剛柔性長短樁在某軟土路基加固工程中的應用

石明陽 SHI Ming-yang

（中鐵十二局集團有限公司，太原 030024）

1 剛柔性長短樁概述

剛柔性長短樁復合地基主要指的是剛性長樁與柔性短樁二者的有效結合，用于對沉降和承載力方面的監管與控制，同時樁的頂端用較大剛度的基礎梁予以連接，從而滿足上部構造的荷載要求，形成復合地基的形式。一般來說，剛性長樁位于承臺的下土體中部位置，周邊布設柔性短樁，從而避免不均勻沉降的情況，達到提升承載力并控制沉降的目的。

2 剛柔性長短樁復合地基承載力與沉降計算

2.1 承載力計算

在計算長短樁復合地基的承載力時，以相同樁長的復合地基承載力有關計算公式作為依據，并將經加固處理之后的短樁復合地基當作長樁復合地基中重要的樁間土。當樁間土與樁體具體的承載力明確，同時表現出長樁導致復合地基產生破壞的情況下，此時的長短樁復合地基承載力計算公式如下：

上式當中：m1、m2依次表示長、短樁相應置換率；

Ap1、Ap2依次表示長、短樁相應的橫截面積；

fsp，k、fs，k依次表示復合地基、樁間土相應的承載力標準數值；

β1、β2依次表示短樁、樁闖土相應強度的發揮系數。

短樁的單樁承載力標準數值計算過程中主要利用了載荷實驗方法，根據下述公式計算結果最小值：

在上式當中：fcu，k代表的是和攪拌樁水泥土的配方一樣的立方體試塊處于室內中的無側限抗壓強度相應的平均值結果；li、up依次表示處于各個土層內樁的長度、樁的周長；qsi、qp依次表示處于各個土層中的樁土相應的摩阻力標準數值、樁端土的地基承載力標準數值；η、ζ 都是折減系數。利用式（1），為了進一步優化設計，采用對長、短樁的樁數改進的方式實現。

2.2 沉降計算

計算長短樁的復合地基沉降情況時，可以參考圖1、圖2。以豎直的方向作為沉降計算的范圍，涵蓋長短樁的復合位置、長樁的位置以及下臥層的位置等部分。根據相關規定進行不同位置的沉降計算，具體公式：

圖1 長短樁的復合地基平面圖

圖2 長短樁的復合地基剖面圖

上式當中，Sc代表的是計算的沉降量；SH1代表的是范圍H1的沉降量；SH2代表的是范圍H2的沉降量；SH3代表的是范圍H3的沉降量；ψ 代表沉降計算的修正系數；P0代表基礎底端位置的相應附加壓力，（kPa）；Espi代表自然土層和樁產生的相應模量，（MPa）：Zi、Zi-1依次表示基礎底端到i 層，i-1 層土底面相應的距離，（m）；依次代表基礎底端到第i 層，i-l 層的土底面區間中的平均附加應力系數；而n1、n2、n3則依次表示H1、H2、H3位置處的土層數。

計算H1、H2位置的復合模量采用下述公式：

上式當中：Esp1、Esp2依次表示H1、H2位置的相應復合模量；Ep1、Ep2、Es依次表示長樁、短樁與自然土相應的壓縮模量；m1，m2依次表示長、短樁相應的置換率。

計算剛柔性長短樁的復合地基沉降情況時，將允許的沉降量當作主要管控指標，在確定剛性樁布置數量的過程中，不可忽略剛、柔性樁和土之間的作用影響因素，利用對復合地基的承載力結果的檢驗方式，確定其地基承載力的強度達標與否，及時予以改進。通過在剛柔性長短樁的復合地基內布設褥墊層，凸顯出樁間土的作用。

3 某工程軟土路基中剛柔性長短樁的應用

3.1 工程概況

3.1.1 工程簡介

本次研究以xx 市的新城花園建筑工程項目為例，其地處浩龍路的東邊，計劃用地總面積為139615m2，而總建筑面積達到了18.42 萬m2。這當中有22 棟多層居民樓，大概12 萬m2。此工程項目以相關建筑工程項目施工規定作為依據，對于地基的處理方面旨在凸顯一定創新性，從技術優化入手，采用了剛柔性長短樁的復合地基形式。其中的剛性長樁運用管樁的形式，而柔性短樁則運用水泥攪拌樁的形式。基于保證工程項目的沉降與承載力符合有關規定的目的，通過開展室內的水泥實驗檢測，明確相應抗壓強度與壓縮模量，同時復合地基現場的靜載試樁實驗也必不可少，實現基于設計荷載之下的沉降檢測，在相應承臺下樁土中布設壓力盒，檢測相應的壓力變化情況。

3.1.2 地質條件分析

依據此工程項目的地質報告資料，經過對施工場地的勘查可知，主要涵蓋了粘土、淤泥質黏土和淤泥等土質構成部分，現加以詳細說明：

①粘土層：顏色為灰色與灰黃色，含有較少的鐵錳氰化物，表面是15-35cm 的耕作土，部分存在較少的人工填土；靜探Ps-H 曲線呈圓滑形態，Ps 數值是0．45-1．55MPa，土質為軟塑、中、高壓縮性土，層厚度是0.25-2.2m，層底的埋深為0.45-2.3m，除河流位置外，其它的位置均有分布。

②淤泥和淤泥質粘土層：顏色為灰色與青灰色，頂部位置的淤泥為水平微層結構，底端的淤泥質粘土為鱗片狀；相應的靜探Ps-H 曲線表現出低值趨緩的狀態，當深度加大后，Ps 數值開始增加，速度較為緩慢，并具有較大的層厚。

3.1.3 施工情況

此工程項目具體施工過程當中，柔性樁運用了16m的水泥攪拌樁的形式，具體的樁徑為500mm，摻加16%的水泥材料和0.14%的SN2O2。各個承臺下端均有4 根水泥攪拌樁，需要以持續施工的方式于1d 之內處理完畢。

而剛性樁則運用了Φ500 的薄壁管樁形式，壁厚54mm，有效樁長大概是34m。等到水泥攪拌樁施工完畢一個星期以后方可進行施工處理，以每1 個半小時處理完一根樁的速度進行施工。

此工程項目的試驗工作開展于2016 年1 月3 日，首次進入現場進行打樁施工處理，1 月13 日，相關承臺中的全部樁施工處理均已經完畢，效果顯著，無異常。2 月16日，實施挖土與樁頭部位的施工，接著開始制作和綁扎基礎承臺的相應鋼筋，同時支模與澆筑混凝土，3 月16 日，達到完成所有施工任務的目標。

3.2 剛柔性長短樁現場荷載實驗

3.2.1 實驗過程與要求

進行實驗的時候，需備用大概260t 的砂材料，使用編織袋裝載，形成傘型的堆放方式。相應的傘型架的底盤支架長度是10.5m，堆載的高度為2．4-3.2m。荷載增加的等級分為10 級，加載總量為240t。

實驗運用了慢速維持荷載的方法，以逐級加載的形式達到目的，在各級荷載趨于穩定以后，再施以下一級的荷載，達到240t 后，進行分級卸載處理，最終歸零。同時，保證每一級的加載占據總荷載的1/9，第一級則以2 倍的分級荷載形式實施加載處理。測定沉降的過程當中，當加載每一級之后，應依次間隔6min、9min、14min 后讀取一次，后續則每間隔14min 進行測定讀取，1 小時過后，則開始每隔半個小時測定讀取一次，并保證每一次測定讀取的數值可以準確記錄，寫到實驗數據表格當中。對于沉降的穩定標準要求為：每一個小時的沉降量低于0.2mm，當連續產生兩次之后，則表示其趨于較為穩定的狀態，此時方能夠進行下一級荷載的加載處理。在產生下述任意一種狀況時，需要立刻終止加載：

第一，當處于某一級荷載的作用下，此時的樁沉降量是上一級荷載作用產生的沉降量的4 倍；

第二，當處于某一級荷載的作用下，此時樁的沉降量高于上一級荷載作用產生的沉降量的3 倍，同時在1d 之內依然沒有趨于穩定。

進行卸載和卸載沉降測定的過程當中，每一級的卸載數值是每一級的加載數值的3 倍。在每一級經過卸載處理之后，需間隔14min 進行一次殘余沉降情況的測定，當讀取3 次以后，則間隔半個小時再次進行讀取，此時便能夠進行下一級荷載的卸載，完成所有的卸載處理以后，則需要每間隔3.5-4.5h 進行一次讀取。

3.2.2 剛柔性長短樁承載力與沉降實驗結果

針對該建筑工程項目，通過進行相關的實驗，得出了下述幾個方面的實驗結果，現總結闡述如下：

①剛柔性長短樁的復合樁基中的柔性樁運用的是水泥攪拌樁，相應的樁的直徑為500mm，樁的長度是16m，相應的面積置換率則是0.27；而剛性樁則運用的是Φ500的薄壁管樁形式，壁厚54mm，有效樁長大概是34m。

②經過此次實驗的檢測與分析可知，對于此工程項目復合地基的承載力標準數值，可以設定成300kPa。

③對于剛柔性的復合地基而言，其中的樁土應力比和荷載改變呈現出正比的關聯性，具體而言，當荷載逐漸增加后，其會相應地提高，而在荷載逐漸減小的過程當中，其會開始下降。

3.3 純短樁與長短樁在大小跨度廠房工程中軟土路基應用的對比

3.3.1 大跨度廠房中的應用對比

通過從表1 當中不難獲知，針對荷載加大的大跨度廠房工程項目而言，當采用純短樁與剛柔性長短樁的復合地基的形式以后，通常在樁的數量上要求很多，以便達到其荷載的需要。從純短樁基礎的形式來說，通過增長樁的直徑與樁的長度，不僅可以實現對樁數量的縮減，而且讓相應的沉降量得以降低，不過從樁的數量上來看，依然存在著過多的缺陷，同時有關沉降量超過了相關規定的標準。而采用長短樁的復合地基形式，盡管對沉降的管控成效顯著，樁的數量過多以及承臺面積太大等問題，十分不利于施工工作的開展，所以，應該運用等長的長樁基礎形式。

表1 大跨度廠房應用中的樁匯總表

3.3.2 小跨度廠房中的應用對比

通過試驗相關數據獲知，針對那些荷載較小，同時屬于小跨度的多層廠房工程項目而言，運用純短樁的基礎與剛柔性長短樁的復合地基的基礎形式都是可以達到其相應的荷載規定的。從純短樁的基礎角度來說，由于樁的數量很多，雖然采用增大樁的直徑與其長度的方法，可以使得相應的沉降量降低，不過大多數均不符合相關規定的區間。通過利用長短樁的復合地基的基礎形式，不僅能夠達到相應的荷載規定，而且使得樁的數量得以縮減，發揮出良好的沉降管控成效。由此可見，對于小跨度的廠房工程項目來說，可以運用長短樁的復合地基的基礎形式。

4 結論

本文將某建筑工程項目作為案例，對剛柔性長短樁的概念予以介紹，闡述了剛柔性長短樁復合地基承載力與沉降計算方法，并對某工程軟土路基中剛柔性長短樁的應用加以分析。望此次研究的結果，可以帶給相關工作人員更多的借鑒，以便推動我國軟土路基加固施工管理不斷進步。