桩板结构在公路软土地基处理中的应用研究

姜 广 州

(张家口市鼎力岩土治理有限公司,河北 张家口 075000)

0 引 言

近年来，国家的发展指数上涨，国家在“要想富，先修路”这一传统观念方面做出了确实行动，无论是公路还是铁路国家对其投资建设力度是逐年增高，同时还承接了不少海外的道路工程项目，可以说我国在道路工程领域无论是理论技术方面还是工程实践方面都处于世界较为领先的地位；但是对于在软土地基上进行道路工程建设还需做出进一步研究，软土地基是由淤泥、细粒土等组成，多数含有一定的有机物质；强度低，压缩量较高是软土地基的一个特点，但是对道路的使用造成严重影响.现行规范种对于软土路基处理方式都具有一定局限性，桩板结构是一种混凝土整体结构，其多用于高速铁路方面，但在公路工程对于提高公路整体性能应同样有巨大作用.国内外对于桩板结构有大量的研究，Bachmann.H等[1]通过对桩板结构模型施加长期循环加载，验证其疲劳性能.最终完成数千万次的加载后，模型仍未出现裂纹.Toivola.P等[2]通过对重载铁路中桩板结构的研究，分析了结构的振动特性、内力和沉降特性，提出了检测路基结构方面的重要建议.akeer.R.M等[3]通过对路基多从试验测试，得出桩板结构路基在过渡段容易产生工作特性的不协调，导致其承担加大荷载，降低了桩板结构的整体性能.陈睿等[4]通过对无砟轨道桩板结构路基研究，得出结论：路基面运营后一年才稳定，路基的荷载传递具有摩擦型桩的特性.詹永祥等[5]采用ANSYS有限元软件，基于弹塑性本构关系，用面一面接触单元来考虑桩上间的接触问题，分析了桩板结构路基沉降的影响因素及其变化规律，指明影响路基沉降的重要参数.沈宇鹏[6]等通过观测对实际工程，分析板桩结构复合地基沉降特性，得出结论：在桩顶设置褥垫层能有效提高地基桩间土承载力，降低工后沉降.曹宇泽[7]利用有限元软件建立了车辆-轨道-桩板结构模型，通过施加动、静荷载，通过对路基静动力响应进行分析.刘军等[8]利用Midas/Civil软件建模，通过改变定桩板结构各参数，对桩板结构设计参数进行了进一步的优化设计.谭国湖[9]通过有限元模拟对软土固结沉降机理进行了分析.肖宏等[10]通过建立桩、板、土体的三维有限元模型，分析地震波的荷载作用下斜坡桩板结构路基的动态响应，改变模型具体尺寸，对桩板结构影响规律进行分析.

基于上述学者的研究，特采用桩板结构对公路软土地基进行处理，通过室内试验研究承载板板厚和桩间距的大小以及布桩形式对软土地基沉降量的影响.

1 试验概况

1.1 试验目的及方法

本文通过室内模拟试验来研究桩板结构对沉降量的影响，通过对不同参数的桩板结构进行加载试验，通过控制变量法来研究板厚度和桩间距的大小以及布桩形式对沉降量的影响，通过沉降的变化量来进行评价，进而得出结论.

1.2 试验材料和装置

1.2.1 承载板

为了更好的模拟实际情况，试验中的承载板是采用C50高性能混凝土承载板，对其进行抗压强度(T0553-2005)、抗折强度(T0558-2005)和弹性模量(T0557-2005)的测定，其基本力学性能指标如表1所示.

表1 C50高性能混凝土基本力学性能

1.2.2 土样

本试验用土取自实际工程中，土质为粘性土，对土样进行基础的物理性质试验，其基本参数如表2所示.

表2 土样的基本参数

1.2.3 模型桩

本次试验采用的模型桩为直径为3 cm的空心铁管，管长为50 cm，为了更好的与实际情况相拟合，在管的周围围上一层120目的砂布更好的模拟实际工程中的桩.

1.2.4 量测装置

测量装置电阻应变片、补偿片通过1/4桥的方式与数据采集箱连接，直线位移传感器通过半桥方式与数据采集箱连接，所采集数据再由数据采集箱传输回电脑.承载板沉降采用四个量程为50 mm的电子位移计，分别置于承载板顶面的四个角，可以量测记录试验过程中板顶平均沉降及差异沉降.

2 试验工况和加载方式

2.1 试验工况

通过改变承载板的厚度和桩间距的大小以及布桩形式来研究沉降量的变化，对应的试验工况如表3，表4和表5所示.研究承载板板厚和桩间距的大小对沉降量的影响采用长方形布桩形式.

表3 承载板板厚对沉降量的影响的试验工况

表4 桩间距的大小对沉降量的影响的试验工况

表5 布桩形式对沉降量的影响的试验工况

2.2 加载方式

本次试验使用静态加载试验机进行加载，具体加载装置见图1.

图1 加载装置示意图

3 试验结果分析

3.1 承载板板厚对沉降量的影响

按照表3的试验工况来研究承载板板厚对沉降量的影响，进行室内试验，得出加载及卸载过程的P-S曲线，如图2所示.

图2 承载板厚度变化P-S曲线

由图2可知，沉降量与加载成正相关.横向对比，在相同的加载以及卸载的情况下，承载板的板厚和沉降量成负相关，即随着承载板的板厚增加，沉降量降低，但随着承载板板厚增加，沉降量变化不明显.

3.2 桩间距的大小对沉降量的影响

按照表4的试验工况来研究桩间距对沉降量的影响，进行室内试验，得出加载及卸载过程的P-S曲线，如图3所示.

图3 桩间距变化P-S曲线

由图3可知，横向对比，在相同的加载以及卸载的情况下，桩间距和沉降量成正相关，即随着桩间距增加，沉降量增加，但随着桩间距增加，沉降量变化不明显.不同模型桩间距的桩板结构要达到相同的沉降，模型桩间距较小的所需加荷载值要小于模型桩间距较大的.

3.3 布桩形式对沉降量的影响

按照表5的试验工况来研究布桩形式对沉降量的影响，进行室内试验，得出加载及卸载过程的P-S曲线，如图4所示.

图4 布桩形式变化P-S曲线

图4的横坐标为加载荷载，纵坐标为沉降量.由图4可知，随着加载增大，沉降量也随之增大.横向对比，在相同的加载以及卸载的情况下，容易得出模型桩按三角形布置相较于长方形布置能够减小整个桩板结构的工后沉降量，并且从P-S曲线的增长趋势可以看出模型桩三角形布置沉降增长速度要慢于模型桩长方形布置的.

4 结 论

通过室内试验研究承载板板厚和桩间距的大小以及布桩形式对软土地基沉降量的影响，基于上述试验结果分析，得出以下结论：

(1)经过桩板结构处理后的软土地基其沉降量降低，承载力明显提高.

(2)软土地基的沉降量与板的厚度成负相关，即随着板的厚度增大沉降量降低.

(3)桩间距和沉降量成正相关，即随着桩间距增加，沉降量增加，不同模型桩间距的桩板结构要达到相同的沉降，模型桩间距较小的所需加荷载值要小于模型桩间距较大的.

(4)模型桩按三角形布置相较于长方形布置能够减小整个桩板结构的工后沉降量，模型桩三角形布置沉降增长速度要慢于模型桩长方形布置的.