張 昕

(佛山市盈科工程造價(jià)咨詢事務(wù)有限公司)

1 樁承式路堤沉降計(jì)算

我們假設(shè)樁頂、樁帽以下的土體與樁間土之間是均布應(yīng)力，則有樁帽下面的土體與樁間土接觸面應(yīng)力會(huì)相等，如公式(1)所示。

式中:p、pp和ps分別為復(fù)合地基、樁帽頂和樁間土上平均荷載集度;n、m 則表示為復(fù)合地基樁土的應(yīng)力比和置換率。

樁頂承擔(dān)的荷載為樁帽承擔(dān)荷載扣除樁帽下土體承擔(dān)的荷載

式中:P 表示樁頂所受的荷載;Ac和Ap則表示為樁帽的面積以及樁身面積。

2.1 樁間土沉降計(jì)算

樁帽以下的土體受力是明顯比樁間土要小的，也是要滯后于樁間土的，樁間土沉降后會(huì)對(duì)樁帽下土體有負(fù)摩擦力作用，由力的相互作用，樁間土沉降同樣也會(huì)受到限制。所以在進(jìn)行土體計(jì)算時(shí)，不能忽略附加應(yīng)力對(duì)于土體的影響，如果忽略而按照天然地基進(jìn)行計(jì)算會(huì)導(dǎo)致計(jì)算結(jié)果偏大。而對(duì)于下臥層，樁體會(huì)將上部荷載傳遞為摩擦力和樁端力作用于土體上面，樁間土下臥層所受到的附加應(yīng)力是比較小的，所以下臥層的附加應(yīng)力計(jì)算不需要考慮群樁與樁間土之間的相互作用。概括而言，如果不考慮樁帽下土體和樁的相互作用所進(jìn)行的樁間土沉降計(jì)算結(jié)果是偏大一些的。

2.2 樁頂沉降計(jì)算

樁頂沉降主要包括三方面的計(jì)算:樁端下臥層沉降、樁端刺入量和樁身壓縮量。在對(duì)下臥層進(jìn)行沉降計(jì)算時(shí)，需要考慮群樁與樁間土之間相互作用所產(chǎn)生附加應(yīng)力，按照土層法計(jì)算各土層沉降最后相加得出總的沉降值。

下刺量指的是樁端塑性滑移后所發(fā)生的刺入變形量。這個(gè)問(wèn)題目前還是一個(gè)技術(shù)難題，沒(méi)有計(jì)算公式可以借鑒。文獻(xiàn)中敘述到可以采用產(chǎn)生單樁極限承載力所需要的樁土間產(chǎn)生的相對(duì)位移量當(dāng)成剛性樁貫入量，一般取值50 ～70 mm。復(fù)合地基樁、土都會(huì)產(chǎn)生沉降，在這個(gè)過(guò)程中，土拱效應(yīng)、加筋墊層等等因素都會(huì)使得樁、土受力發(fā)生變化，樁所承受的荷載會(huì)更大，隨著下刺量的變小，整個(gè)復(fù)合地基也會(huì)變得穩(wěn)定起來(lái)。在此，作者認(rèn)為復(fù)合地基達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)后，樁土之間的沉降差是很小的，因此我們可以根據(jù)樁土沉降差來(lái)計(jì)算樁端下刺量。

我們通過(guò)假設(shè)樁身摩擦力分布就能得出樁身軸力函數(shù)，從而計(jì)算出樁身的彈性壓縮量為

式中:p(l)為樁身軸力隨深度的變化函數(shù);P 為樁頂荷載，α、β 分別為沿深度矩形分布和三角形分布的樁側(cè)摩阻力占樁頂總荷載P 的百分比;L、EP、AP分別為樁長(zhǎng)、樁身材料模量和截面面積。

樁頂沉降為

式中:SP、S下、Δ下和SL分別為樁頂沉降、樁端下臥層沉降、樁端刺入量和樁身壓縮量。

2.3 樁頂上刺量計(jì)算

由于墊層在鋪設(shè)時(shí)是充分碾壓的，不考慮它的壓縮性，則由于墊層流動(dòng)補(bǔ)償作用產(chǎn)生的路堤沉降可根據(jù)體積守衡得到

式中:r1、r2為樁帽半徑和單樁控制半徑;SP，SS分別為樁頂和樁間土沉降。

2.4 復(fù)合地基沉降

復(fù)合地基起到加固土體作用，主要是因?yàn)閯傂詷队行Э刂屏说鼗某练e，考慮到樁間土沉降是比較大，因此復(fù)合地基沉降的計(jì)算主要以樁頂沉降、上刺量這兩項(xiàng)。

式中:S 為復(fù)合地基沉降，SP為樁頂沉降，Δ上為樁頂上刺量。

3 工程實(shí)例分析

東莞市虎門港立沙島一期市政道路工程一標(biāo)的兩橋頭路段采用了新型樁基技術(shù)Y 形樁處理，并進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)研究。下面結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果對(duì)K4 +989 ～K5 +019 的Y4斷面進(jìn)行分析。Y 形樁布樁采用樁距和樁長(zhǎng)分別為2.7 m和13.5 m，樁身截面積0.191 m2，樁帽直徑1.4 m，正三角形布樁，處理寬度50.6 m，長(zhǎng)度30 m，土層參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 Y4 斷面土層物理力學(xué)參數(shù)表

填土荷載為106.56 kPa，樁土應(yīng)力比取實(shí)測(cè)值11.59，土體泊松比取0.4，樁身彈性模量為2.80×104MPa。其他參數(shù)可通過(guò)計(jì)算得到:復(fù)合地基置換率(樁帽)為24.4%;樁帽頂平均應(yīng)力為344.89 kPa，土體表面應(yīng)力29.76 kPa;樁身承擔(dān)荷載為490.55 kN。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)資料樁身摩阻力分布做一定簡(jiǎn)化假定為三角形分布，樁頂荷載占總荷載為5%。計(jì)算結(jié)果與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)值見(jiàn)表2。

從表2 中我們可以看到，理論值與實(shí)測(cè)值基本是吻合的。通常情況下，公路中間部分沉降較路面兩側(cè)是要大的，整個(gè)沉降曲線是一條盆狀形狀，此外樁基頂部的沉積較中間土體要小。表2 中計(jì)算沉降值指的是路面總的沉降值，而實(shí)測(cè)沉降值則指的是采用樁承式加筋路堤軟基處理技術(shù)后在一段時(shí)間后所測(cè)得的實(shí)際沉降值，隨著時(shí)間的推移，實(shí)測(cè)值還會(huì)繼續(xù)變大的，由此可以看出實(shí)測(cè)值與理論值是相互吻合的，理論計(jì)算方法是合理的。

表2 理論計(jì)算值與實(shí)測(cè)沉降值

4 結(jié) 語(yǔ)

本文在結(jié)合樁承式路堤的工作機(jī)理分析的基礎(chǔ)上，探討了樁承式路堤的沉降計(jì)算方法。根據(jù)樁土變形特點(diǎn)分別討論了樁頂、樁間土的沉降計(jì)算，并提出了自己的樁頂上刺量計(jì)算方法。最后對(duì)一個(gè)工程實(shí)例進(jìn)行了計(jì)算，得出了比較合理的結(jié)果。

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