剛性樁復合地基在道路工程設計及施工中的應用

（上海市城市建設設計研究總院（集團）有限公司 ,上海 200125）

一、工程及地質概況

電站路位于湖北省漢川市經濟開發區，是一條南北向的次干路，紅線寬30m。其跨越公路渠處（電站路箱涵）地基淤泥層較厚，天然地基承載力無法滿足箱涵結構的設計要求（130kPa），該處地基地質情況如下：

第①層，雜填土（Qml）：表現為松散的特性，整個施工場地內都有分布，平均厚度為0.60m；

第②層，粉質粘土(Q4al+pl)：具有高度的可塑性，整個施工場地內都有分布，最薄處為1.90m，相比之下最厚處達到了2.80m，進一步得知平均厚度為2.40m；

第③層，淤泥質粉質粘土(Q4al+pl)：具有高度的軟塑性，整個施工區域內都有分布，最薄處為1.50m，相比之下最厚處達到了2.30m，進一步得知平均厚度為1.80m；

圖1 地質鉆孔柱狀圖

圖2 各土層力學性能參數表

第④層，粉質粘土(Q4al+pl)：具有高度的可塑性，整個施工區域內都有分布，最薄處為2.70m，相比之下最厚處達到了3.70m，進一步得知平均厚度為3.13m；

第⑤層， 淤泥質粉質粘土(Q4al+pl)：可塑，濕，全場地分布，最薄處為4.30m，最厚處為6.10m，平均厚度為5.10m；

第⑥層，粉土(Q4al+pl)：濕，中密，整個施工區域內都有分布，最薄處為3.80m，相比之下最厚處達到了5.90m，進一步得知平均厚度為4.70m；

第⑦層，粉砂(Q4al+pl)：飽和，整個施工區域內都有分布，最薄處為9.60m，相比之下最厚處達到了17.10m，進一步得知平均厚度為12.70m。

二、剛性樁復合地基處理在工程設計中的應用

圖3 路基處理橫斷面圖

場地可供選擇的地基處理方案有兩種：水泥土攪拌樁和素混凝土灌注樁。經過各方面論證比選，建設方決定采用素混凝土灌注樁。

（一）設計指標

1.選用的是素混凝土材料，在此基礎上設置為沉管灌注樁，要求所使用的材料強度達到C15，樁長以穿透粉砂層50cm控制。灌注樁樁徑50cm，間距150cm呈正方形布置，樁頂設25cm厚，100cmX100cm的C30鋼筋混凝土蓋板，蓋板頂設置50cm砂礫墊層。

2.在砂礫墊層中鋪設玻纖土工格柵，對應的技術指標有：斷裂強度（kN/m）：經向：50、緯向：50；伸長率（≤%）：4；網眼尺寸（mmXmm）：12.7X12.7；單位面積質量（g/m2）：440；彈性模量（GPa）：67。

3.工后沉降：小于等于10cm。

（二）設計參數驗算

1.復合地基的承載力驗算

式中： fs—復合地基的承載力特征值。

2.要想得到復合地基的承載力標準值，就必須展開現場荷載試驗，此外還需要利用到如下公式：

m—復合地基承載力標準值；

Ap—復合地基承載力標準值；

fsk—樁間天然地基土承載力標準值；

Ra—指的是單樁豎向承載力標準值，其獲得形式有二，即進行載荷試驗，也可按下式計算：

3.沉降驗算

根據規范《建筑地基基礎設計規范》，可以利用如下公式展開沉降驗算：計算公式如下：

式中：ψs--沉降計算經驗系數；

S--地基最終沉降量（mm）；

n—地基壓縮層所設置的土層數量；

p0—基礎底面所產生的附加壓力值（kPa）；

Esi—將基礎底面作為基準，由此得知其下部第i層所產生的壓縮模量（MPa）；

zi、zi-1—以基礎底面為基準，其下部的第i層和第i-1層與之形成的間距（m）；

αi、αi-1—以基礎底面為基準，其下部的第i層和第i-1層所產生的附加應力系數均值。

4.計算結果

Ra：434kN；fspk：140kPa；S：9.3cm。

三、剛性樁復合地基處理在施工中的應用

（一）樁位測放

需要使用全站儀設備，在其作用下可以得知放樁群長度方向的軸線值，在此基礎上使用測繩進一步得出欄位的具體位置，并做好標記處理。

（二）施工工藝

1.做好素混凝土灌注樁施工前的準備工作。對場地進行整平處理，并將所需要的打樁機運輸到指定的施工區域。同時，將樁管放置在樁尖上，并將所得到的預制樁尖與樁位對齊，在樁管自重的影響下，樁尖將會進入土體之中，當達到300mm～500mm后便需要將鋼絲繩收緊。

2.優化樁架位置。使用水準儀對樁架垂直度進行校驗，以樁長為基準，所產生的誤差應控制在該值的±0.5%范圍內。

3.展開沉管作業。嚴格控制好作業速度，以2.5m/min為宜，若施工土層硬度較大，可借助卷揚機組滑輪進行加壓處理。

4.分析樁管下沉深度。當樁管下沉深度達到設計標高后應暫停作業，利用吊砣做進一步檢驗，確保不出現滲水現象。

5.進行澆注混凝土施工。確保樁管內被澆注滿，進行5s～10s的振動作業，當達到樁底標高1.5m區域時，應進行多次反插，此時深度以0.3m～0.5m為宜。在拔管過程中，每拔出0.5m～1.0m，均需要暫停5s～10s。

6.對一般土層而言，可采用混凝土預制型及活瓣型。兩者對應的施工速度存在差異，前者應介于1.2m/min～1.5m/min，后者相對更小，不可超過1.2m/min。

7.在拔管過程中，應對施工吊砣進行檢測，必要時采取補灌施工，避免縮頸現象。

（三）檢測要求

為評價樁身質量，施工完畢的樁應當進行抽芯試驗，獲取抗壓強度、堅硬程度等相關參數。在展開抽芯檢驗時，需要以總樁數為基準，所選取的數量為該值的0.5%，此外任何一個作業點至少應達到3根。基于隨機的方式進行抽取，對抽芯檢驗不合格的樁，應在其附近隨機抽取雙倍數量的樁進行抽芯檢驗，以判斷是否為個別現象，如仍出現不合格樁，則須查清范圍，采取必要的補救措施。

1.對承載力進行檢驗，必須確保樁身具有足夠的強度，其需要滿足工程所提出的荷載條件，以總樁數為基準，所選取的數量應為該值的0.2%～0.5%。

表1 檢測點檢測結果統計表

2.當完成成樁且經過28d后，需要采用低應變法及取芯法對其質量進行檢驗，所選取的數量至少應達到總量的10%。

（四）檢測結果

根據檢測結果，12組試驗復合地基承載力均不小于140kPa，滿足設計要求。