淺談復(fù)合地基及剛性樁在道路工程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

蘇晨

（福州市規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，福建 福州 350100）

道路工程中路基設(shè)計(jì)方案對道路質(zhì)量起著至關(guān)重要的影響。軟土地基處理是路基設(shè)計(jì)中的一個(gè)重要組成部分。因此，設(shè)計(jì)階段應(yīng)合理選擇軟基處理方案，改良地基土特性，穩(wěn)定地基，減少工后沉降。從而達(dá)到保障人們出行安全，提升工程社會效益的作用。

1 常用復(fù)合地基及剛性樁處理方法[1]

軟土地基可分為地面上處理、地面下淺層處理、地面下深層處理。地面下深層處理分為動(dòng)力擠密與置換法、固結(jié)排水法、復(fù)合地基法、剛性樁法。本文介紹了復(fù)合地基及剛性樁在工程實(shí)例中的應(yīng)用。其優(yōu)缺點(diǎn)及使用范圍詳見《軟土地基常用處理方法及適用范圍一覽表》。

軟土地基常用處理方法及適用范圍一覽表

2 理論計(jì)算分析[2]

復(fù)合地基設(shè)計(jì)應(yīng)滿足建筑物承載力和變形要求。復(fù)合地基承載力特征值應(yīng)通過現(xiàn)場復(fù)合地基載荷試驗(yàn)確定，或采用增強(qiáng)體的載荷試驗(yàn)結(jié)果

和周邊土的承載力特征值根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定[3]，具體設(shè)計(jì)計(jì)算可以采用建模計(jì)算或規(guī)范理論計(jì)算確定：

計(jì)算模型示意圖

2.1 擠密碎石樁

擠密碎石樁作為散體材料增強(qiáng)體采用如下公式計(jì)算復(fù)合地基承載力：

式中：

fspk——復(fù)合地基承載力特征值（kPa）；

fak——天然地基承載力特征值（kPa）；

α——樁間土承載力提高系數(shù)，應(yīng)按靜載荷試驗(yàn)確定；

n——復(fù)合地基樁土應(yīng)力比，在無實(shí)測資料時(shí)，可取1.5～2.5，原土強(qiáng)度低取大值，原土強(qiáng)度高取小值；

m——復(fù)合地基置換率。

2.2 水泥攪拌樁

水泥土攪拌樁復(fù)合地基的承載力特征值應(yīng)通過現(xiàn)場單樁或多樁復(fù)合地基荷載試驗(yàn)確定，其理論計(jì)算可按《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》有粘結(jié)強(qiáng)度樁進(jìn)行計(jì)算（式2-3）。

但與其他粘結(jié)性樁不同的是，其單樁豎向承載力特征值除按式(2-4)估算外，還應(yīng)同時(shí)滿足下式要求，即使由樁身材料強(qiáng)度確定的單樁承載力大于(或等于)由樁周土和樁端土的抗力所提供的單樁承載力：

式中：

fcu——與攪拌樁樁身水泥土配比相同的室內(nèi)加固土試塊(邊長為70.7mm 的立方體，也可采用邊長為50mm 的立方體)在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下90d 齡期的立方體抗壓強(qiáng)度平均值(kPa)；單頭、雙頭攪拌樁不宜小于1MPa；型鋼水泥土攪拌樁不宜小于0.8MPa；

η——樁身強(qiáng)度折減系數(shù)，干法可取0.20～0.30；濕法可取0.25～0.33；

2.3 CFG 樁

CFG 樁按有粘結(jié)強(qiáng)度樁體根據(jù)《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》計(jì)算復(fù)合地基承載力：

式中:

fspk——復(fù)合地基承載力特征值(kPa)；

λ——單樁承載力發(fā)揮系數(shù)，宜按當(dāng)?shù)亟?jīng)驗(yàn)取值，無經(jīng)驗(yàn)時(shí)可取0.7～0.90；

m——面積置換率；

Ra——單樁承載力特征值(kN)；

Ap——樁的截面積(m2)；

β——樁間土承載力發(fā)揮系數(shù)，按當(dāng)?shù)亟?jīng)驗(yàn)取值，無經(jīng)驗(yàn)時(shí)可取0.9～1.00；

fsk——處理后樁間土承載力特征值(kPa)，應(yīng)按靜載荷試驗(yàn)確定；無試驗(yàn)資料時(shí)可取天然地基承載力特征值。

其中單樁承載力Ra 按下式計(jì)算，并應(yīng)滿足式（2-3）要求：

式中：

up——樁的周長(m)；

n——樁長范圍內(nèi)所劃分的土層數(shù)；

qsi——樁周第i 層土的側(cè)阻力特征值，應(yīng)按地區(qū)經(jīng)驗(yàn)確定。

li——樁長范圍內(nèi)第i 層土的厚度(m)；

qp——樁端土端阻力特征值(kPa)；

同時(shí)CFG 樁樁身強(qiáng)度還應(yīng)滿足下式要求：

式中：

fcu——樁體試塊（邊長150mm 立方體）標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)28d 的立方體抗壓強(qiáng)度平均值（kPa）;

2.4 薄壁管樁

管樁承載力計(jì)算根據(jù)《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》式 計(jì)算：

式中：

qsi——樁的極限側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)；

qpk——極限樁端阻力標(biāo)準(zhǔn)值；

λp--樁端土塞效應(yīng)系數(shù)；

對于管樁復(fù)合地基承載力規(guī)范沒有明確規(guī)定，工程上一般按《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》中有粘結(jié)強(qiáng)度樁體復(fù)合地基承載力計(jì)算（式2-3）。

3 工程設(shè)計(jì)案例分析

某項(xiàng)目位于沿海地區(qū)，根據(jù)地質(zhì)資料表明，多為海積和陸地河水沖積形成的淤泥質(zhì)軟弱地基土。主路等級為一級公路兼城市主干道，設(shè)計(jì)速度80km/h；輔路等級為二級公路兼城市次干道，設(shè)計(jì)速度40km/h。

3.1 該項(xiàng)目軟基處理設(shè)計(jì)原則

通過調(diào)查及沿線軟土分布特征及軟土性質(zhì)，結(jié)合軟土厚度、路基填土高度、工期、工程造價(jià)、對路側(cè)環(huán)境的影響等指標(biāo)進(jìn)行軟基處理方案比選，在確保不留下質(zhì)量隱患的前提下，確定軟基處理原則，見下表。軟基處理原則

填土高度 軟土厚度 地質(zhì)描述 采用樁型 備注設(shè)置樁頂聯(lián)系梁及級配碎石砂加筋褥墊層50cm 2.5 米＜h＜5 米12 米＜軟土厚度＜25 米 淤泥、淤泥質(zhì)土等h≥5 米 軟土厚度≥25 米淤泥、淤泥質(zhì)土等 薄壁管樁水泥粉煤灰碎石樁（CFG 樁）樁頂設(shè)置級配碎石砂加筋褥墊層50cm h≤2.5 米 軟土厚度＜12 米淤泥、淤泥質(zhì)土等水泥攪拌樁樁頂設(shè)置級配碎石砂加筋褥墊層50cm——松散砂土、粉土、粘性土、素填土、雜填土等地基擠密碎石樁樁頂設(shè)置級配碎石砂加筋褥墊層50cm

3.2 軟基處理設(shè)計(jì)方案

段落1：平均填土高度約3.1 米，地質(zhì)類別從上至下依次為耕植土、淤泥④、（泥質(zhì)）中砂⑤、淤泥夾砂⑤、淤泥質(zhì)土⑦，樁端持力層為粉質(zhì)粘土⑨。采用CFG樁進(jìn)行處理，樁徑為0.5 米，樁間距為1.5 米，正方形布置，平均樁長22.1 米。

段落2：平均填土高度約4.9 米，地質(zhì)類別從上至下依次為雜填土、粉質(zhì)粘土、淤泥質(zhì)土④、含泥（粉砂）⑤、淤泥質(zhì)土⑦、粉質(zhì)粘土⑨、淤泥質(zhì)土⑩，樁端持力層為粉質(zhì)粘土?。采用薄壁管樁進(jìn)行處理，樁徑為0.5 米，樁間距為2.0 米，正方形布置，平均樁長33 米。

段落3：平均填土高度約1.5 米，地質(zhì)類別從上至下為淤泥④，樁端持力層為粉質(zhì)粘土⑥。采用水泥攪拌樁進(jìn)行處理，樁徑為0.5 米，樁間距為1.5 米，三角形布置，平均樁長8.7 米。

段落4：平均填土高度約2.2 米，地質(zhì)類型從上至下依次為雜填土、（含泥）中細(xì)砂②、粉質(zhì)黏土③、淤泥④，樁端持力層為（泥質(zhì)）中砂⑤。采用擠密碎石樁進(jìn)行處理，樁徑為0.5 米，樁間距為1.3 米，三角形布置，平均樁長15 米。

3.3 對該項(xiàng)目軟基處理方案的思考

1、路基填高較高（該項(xiàng)目擬定超過5 米）的路段，考慮到可能施工階段未按設(shè)計(jì)要求，填土速率過快，從而導(dǎo)致路基失穩(wěn)滑移等風(fēng)險(xiǎn)，設(shè)計(jì)階段在該路段設(shè)置樁頂聯(lián)系梁，使樁形成整體受力，路基更為穩(wěn)定，降低工程潛在風(fēng)險(xiǎn)。

2、因樁長超過25 米的CFG 樁往往存在成樁質(zhì)量難以保證、施工時(shí)過高的樁架市場數(shù)量偏少且重心過高存在施工安全隱患，該項(xiàng)目軟土埋深超過25 米路段采用管樁，而不采用CFG 樁。

3、為確保土拱的形成，充分發(fā)揮土拱效應(yīng)，避免樁（帽）土頂面的差異沉降反射到路面而形成蘑菇狀高低起伏的現(xiàn)象[1]，該項(xiàng)目填土較薄（擬定填土高度h≤2.5 米）路段（全部分布于輔路），采用水泥攪拌樁地基處理，處理深度為12 米，而不采用剛性樁地基處理。

4、相鄰路段地質(zhì)條件接近的盡量采用相同的樁間距，以方便施工。

4 結(jié)語

綜上所述，軟基處理方案的確定應(yīng)綜合考慮路基填土高度、軟土厚度、可行性、經(jīng)濟(jì)性等多方面因素進(jìn)行多方案比選，并吸取其他類似項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，以指導(dǎo)設(shè)計(jì)階段的軟基處理方案。