合桩复合地基中，长桩为带有桩帽的混凝土预应力薄壁管桩，短桩为水泥搅拌（湿喷

6、）桩，联合桩在平面上呈正方形布置，在一个正方形的四个角点上布置一根混凝土预应力薄壁管桩、三根水泥搅拌桩。6路堤下刚性桩复合地基的经验设计方法图1管桩桩间土与桩底土层沉降2.2刚性桩桩顶土压力与桩间土压力差异极大图2是管桩复合地基管桩、桩间土土压力的实测过程曲线。表2是三种刚性桩复合地基实测土压力值。表中显示2.4m间距的管桩桩帽平台上面的平均土压力是桩间土承受的土压力均值的13.6倍图2填土、管桩平台与桩间土土压力过程线之多；桩间土承受的土压力仅仅是填土压力的28%。CFG桩复合地基在路堤填筑完成后，桩间土压力达到的最大值与桩顶土压力最大值相差16倍之多。联合桩4

7、.2m间距的管桩平台上土压力是填土压力均值的近4.5倍，搅拌桩顶上土压力是填土压力均值的1.7倍，桩间土承受的土压力大约是填土荷载的75%。从上看出，路堤给地基的压力不再平均分布，桩帽平台上的土压力要远远高于平均填土压力，而桩间土受到的土压力比填土压力小很多。路堤荷载在向刚性桩转移，显现土拱效应。表2三种刚性桩桩顶土压力与桩间土压力加固方法间距/m刚性桩面积置换率/%平均填土压力/kPa平台中心土压力均值/kPa桩间土土压力均值/kPa搅拌桩顶土压力均值/kPa管桩2.420.059736627/CFG桩2.05.6779.567236/联合桩2.1/4.26.2

8、366.8