刚柔性长短桩在某软土路基加固工程中的应用

石明阳 SHI Ming-yang

（中铁十二局集团有限公司，太原 030024）

1 刚柔性长短桩概述

刚柔性长短桩复合地基主要指的是刚性长桩与柔性短桩二者的有效结合，用于对沉降和承载力方面的监管与控制，同时桩的顶端用较大刚度的基础梁予以连接，从而满足上部构造的荷载要求，形成复合地基的形式。一般来说，刚性长桩位于承台的下土体中部位置，周边布设柔性短桩，从而避免不均匀沉降的情况，达到提升承载力并控制沉降的目的。

2 刚柔性长短桩复合地基承载力与沉降计算

2.1 承载力计算

在计算长短桩复合地基的承载力时，以相同桩长的复合地基承载力有关计算公式作为依据，并将经加固处理之后的短桩复合地基当作长桩复合地基中重要的桩间土。当桩间土与桩体具体的承载力明确，同时表现出长桩导致复合地基产生破坏的情况下，此时的长短桩复合地基承载力计算公式如下：

上式当中：m1、m2依次表示长、短桩相应置换率；

Ap1、Ap2依次表示长、短桩相应的横截面积；

fsp，k、fs，k依次表示复合地基、桩间土相应的承载力标准数值；

β1、β2依次表示短桩、桩闯土相应强度的发挥系数。

短桩的单桩承载力标准数值计算过程中主要利用了载荷实验方法，根据下述公式计算结果最小值：

在上式当中：fcu，k代表的是和搅拌桩水泥土的配方一样的立方体试块处于室内中的无侧限抗压强度相应的平均值结果；li、up依次表示处于各个土层内桩的长度、桩的周长；qsi、qp依次表示处于各个土层中的桩土相应的摩阻力标准数值、桩端土的地基承载力标准数值；η、ζ 都是折减系数。利用式（1），为了进一步优化设计，采用对长、短桩的桩数改进的方式实现。

2.2 沉降计算

计算长短桩的复合地基沉降情况时，可以参考图1、图2。以竖直的方向作为沉降计算的范围，涵盖长短桩的复合位置、长桩的位置以及下卧层的位置等部分。根据相关规定进行不同位置的沉降计算，具体公式：

图1 长短桩的复合地基平面图

图2 长短桩的复合地基剖面图

上式当中，Sc代表的是计算的沉降量；SH1代表的是范围H1的沉降量；SH2代表的是范围H2的沉降量；SH3代表的是范围H3的沉降量；ψ 代表沉降计算的修正系数；P0代表基础底端位置的相应附加压力，（kPa）；Espi代表自然土层和桩产生的相应模量，（MPa）：Zi、Zi-1依次表示基础底端到i 层，i-1 层土底面相应的距离，（m）；依次代表基础底端到第i 层，i-l 层的土底面区间中的平均附加应力系数；而n1、n2、n3则依次表示H1、H2、H3位置处的土层数。

计算H1、H2位置的复合模量采用下述公式：

上式当中：Esp1、Esp2依次表示H1、H2位置的相应复合模量；Ep1、Ep2、Es依次表示长桩、短桩与自然土相应的压缩模量；m1，m2依次表示长、短桩相应的置换率。

计算刚柔性长短桩的复合地基沉降情况时，将允许的沉降量当作主要管控指标，在确定刚性桩布置数量的过程中，不可忽略刚、柔性桩和土之间的作用影响因素，利用对复合地基的承载力结果的检验方式，确定其地基承载力的强度达标与否，及时予以改进。通过在刚柔性长短桩的复合地基内布设褥垫层，凸显出桩间土的作用。

3 某工程软土路基中刚柔性长短桩的应用

3.1 工程概况

3.1.1 工程简介

本次研究以xx 市的新城花园建筑工程项目为例，其地处浩龙路的东边，计划用地总面积为139615m2，而总建筑面积达到了18.42 万m2。这当中有22 栋多层居民楼，大概12 万m2。此工程项目以相关建筑工程项目施工规定作为依据，对于地基的处理方面旨在凸显一定创新性，从技术优化入手，采用了刚柔性长短桩的复合地基形式。其中的刚性长桩运用管桩的形式，而柔性短桩则运用水泥搅拌桩的形式。基于保证工程项目的沉降与承载力符合有关规定的目的，通过开展室内的水泥实验检测，明确相应抗压强度与压缩模量，同时复合地基现场的静载试桩实验也必不可少，实现基于设计荷载之下的沉降检测，在相应承台下桩土中布设压力盒，检测相应的压力变化情况。

3.1.2 地质条件分析

依据此工程项目的地质报告资料，经过对施工场地的勘查可知，主要涵盖了粘土、淤泥质黏土和淤泥等土质构成部分，现加以详细说明：

①粘土层：颜色为灰色与灰黄色，含有较少的铁锰氰化物，表面是15-35cm 的耕作土，部分存在较少的人工填土；静探Ps-H 曲线呈圆滑形态，Ps 数值是0．45-1．55MPa，土质为软塑、中、高压缩性土，层厚度是0.25-2.2m，层底的埋深为0.45-2.3m，除河流位置外，其它的位置均有分布。

②淤泥和淤泥质粘土层：颜色为灰色与青灰色，顶部位置的淤泥为水平微层结构，底端的淤泥质粘土为鳞片状；相应的静探Ps-H 曲线表现出低值趋缓的状态，当深度加大后，Ps 数值开始增加，速度较为缓慢，并具有较大的层厚。

3.1.3 施工情况

此工程项目具体施工过程当中，柔性桩运用了16m的水泥搅拌桩的形式，具体的桩径为500mm，掺加16%的水泥材料和0.14%的SN2O2。各个承台下端均有4 根水泥搅拌桩，需要以持续施工的方式于1d 之内处理完毕。

而刚性桩则运用了Φ500 的薄壁管桩形式，壁厚54mm，有效桩长大概是34m。等到水泥搅拌桩施工完毕一个星期以后方可进行施工处理，以每1 个半小时处理完一根桩的速度进行施工。

此工程项目的试验工作开展于2016 年1 月3 日，首次进入现场进行打桩施工处理，1 月13 日，相关承台中的全部桩施工处理均已经完毕，效果显著，无异常。2 月16日，实施挖土与桩头部位的施工，接着开始制作和绑扎基础承台的相应钢筋，同时支模与浇筑混凝土，3 月16 日，达到完成所有施工任务的目标。

3.2 刚柔性长短桩现场荷载实验

3.2.1 实验过程与要求

进行实验的时候，需备用大概260t 的砂材料，使用编织袋装载，形成伞型的堆放方式。相应的伞型架的底盘支架长度是10.5m，堆载的高度为2．4-3.2m。荷载增加的等级分为10 级，加载总量为240t。

实验运用了慢速维持荷载的方法，以逐级加载的形式达到目的，在各级荷载趋于稳定以后，再施以下一级的荷载，达到240t 后，进行分级卸载处理，最终归零。同时，保证每一级的加载占据总荷载的1/9，第一级则以2 倍的分级荷载形式实施加载处理。测定沉降的过程当中，当加载每一级之后，应依次间隔6min、9min、14min 后读取一次，后续则每间隔14min 进行测定读取，1 小时过后，则开始每隔半个小时测定读取一次，并保证每一次测定读取的数值可以准确记录，写到实验数据表格当中。对于沉降的稳定标准要求为：每一个小时的沉降量低于0.2mm，当连续产生两次之后，则表示其趋于较为稳定的状态，此时方能够进行下一级荷载的加载处理。在产生下述任意一种状况时，需要立刻终止加载：

第一，当处于某一级荷载的作用下，此时的桩沉降量是上一级荷载作用产生的沉降量的4 倍；

第二，当处于某一级荷载的作用下，此时桩的沉降量高于上一级荷载作用产生的沉降量的3 倍，同时在1d 之内依然没有趋于稳定。

进行卸载和卸载沉降测定的过程当中，每一级的卸载数值是每一级的加载数值的3 倍。在每一级经过卸载处理之后，需间隔14min 进行一次残余沉降情况的测定，当读取3 次以后，则间隔半个小时再次进行读取，此时便能够进行下一级荷载的卸载，完成所有的卸载处理以后，则需要每间隔3.5-4.5h 进行一次读取。

3.2.2 刚柔性长短桩承载力与沉降实验结果

针对该建筑工程项目，通过进行相关的实验，得出了下述几个方面的实验结果，现总结阐述如下：

①刚柔性长短桩的复合桩基中的柔性桩运用的是水泥搅拌桩，相应的桩的直径为500mm，桩的长度是16m，相应的面积置换率则是0.27；而刚性桩则运用的是Φ500的薄壁管桩形式，壁厚54mm，有效桩长大概是34m。

②经过此次实验的检测与分析可知，对于此工程项目复合地基的承载力标准数值，可以设定成300kPa。

③对于刚柔性的复合地基而言，其中的桩土应力比和荷载改变呈现出正比的关联性，具体而言，当荷载逐渐增加后，其会相应地提高，而在荷载逐渐减小的过程当中，其会开始下降。

3.3 纯短桩与长短桩在大小跨度厂房工程中软土路基应用的对比

3.3.1 大跨度厂房中的应用对比

通过从表1 当中不难获知，针对荷载加大的大跨度厂房工程项目而言，当采用纯短桩与刚柔性长短桩的复合地基的形式以后，通常在桩的数量上要求很多，以便达到其荷载的需要。从纯短桩基础的形式来说，通过增长桩的直径与桩的长度，不仅可以实现对桩数量的缩减，而且让相应的沉降量得以降低，不过从桩的数量上来看，依然存在着过多的缺陷，同时有关沉降量超过了相关规定的标准。而采用长短桩的复合地基形式，尽管对沉降的管控成效显著，桩的数量过多以及承台面积太大等问题，十分不利于施工工作的开展，所以，应该运用等长的长桩基础形式。

表1 大跨度厂房应用中的桩汇总表

3.3.2 小跨度厂房中的应用对比

通过试验相关数据获知，针对那些荷载较小，同时属于小跨度的多层厂房工程项目而言，运用纯短桩的基础与刚柔性长短桩的复合地基的基础形式都是可以达到其相应的荷载规定的。从纯短桩的基础角度来说，由于桩的数量很多，虽然采用增大桩的直径与其长度的方法，可以使得相应的沉降量降低，不过大多数均不符合相关规定的区间。通过利用长短桩的复合地基的基础形式，不仅能够达到相应的荷载规定，而且使得桩的数量得以缩减，发挥出良好的沉降管控成效。由此可见，对于小跨度的厂房工程项目来说，可以运用长短桩的复合地基的基础形式。

4 结论

本文将某建筑工程项目作为案例，对刚柔性长短桩的概念予以介绍，阐述了刚柔性长短桩复合地基承载力与沉降计算方法，并对某工程软土路基中刚柔性长短桩的应用加以分析。望此次研究的结果，可以带给相关工作人员更多的借鉴，以便推动我国软土路基加固施工管理不断进步。