復合樁在路橋施工技術的應用分析

（天津路馳工程咨詢有限公司，天津市，300000） 宋麗麗

隨著我國基礎設施的發展，厚軟土地區的路橋施工越來越多[1]。這些軟粘土具有低強度、高壓縮性和低滲透性的特點[2]。在這種軟粘土上施工可能會導致大的沉降，如果不采取適當的措施來控制沉降并提高軟弱土層的承載力，可能會進一步導致結構破壞或施工預算增加[3]。橋頭跳車是一種常見的路橋病害，危害很大，主要是由橋頭引道與橋臺基礎之間的差異沉降引起的,傳統的水泥攪拌樁難以很好的滿足沉降要求[4-5]。復合水泥樁是一種經濟有效的地基處理方法，它利用了鋼筋的高承載力以支持軟土地基中的中高設計荷載。它的設計不僅比其他土加固方法具有更高的工作荷載，而且比現澆樁和混凝土樁便宜[6]。

1 復合混凝土攪拌樁

復合樁由外部水泥攪拌樁和內部預制混凝土樁組成。水泥攪拌樁是通過旋轉葉片切割一列土壤，然后在壓力下將水泥漿或粉末注入土壤中，并與原位土壤機械混合，在深度原位形成土壤水泥的固態。水泥攪拌樁完成后，我們用混凝土樁代替旋轉葉片，并將樁推入未固化的水泥土中?；炷翗兜牟迦胪ǔＰ枰?2h內完成。然后完成復合樁的施工并保持強度保護。該樁的保護時間和程序與普通水泥攪拌樁的保護時間、程序一致。

2 工程案例

某路橋橋頭位于某湖的沖積湖平原上，地勢平坦。測試區域長91m，包括兩個鉆孔。根據鉆孔地質勘探資料，地基土層物理力學參數如表1所示，其中w為含水量，Sr為飽和比，Es為壓縮模量，[σ0]為地基容許承載力。相鄰兩個鉆孔的鉆孔數據非常相似，因此其平均值列于表1中。

表1 土層物理力學參數

樁的布置設計為等邊三角形，樁間距為1.5m。樁的設計長度約為19.5m，以確保外部穿透整個軟土層4。內部混凝土樁的橫截面為正方形，12 個應力計焊接在其鋼筋上，以測量每個試樁混凝土芯的垂直應力。并嵌入六個土壓力傳感器，以測試樁間表層土的應力。

3 測試結果

3.1 復合混凝土攪拌樁的承載力和沉降

樁土相互作用使結構荷載沿深度方向減小。用應力計進行的靜載試驗發現，混凝土樁中的軸向力迅速減小，如圖1所示。結果表明，很小的荷載可以向下傳遞到混凝土樁的底部。建議復合材料樁的端阻力可以忽略不計，在這種情況下，該樁可以作為摩擦樁使用。圖中顯示混凝土樁中的軸向力隨著垂直荷載的增加而逐漸增加，并沿深度迅速減小，這與軸向力沿剛性樁長度的分布相似。在加載過程中，樁的大沉降發生在剛開始添加破壞荷載時，并隨著時間的推移而變得不穩定。在這種破壞類型中，結構荷載超過了內部混凝土樁的承載力（材料強度），從而導致混凝土樁身在土壤地面失效或樁沉降超過極限測量值之前發生破壞。

圖1 混凝土樁的軸向力隨深度變化

在同一場地進行了復合混凝土攪拌樁和普通水泥攪拌樁的對比試驗。兩種類型的樁徑相同，均為500mm。結果表明，復合混凝土攪拌樁的極限承載力為600～800kN，而水泥攪拌樁的極限承受力為190kN，前者遠大于后者。同時，復合混凝土攪拌樁復合地基的承載力特征值為250～275kPa，水泥攪拌樁復合地基為120kPa，后者不能滿足140kPa 承載力的設計要求。結果表明，復合混凝土攪拌樁可以有效地提高承載力。

3.2 復合混凝土攪拌樁的樁土應力比

從圖2 中可知，土壓力隨著垂直荷載的增加而逐漸增加。在低荷載水平（小于300kPa）下，樁與土壓力傳感器之間的距離越近，表層土的土壓力就越大。這意味著隨著施加荷載的增加，內部混凝土樁承擔更多的結構荷載。當荷載增加到400kPa時，在距離樁中心不同距離處土壓力的差異越來越大，這表明荷載仍然主要由混凝土樁承載。當荷載增加到約500kPa時，距離樁中心80cm處的土壓力增加，并接近距離樁中心40cm處的壓力。這表明樁間土壓力已經發展到極限，樁土的協調作用突出。在整個加載過程中，土壤所承受的荷載隨著垂直荷載的增加而增加，當荷載增加到500kPa 時，土壤表現出塑性特性。樁間土與從彈性狀態到塑性狀態的過渡有關。

圖2 距離樁中心不同距離處表層土的土壓力

內部預制樁具有相對較高的彈性模量，約為外部水泥攪拌樁的100～200倍，復合樁的模量約為軟粘土模量的50～200倍。因此復合混凝土攪拌樁的荷載從內樁傳遞到外樁，然后從外樁傳遞到周圍土壤。這種兩步荷載傳遞系統可以發揮樁與樁之間的土的作用，使荷載傳遞范圍比單純的混凝土樁更大，這一特性更有利于土壤承載力的發展。

4 結語

綜上所述，水泥攪拌樁是一種基礎工程建設中常用的技術手段，其特點是可以在土層中形成一定強度和穩定性的柱狀體，從而起到支撐和加固的作用。在路橋施工中，水泥攪拌樁也得到了廣泛的應用，為了更好地掌握水泥攪拌樁在路橋施工中的應用情況，本文從技術應用的角度進行了分析，介紹了復合混凝土攪拌樁在路橋橋頭軟土地基處理中的應用，研究了其在軸向荷載作用下的承載力、沉降和樁土應力比。試驗和分析證明了復合混凝土攪拌樁復合地基的有效性。