褥垫层对软土路基加固土桩复合地基的影响

戴建智

漳州市城市规划设计研究院（363000）

褥垫层对软土路基加固土桩复合地基的影响

戴建智

漳州市城市规划设计研究院（363000）

以福建省龙海市紫云西路软土路基处理工程为例，总结了褥垫层对城市道路软土路基加固土桩复合地基的影响，希望通过此次经验交流，为我国城市道路设计人员带来一些有价值的帮助。

软土路基；加固土桩；褥垫层

0 引言

加固土桩复合地基指在承载力不足的天然地基上，通过搅拌机械将地基局部的某一深度、某一范围内的软土通过加固材料改良形成加固桩体，使地基由处理前的软土地基单独承担竖向荷载变成加固桩体与桩间土体共同承担竖向荷载，以提高地基承载力。在加固土桩复合地基时，对加固桩体与桩间土体能共同承担竖向荷载起到关键作用的是褥垫层。

1 褥垫层的作用

复合地基褥垫层是长期工程实践总结出来的技术,在加固地基顶面设置一层碎石或砂砾层,并在其中设置土工格栅形成加筋垫层，以增大垫层的整体性和连续性，起到类似承台的作用的柔性层，使上部荷载通过较为均匀地传递到下部的桩和土体上。褥垫层在复合地基中主要起到以下作用：

1）保证桩与桩间土共同承担荷载

复合地基与桩基础的一个根本区别是桩、土是否共同承担荷载。桩的弹性模量远大于桩间土的弹性模量。如果不设褥垫层，当桩端位于坚硬土层、地基受荷载时桩顶沉降变形很小，绝大部分荷载由桩承担，桩间土的承载力很难发挥，在垂直荷载作用下的承载特性和桩基差不多。如果在桩顶设置一定厚度的褥垫层，桩在承受较大应力时，可往褥垫层刺入，褥垫层材料可调整补充到桩间土上，荷载通过褥垫层向桩间土扩散,桩间土承载力发挥系数得到提高。

2）调整桩土应力比

复合地基的桩土竖向荷载分担比通过桩土应力比来体现。褥垫层可以根据需要人为地调整桩土应力比。桩土应力比调整由褥垫层的厚度及粒径大小决定，随着褥垫层厚度的增加，桩土应力比相应减小。相同的褥垫层厚度，粒径越小，桩土应力比越小。结合褥垫层的调节特性，设计时可根据桩与桩间土的特性，设置合适的褥垫层，充分发挥桩间土的承载力。

3）均匀地基应力，减少地基差异沉降

褥垫层可以调整桩土荷载承担比例，设计时通过调整褥垫层厚度，可以均匀地基应力，协调地基变形。设置褥垫层时，桩在承受较大的应力时，可往褥垫层刺入,褥垫层材料可调整补充到桩间土上，减小桩与桩间土的差异沉降[1]。

4）减少桩体破坏

如果不设褥垫层，桩受竖向荷载时，桩对基础产生较大的应力集中，容易对基础产生冲切破坏，甚至造成桩头损坏。如果设置褥垫层，桩对基础应力集中相应减少，从而减少桩体冲切破坏及桩头挤压破坏的危险。

如果路基受水平荷载较大，没有褥垫层时，水平传力方式为接触传力，基底水平荷载几乎全部由桩承担，容易造成桩体剪切破坏。当设置褥垫层后，水平传力方式改为摩擦传力，褥垫层的相对滑动可有效减弱水平力，增大桩间土的承载比例，减少桩体所受的水平力和剪切破坏。

5）影响工程造价

褥垫层不是越厚越好，过厚的褥垫层会增加工程造价。合理地布置褥垫层，能协调桩土应力比，提高桩间土的承载力发挥系数，增大单桩加固面积，降低桩的排列密度，从而减少工程造价。

6）排水隔水作用

褥垫层一般为透水层,与道路排水系统相连，能有效隔离地下水与毛细水对上部路基的影响，保证上部路基干燥。

2 褥垫层对紫云西路复合地基的影响

2.1 紫云西路概况

1）工程概况

紫云西路为龙海市东西走向的城市次干路，长0.892 km，道路红线宽度30 m，建道路全线均为填方，路基填筑高度为1.5～2.5 m，沿线土层分述见表1。

表1 沿线土层分述

搅拌桩加固剂采用42.5号普通硅酸盐水泥。根据项目区域经验，设计时暂按搅拌桩每延米桩长水泥掺入量94 kg，与桩体混凝土配比相同的90 d龄期立方体抗压强度不小于1.9 MPa，并要求施工前对项目混凝土配比进行试验，根据强度要求调整水泥用量。由桩身材料强度确定的单桩竖向承载力为：

搅拌桩单桩承载力特征值，应在桩周土和桩端土的阻力所提供的单桩竖向承载力特征值和桩身材料强度确定的单桩竖向承载力两者中取最小值，所以RK=134.4 kN。

2.2 褥垫层对搅拌桩密度的影响

复合地基承载力特征值验算时，桩间土承载力发挥系数β在加固土层为淤泥等固结度较差土层时取0.1～0.4，其他土层可取0.4～0.8。本项目加固土

淤泥层承载力低，具有孔隙比大、强度低、易变形、高压缩性等特点，不能满足路基承载力及沉降要求，因此路基设计采用水泥搅拌桩复合地基处理，以满足承载力不小于100 kPa、一般路段工后沉降＜0.3 m的要求[2]。搅拌桩桩径600 mm，桩底进入持力层（细砂）不小于50 cm，桩周长度S=1.885 m，桩身截面积Ap=0.283 m2。

2）单桩竖向承载力特征值计算

桩周土和桩端土的阻力所提供的单桩竖向承载力特征值，取桩长较短且淤泥较厚的最不利处进行计算。该处素填土整平清除，桩长最短为12.0 m，该处桩间土分布为，淤泥层11.5 m、细砂层0.5 m，单桩竖向承载力特征值为：层为淤泥，β取0.1～0.4。λ为单桩承载力发挥系数，取1.0。fs为处理后的桩间土承载力特征值，按天然承载力特征值选取。

不设置褥垫层时，β取小值，计算时取0.1。搅拌桩按等边三角形布置，间距1.25 m×1.25 m,面积置换率m=0.209。

设置褥垫层时，β可取高值，计算时取0.3。搅拌桩按等边三角形布置，间距1.3 m×1.3 m,面积置换率m=0.193。

可以看出，项目不设置褥垫层时搅拌桩按等边三角形间距1.25 m×1.25 m与设置褥垫层时按等边三角形间距1.3 m×1.3 m承载力相近，满足100 MPa的要求。由于路基下卧层承载力为140 kPa，己大于路基加固后承栽力，故下卧强度满足要求。

2.3 褥垫层对工程造价的影响

该项目搅拌桩长12 m，600 mm桩径造价为65元/m，填土方造价为36元/m3。考虑到当地砂的造价为120元/m3，碎石的造价为70元/m3，设计时桩顶50 cm的褥垫层采用碎石。并在碎石垫层中设置一层双向土工格栅，造价为15元/m2。

复合地基造价：

不设置褥垫造价=0.5×36(土)+65×12×0.209/ 0.283（桩）=594.0元/m2

设置褥垫层造价=0.5×70(碎石)+15(格栅)+65× 12×0.193/0.283（桩）=581.9元/m2

项目复合地基造价设置褥垫层比不设置褥垫层节省12.1元/m2。

3 结语

设计是施工的指导及依据，关系到工程质量的好坏。为软土路基加固土桩复合地基设计合理的褥垫层，不紧能减少路基差异沉降，提高工程质量，还能降低工程造价。目前龙海市紫云西路行车道已通车一年多，未发现明显的路基变形或不均匀沉降等情况。

[1]王凤池,朱浮声,王述红,董天文.复合地基的褥垫层设计[J].东北大学学报(自然科学版).2004(3)：26-27.

[2]董道洋.CFG桩复合地基褥垫层设计的重要性[J].岩土工程界,2004(1)：10-11.