刚性桩复合路基设计计算分析

孙鹏

摘 要：目前，刚性桩复合路基的应用比较广泛。本文结合实际分析了刚性桩复合路基设计计算，该设计计算有利于刚性桩复合路基定量化设计和计算沉降等。

关键词：刚性桩；复合路基；应用设计；计算分析

1 刚性桩复合路基概述

刚性桩复合路基就是我们经常说的采用刚性桩增强天然路基的部分土体，通过设置基础和桩间的褥垫层进一步使增强体和路基土共同承担荷载的一种人造路基。

目前，在诸多的道路路基建设中已广泛应用，刚性桩复合路基的应用原理主要是通过桩体的作用，将荷载传递给地基中较深的土层使加固区附加应力减小，同时使非加固区附加应力增大。

一般来说，刚性桩复合路基具有高承载力、变形小，可以止淤止水，减少断桩，减少沉降，降低工程造价，同时具备置换效应、挤密效应和约束效应。

2 刚性桩复合路基的设计计算

2.1 模型分析设计

我们以路基面积足够大并且土层水平均质，刚性桩复合路基的空间就可以简化为平面上来分析。根据路基荷载面积较大、布桩均匀的特点（图1所示），并以梅花形状布桩为例，利用介质力学对称面剪应力为零的原理，简化刚性桩复合路基计算模型。

如果以单桩为中心，过桩连线中点作为垂线将会得到正六边形。同时我们也可以得到，每一条垂线都是简化以后刚性桩复合路基空间的对称面。这些对称面把复合路基分为独立性的柱体，这样的简化可以使路基边缘沉降的计算数值偏大。实际中柱体表面剪应力应为零，柱侧摩阻只在柱体内部互相传递。我们设深度z土体和桩体的竖向附加力ó（z）和óp（z）的关系如下：

2.2 边界约束与反力系数设计计算

在实际中垫层和持力层对桩土单元存在一定的弹性约束，桩帽和桩端入量与这个位置桩土压力差成一定的比例。我们设垫层反力系数为α0，αL为持力层反力系数，那么比例计算公式为：

通过桩帽与形状、等面积原位载板的实验我们可以测到垫层基床的系数。在实际的运算中得到恰如其分的结果就是基床系数等于荷载和沉降曲线的斜率。一般来说，载板实验应是在路堤上面进行，载板下铺设相同的垫层，它的基准设在桩连线中点位置。根据这样的环境设定，我们可以给出不同载板直径、荷载水平下的反力系数实测值，具体如表1所示。

其中，持力层基床系数也可以从单桩静载试验得到，当荷载接近极限状态时，kL等于荷载和沉降曲线的曲线斜率。实际中，我们假设单桩静载数据的统计结果中桩径为400mm，刚性桩常见持力层基床系数的参考值为：硬塑砂黏土为30000，残积砂黏土是21000，中密砂卵石是25000。

3 总结

经过上文的阐述，结合刚性桩荷载传递规律，设计出刚性桩复合路基的模型，计算出边界约束与反力系数，仅以此为例供同类工程参考应用。

参考文献

[1]朱春森.刚性桩复合路基设计计算[J].高速铁路技术，2014（4）：1-6.

[2]李希平，何春保，陶龙光，等.刚性桩复合地基设计与实测研究[J].岩石力学与工程学报，2009，28（z2）：570-576.

[3]邢晓曼，王东元.刚性桩复合地基加固软土地基的稳定性分析[J].天津城市建设学院学报，2013，19（3）：196-199.

（作者单位：苏交科集团股份有限公司）