刚性桩复合地基在道路工程设计及施工中的应用

（上海市城市建设设计研究总院（集团）有限公司 ,上海 200125）

一、工程及地质概况

电站路位于湖北省汉川市经济开发区，是一条南北向的次干路，红线宽30m。其跨越公路渠处（电站路箱涵）地基淤泥层较厚，天然地基承载力无法满足箱涵结构的设计要求（130kPa），该处地基地质情况如下：

第①层，杂填土（Qml）：表现为松散的特性，整个施工场地内都有分布，平均厚度为0.60m；

第②层，粉质粘土(Q4al+pl)：具有高度的可塑性，整个施工场地内都有分布，最薄处为1.90m，相比之下最厚处达到了2.80m，进一步得知平均厚度为2.40m；

第③层，淤泥质粉质粘土(Q4al+pl)：具有高度的软塑性，整个施工区域内都有分布，最薄处为1.50m，相比之下最厚处达到了2.30m，进一步得知平均厚度为1.80m；

图1 地质钻孔柱状图

图2 各土层力学性能参数表

第④层，粉质粘土(Q4al+pl)：具有高度的可塑性，整个施工区域内都有分布，最薄处为2.70m，相比之下最厚处达到了3.70m，进一步得知平均厚度为3.13m；

第⑤层， 淤泥质粉质粘土(Q4al+pl)：可塑，湿，全场地分布，最薄处为4.30m，最厚处为6.10m，平均厚度为5.10m；

第⑥层，粉土(Q4al+pl)：湿，中密，整个施工区域内都有分布，最薄处为3.80m，相比之下最厚处达到了5.90m，进一步得知平均厚度为4.70m；

第⑦层，粉砂(Q4al+pl)：饱和，整个施工区域内都有分布，最薄处为9.60m，相比之下最厚处达到了17.10m，进一步得知平均厚度为12.70m。

二、刚性桩复合地基处理在工程设计中的应用

图3 路基处理横断面图

场地可供选择的地基处理方案有两种：水泥土搅拌桩和素混凝土灌注桩。经过各方面论证比选，建设方决定采用素混凝土灌注桩。

（一）设计指标

1.选用的是素混凝土材料，在此基础上设置为沉管灌注桩，要求所使用的材料强度达到C15，桩长以穿透粉砂层50cm控制。灌注桩桩径50cm，间距150cm呈正方形布置，桩顶设25cm厚，100cmX100cm的C30钢筋混凝土盖板，盖板顶设置50cm砂砾垫层。

2.在砂砾垫层中铺设玻纤土工格栅，对应的技术指标有：断裂强度（kN/m）：经向：50、纬向：50；伸长率（≤%）：4；网眼尺寸（mmXmm）：12.7X12.7；单位面积质量（g/m2）：440；弹性模量（GPa）：67。

3.工后沉降：小于等于10cm。

（二）设计参数验算

1.复合地基的承载力验算

式中： fs—复合地基的承载力特征值。

2.要想得到复合地基的承载力标准值，就必须展开现场荷载试验，此外还需要利用到如下公式：

m—复合地基承载力标准值；

Ap—复合地基承载力标准值；

fsk—桩间天然地基土承载力标准值；

Ra—指的是单桩竖向承载力标准值，其获得形式有二，即进行载荷试验，也可按下式计算：

3.沉降验算

根据规范《建筑地基基础设计规范》，可以利用如下公式展开沉降验算：计算公式如下：

式中：ψs--沉降计算经验系数；

S--地基最终沉降量（mm）；

n—地基压缩层所设置的土层数量；

p0—基础底面所产生的附加压力值（kPa）；

Esi—将基础底面作为基准，由此得知其下部第i层所产生的压缩模量（MPa）；

zi、zi-1—以基础底面为基准，其下部的第i层和第i-1层与之形成的间距（m）；

αi、αi-1—以基础底面为基准，其下部的第i层和第i-1层所产生的附加应力系数均值。

4.计算结果

Ra：434kN；fspk：140kPa；S：9.3cm。

三、刚性桩复合地基处理在施工中的应用

（一）桩位测放

需要使用全站仪设备，在其作用下可以得知放桩群长度方向的轴线值，在此基础上使用测绳进一步得出栏位的具体位置，并做好标记处理。

（二）施工工艺

1.做好素混凝土灌注桩施工前的准备工作。对场地进行整平处理，并将所需要的打桩机运输到指定的施工区域。同时，将桩管放置在桩尖上，并将所得到的预制桩尖与桩位对齐，在桩管自重的影响下，桩尖将会进入土体之中，当达到300mm～500mm后便需要将钢丝绳收紧。

2.优化桩架位置。使用水准仪对桩架垂直度进行校验，以桩长为基准，所产生的误差应控制在该值的±0.5%范围内。

3.展开沉管作业。严格控制好作业速度，以2.5m/min为宜，若施工土层硬度较大，可借助卷扬机组滑轮进行加压处理。

4.分析桩管下沉深度。当桩管下沉深度达到设计标高后应暂停作业，利用吊砣做进一步检验，确保不出现渗水现象。

5.进行浇注混凝土施工。确保桩管内被浇注满，进行5s～10s的振动作业，当达到桩底标高1.5m区域时，应进行多次反插，此时深度以0.3m～0.5m为宜。在拔管过程中，每拔出0.5m～1.0m，均需要暂停5s～10s。

6.对一般土层而言，可采用混凝土预制型及活瓣型。两者对应的施工速度存在差异，前者应介于1.2m/min～1.5m/min，后者相对更小，不可超过1.2m/min。

7.在拔管过程中，应对施工吊砣进行检测，必要时采取补灌施工，避免缩颈现象。

（三）检测要求

为评价桩身质量，施工完毕的桩应当进行抽芯试验，获取抗压强度、坚硬程度等相关参数。在展开抽芯检验时，需要以总桩数为基准，所选取的数量为该值的0.5%，此外任何一个作业点至少应达到3根。基于随机的方式进行抽取，对抽芯检验不合格的桩，应在其附近随机抽取双倍数量的桩进行抽芯检验，以判断是否为个别现象，如仍出现不合格桩，则须查清范围，采取必要的补救措施。

1.对承载力进行检验，必须确保桩身具有足够的强度，其需要满足工程所提出的荷载条件，以总桩数为基准，所选取的数量应为该值的0.2%～0.5%。

表1 检测点检测结果统计表

2.当完成成桩且经过28d后，需要采用低应变法及取芯法对其质量进行检验，所选取的数量至少应达到总量的10%。

（四）检测结果

根据检测结果，12组试验复合地基承载力均不小于140kPa，满足设计要求。