刚性桩桩网路基法在深厚软土路基中的设计分析

方国华

（云南省交通规划设计研究院有限公司 云南昆明 650041）

0 引言

1 工程概况以及场地地质条件

该道路工程为城市南北主干道路，设计车速为60km/h，道路总长为20km、宽为40m，因其承载交通量较大，施工期间对城市交通造成影响较大，当地政府极为重视，因此要求工期相对紧张。根据工程地质初期勘察资料揭露，在该道路K0+180～K0+300区段内存在深厚软土，该区段地面标高约为2.3～2.8m，道路设计标高约为5.5～5.9m，工程所需填高约为3.2m。通过对该区段地下土层进行钻探孔探测，发现场地存在耕地土层、粉状粘土层、淤泥层、风化花岗岩、砂土状风化花岗岩等岩土成分，其中耕地土层主要含量为细沙和泥土等杂质，并掺杂大量的植物根茎，属于新近填土，且密实度呈现不均匀分布特征；粉状粘土层粘度一般，表面较为光滑，中等强度及韧性，未发现摇震反应；淤泥呈现流动状，塑性较差。以上土层对于施工工程来说均属于不良基础，在载重条件下，容易发生基础下沉以及基础压缩变形等不良现象，从而导致地基失去稳定性和不均匀变形，使道路工程产生安全隐患。

2 施工场地软基处理必要性与设计要求

根据工程地质初期勘察资料揭露所示，该道路路基场地属于深厚软土层，其力学性质较差，路基承载力较低，如果直接作为路基基础，根据《城市道路路基设计规范》（CJJ 194—2013）和《公路路基设计规范》（JTG D30—2015）等相关规范设计计算，得出结果该路基沉降将会大于30cm，远远无法满足道路施工相关规范的设计要求，因此必须进行场地的软基处理，提高路基的承载力，减少施工后路基沉降，确保施工的顺利进行和施工后的安全保障[2]。

根据道路施工设计要求，根据《城市道路路基设计规范》（CJJ 194—2013）的要求，城市道路路基应满足相关参数以及工程沉降设计要求，具体数据如表1、表2所示。

3 软基处理方案

为了满足道路施工设计要求，目前道路施工中较为常见的深厚软土软基处理有以下几种方案：①水泥搅拌桩方案，本方案处理时间较长，适用于工期宽松的施工，且由于本身桩材料的局限性，处理深度一般小于15m；②水泥粉煤灰碎石桩方案，本方案形成时间较快（1～2个月），处理深度可达25m左右，处理后可以显著减少沉降量和提高承载力；③刚性桩桩网方案，本方案利用预制薄壁管桩同时结合桩顶加筋体形成的刚性桩桩网路基，采用预应力工艺和离心成型法制作的一种混凝土预制构件，具有制作简便、制作周期短、对施工现场污染小等优点。在桩的顶部设置桩帽，与垫层内铺设筋体形成一种复合型路基。这种路基可以十分明显的降低沉降量，提高承载力，同时对各种不同地质条件适应性较强，处理深度可达30m以上，其本身还具备较强的抗弯性和穿透性，单桩承载力相对较高。根据道路工程地质初期勘察资料揭露所示，道路K0+180～K0+300区段内存在深厚软土层最深可达33m，因此仅有刚性桩桩网方案符合条件，故推荐本方案。

表1 产地土层地质参数

表2 场地路基容许施工后沉降量

4 刚性桩桩网路基设计方案

4.1 刚性桩桩网路基载荷设计

本道路施工项目刚性桩桩网路基载荷q（kPa）设计计算按照《刚性桩桩网路基设计与施工技术规程》（DBJ/T 13-221—2015）中4.1.1中的规定取值，其中还包括路面结构层重量载荷和路面动载荷以及道路填土自重。

根据q=rshs+rchc+ql计算路基载荷；

其中：rs-填土容重，取值19kN/m3；hs-填土高度，取值3.2m；rc-路面结构容重，取值22kN/m3；hc-路面结构厚度，取值0.72m。

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ql-路面载荷，根据高速公路车道路面载荷取值为26kPa，计算得到路基载荷为88.96kPa。

4.2 桩径、壁厚以及长度的确定

根据本地区以往道路工程施工经验和对本地区建材市场的详细考察，决定本次道路施工采用的桩径为50.0cm，壁厚为10.0cm，桩身强度C60。

本道路施工项目桩长设计根据初期路工程地质初期勘察资料揭露所示，需要穿透耕地土层、粉状粘土层、淤泥层、风化花岗岩、砂土状风化花岗岩等岩土层，根据勘察标高以及桩径等要求，同时桩顶暂定地面以下0.5m，得桩长计算公式：

根据L=Lb+5D；

D-桩径，取值0.5m；Lb-路基持力层至地面距离，根据地质勘察取值33m，计算得桩长35m。

4.3 刚性桩桩网间距计算

本道路施工项目桩间距设计时，因采用正方形布桩方式，满足设计要求的同时最好使用长桩、大间距布局。根据工程地质勘察揭露，本项目以花岗岩层为基础持力层，则单桩分担路基面积A对基础持力层计算为：

根据 A=（Fb+Ke[φe]）/q；

Fb——极限侧阻力，根据《建筑桩基技术规范》（JGJ 94—2008）计算取值为1416.86kN；

Ke——基础持力层桩端弹簧系数，取值为60000kN/m；

φe——桩端允许位移值，取值0.03D，为0.015m；

q——路基载荷，通过4.1计算得88.96kPa；

计算得到桩分担路基面积A为26.04m2，则桩间距为5.1m。

4.4 桩帽大小计算

本道路施工项目桩帽结构具有提高路基控沉能力和均化桩顶集中力的作用，桩帽面积Ah的计算公式：

根据 Ah=qA/Ktφt

其中：q——路基载荷，通过4.1计算得88.96kPa；

Kt——褥垫层地基系数，本次工程拟采用级配碎石垫层，取值为23000kPa；

A单桩分担路基面积A，通过4.3上文计算得26.04m2；

φt为桩顶允许位移值，规定取值为0.034m，最终计算得到Ah=2.96m2。

4.5 垫层

本道路施工项目中垫层的主要起排出路基空隙积水、增加路基载荷水平抵抗力以及充分发挥桩与土的共同作用力的作用，因此本道路施工项目在桩帽顶处位置设置一层50cm厚的碎砂垫层。同时为了防止路基的不均匀沉降和加强垫层的整体强度，在垫层中间铺设两层筋体结构，并具有强度高、变形小的特点。按照设计要求规定，保证垫层极限抗压强度≥30kN，极限伸长率≤10%，摩擦系数≥0.5[3]。

4.6 刚性桩桩网路基设计确定

综上所述，本次道路施工项目设计运用刚性桩桩网路基法，最终采用的刚性管桩桩身强度C60，桩径为50.0cm，壁厚为10.0cm，采用正方形布桩方式，桩距为5.1m，桩帽采用台体式，厚度为0.5m，桩帽边长1.7m，同时在桩顶设置50cm厚的碎砂垫层，垫层内部铺设两层筋体结构。

5 刚性桩桩网路基实施效果

目前本项目施工已经完成，该道路承载着城市一半以上的交通量，根据第三方检测单位检测数据所示，该道路路基实际沉降量未超过预期设计沉降量，因此刚性桩桩网路基法在深厚软土路基的实际处理过程中效果显著，通过本次工程实例，可以为日后类似工程施工提供参考和借鉴。

6 结语

在云南省道路施工工程中，大部分路基工程地质条件较差，软土层相对较厚，不利于施工的顺利进行，同时道路施工工期都相对紧张，更加为施工带来难度。刚性桩桩网路基法作为一种新型路基处理方案，可以有效保证施工进行，工程质量以及路基的稳定性。但是在实际施工中依然存在着诸多问题，这就需要设计人员认真钻研，细心观察，谨慎实验，最终实现我国土建工程技术的发展。