廖知勇，白　皓，蘇　謙，劉　亭

（1.四川高速公路建設開發(fā)總公司工程建設部，四川成都　610041；2.西南交通大學土木工程學院，四川成都　610031）

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軟土地區(qū)非埋式樁板路基適用性分析

廖知勇1，白皓1，蘇謙2，劉亭2

（1.四川高速公路建設開發(fā)總公司工程建設部，四川成都610041；2.西南交通大學土木工程學院，四川成都610031）

摘要選取滬杭客運專線樁板結構路基工程典型斷面，建立現場觀測系統，并進行長期觀測。根據樁板結構的平面計算分析模型，對深厚軟土地區(qū)非埋式樁板結構內力進行分析。結果表明：承臺板及托梁主筋內力實測值與計算值相差不大，實測彎矩與計算彎矩吻合，且實測值遠低于結構抵抗彎矩值；樁基的分散傳遞作用改善了深厚軟土地基受力特性，板土接觸應力較小，最大值為0. 13 MPa；非埋式樁板結構在軟土地區(qū)具有較好的適用性。

關鍵詞軟土地基；非埋式樁板路基；適用性

軟土廣泛分布于我國東南沿海及內陸湖泊地區(qū)。軟土主要由淤泥、淤泥質黏土和淤泥質砂層等軟弱土層構成，由于其具有高含水率、高液限、高壓縮性、透水性差、孔隙比大、欠固結、力學強度低等特點［1-5］，故該區(qū)域內建設高速鐵路面臨諸多新問題。上海至杭州客運專線（以下簡稱滬杭客運專線）是在深厚軟土地區(qū)建設的高標準客運專線，地表以下軟土埋深超過60 m，厚度可達10～20 m。其中，滬杭客運專線DK3 + 343. 4—DK3 + 522. 0段下穿滬青平高速公路立交橋［6］，鐵路路基坡腳侵入立交橋限界，無法進行大面積開挖施工，同時路基荷載會導致立交橋墩臺傾斜，危及立交橋的安全。

樁板結構路基是一種新型路基結構形式，能有效控制沉降，目前已經成功運用于鄭西、遂渝等客運專線，成效顯著［7-10］。在深厚軟土地基以及大量鄰近既有結構物區(qū)段采用樁板結構尚屬首次，本文結合滬杭客運專線對深厚軟土地區(qū)樁板結構路基進行靜態(tài)測試，并與其設計時采用的理論計算結果進行對比分析，探討樁板結構在深厚軟基地區(qū)的適用性。

1　工程概況

滬杭客運專線所經區(qū)域為濱海平原，地勢平坦開闊。其中左線中線距公路橋梁墩臺邊緣為2. 60～ 3. 05 m，DK5 + 402. 8處距離最近，為2. 6 m，線位處公路橋梁底最低處標高為11. 4 m。若采用傳統路基結構，由于受高度限制，需要進行地基開挖，但受到鄰近立交橋墩臺影響，施工困難，故不適用。場區(qū)地表水為溝渠水，水深約0. 5～1. 5 m；地下水為孔隙潛水，埋深約0. 5～2. 0 m，水量豐富。地表水無侵蝕性，地下水氯鹽環(huán)境作用等級為L1。在下穿滬青平高速公路立交橋工點采用非埋式樁板結構，其由鋼筋混凝土承臺板、鋼筋混凝土托梁和鉆孔灌注樁構成。承臺板上鋪設混凝土支承層及Ⅱ型軌道板。

樁板結構采用等跨布置的標準聯，每聯30 m，每跨10 m。承臺板采用分幅設計，單幅寬4. 4 m，板厚1 m，托梁長9. 64 m，寬1. 5 m，高1. 6 m，樁基直徑1. 25 m，樁長45 m，見圖1。試驗段結構下部地基土主要為軟黏土、粉土等。地質勘查資料顯示，地表以下60 m范圍內，地基土承載力普遍較低，最大承載層基本承載力僅為160 kPa。立交橋測試工點處土層物理力學指標見表1。

2　現場測試方案

為了研究樁板結構的內力特征、荷載傳遞規(guī)律、靜荷載工況下的工作狀態(tài)，在樁板結構下穿滬青平高速公路立交橋處建立現場觀測系統。主要測試承臺板內力、托梁內力、板土接觸應力等。測試元器件的布置見圖2。其中：P1～P14為承臺板鋼筋計測試點；B1～B4為托梁鋼筋計測試點；S1～S4為沉降觀測點；T1～T2為土壓力盒測試點。

圖1　非埋式樁板路基

表1　土層物理力學指標

圖2　測試元器件布置

3　設計計算方法

3. 1設計思路

目前，樁板結構的設計方法主要有容許應力法和概率極限狀態(tài)法兩種。前者取統一的安全系數，設計偏保守；而后者采用不同的分項系數，更符合變量的客觀實際。理論上，概率極限狀態(tài)法優(yōu)于容許應力法，但由于鐵路列車荷載的特殊性，目前對其動力特性認知不足，概率極限狀態(tài)法的可靠度尚不高，故本次設計仍采用容許應力法設計。

樁板結構是空間超靜定結構，須簡化后才能用解析法分析。由于樁板結構的荷載屬于帶狀荷載，承臺板采用分幅設計，兩端支承于板下托梁，滿足單向板構造要求，故可簡化為縱向及橫向模型進行分析。

3. 2計算方法

將三維空間的樁板結構依據等剛度原則，簡化為縱向及橫向平面結構，同時把結構荷載按相應荷載標準施加到簡化結構上，詳細推算過程見文獻［10］。

3. 3荷載情況

樁板結構路基的設計必須考慮施工及使用期限內永久荷載、變化荷載和偶然荷載的作用，根據臨界狀態(tài)和驗算事項進行適當的荷載組合。樁板結構的設計荷載在時間上可分為永久荷載（恒載）和可變荷載（列車活載、溫度荷載等），在空間上可分為豎向荷載（結構自重、列車活載）和水平荷載（離心力、搖擺力、扣件阻力等）。

由于本次測試屬于靜態(tài)測試研究，測試期間不考慮列車活載作用，故設計計算荷載為結構恒載及結構上部軌道結構恒載。

4　測試與計算結果對比分析

4. 1承臺板主筋內力

樁板結構承臺板承受軌道結構傳來的恒載和列車活載，然后將荷載傳遞給托梁及板下土體，托梁再將荷載傳遞到樁基，進而傳遞給下部持力土層。承臺板與托梁鉸接或剛性連接，托梁與樁基剛性連接，由于托梁的橫向作用，且承臺板長邊與短邊之比＞2，故承臺板可按單向板計算。承臺板主筋內力測試結果見圖3，圖中內力值以受拉為正，受壓為負。

圖3　承臺板主筋內力時程曲線

由圖3可知：承臺板處于雙筋梁工作狀態(tài)，其支座處主筋最大拉應力為27. 6 MPa，最大壓應力為24. 0 MPa；跨中處主筋最大拉應力為17. 9 MPa，最大壓應力為30. 8 MPa，數值均小于鋼筋抗拉或抗壓強度。路基及軌道工程施工結束后，主筋內力先趨于穩(wěn)定，后稍許降低并再次趨于平緩。這是由于樁板結構沉降，地基土體發(fā)揮支承作用所致。

根據各測試斷面鋼筋計受力均值，按雙筋梁容許應力法換算為承臺板的實測彎矩，按第3. 2節(jié)的計算方法和第3. 3節(jié)的荷載情況得出承臺板的計算彎矩（即理論彎矩），兩種結果對比情況見圖4。

圖4　承臺板彎矩實測值與計算值對比

由圖4可知，承臺板彎矩的實測值與計算值比較接近。本文第3. 2節(jié)所述計算方法將邊跨支座按鉸接進行考慮，實際上由于托梁存在一定寬度，換算得出邊跨支座處有一定負彎矩，因此需要對承臺板端部進行特殊設計。實測彎矩與計算彎矩吻合良好，且數值遠小于抵抗彎矩，說明設計承載力是安全可靠的。

4. 2托梁主筋內力

托梁主筋內力測試結果見圖5。圖中內力值以受拉為正，受壓為負。

圖5　托梁主筋內力時程曲線

根據各測試斷面鋼筋計受力均值，按雙筋梁容許應力法換算為托梁的實測彎矩，按第3. 2節(jié)的計算方法和第3. 3節(jié)的荷載情況得出托梁的計算彎矩（即理論彎矩）。托梁實際受荷情況與計算值的受彎方向一致，且數值遠小于抵抗彎矩，說明設計承載力是安全可靠的。

4. 3板土接觸應力

隨著地基土對承臺板的支承作用越強，即地基系數K越大，板的沉降越小。由于理論計算時不考慮地基土對板的支承作用，故為了得到地基土對承臺板的支承作用，可根據承臺板與地基土的接觸應力測試值反算地基系數K。因此，在樁板結構邊跨及中跨跨中處，承臺板與土體之間埋設土壓力盒，且每個斷面均在左線左軌（代號zz）下側及左線中心（代號zx）下側沿橫向布置2個土壓力盒。測試結果見圖6。

由圖6可知：混凝土澆筑完成初期，混凝土水化熱對土壓力盒的測試數值有一定影響，隨著時間的發(fā)展逐漸趨于穩(wěn)定。板土接觸應力總體不大，最大值為0. 13 MPa。由于樁土剛度差異較大，隨著樁板結構與地基土體耦合作用的增強，板下土體支承作用逐漸弱化，上部荷載逐漸轉移到樁頂，故設計中不考慮板下土體支承作用是安全的。

圖6　板土接觸應力時程曲線

5　結論

1）樁板結構首次應用在深厚軟土地區(qū)，其受力明確，傳力路徑清晰，具有良好的力學特性，能有效改善路基軟弱土體受力狀態(tài)，具有較好的適用性。

2）承臺板實測值與計算值相符，且數值遠小于抵抗彎矩，設計承載力安全可靠。

3）路基及軌道工程施工結束后，承臺板主筋內力先趨于穩(wěn)定，后稍許降低并再次趨于平緩。

例3：本研究采用質性個案研究方法，以兩名大學英語教師為研究對象，從活動理論視角探究了教師實施教材任務的具體策略、動機以及動機形成的原因。

4）外荷載作用下樁板結構沉降，地基土體發(fā)揮部分支承作用，然后地基土發(fā)生沉降，上部荷載部分轉移到樁頂，從而減弱板下土體受力，此即兩者間的耦合作用。

參考文獻

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（責任審編葛全紅）

Applicability Analysis of Non-embedded Pile-Board Subgrade in Soft Soil Area

LIAO Zhiyong1，BAI Hao1，SU Qian2，LIU Ting2
（1. Engineering Construction Department，Sichuan Expressway Construction and Development Corporation，Chengdu Sichuan 610041，China；2. School of Civil Engineering，Southwest Jiaotong University，Chengdu Sichuan 610031，China）

AbstractT he paper put in place a long-term in-situ monitoring system for the chosen typical cross section of pileboard subgrade underpinning Shanghai-Hangzhou passenger dedicated line. W ith the help of plane calculation analysis model，it analysed the internal forces of the non-embedded pile-board structure in deep-thick soft soil areas. T he results show that no visible difference is noticed between the measured data and the calculated value for the internal forces of the bearing platform and the main reinforcement bearing. At the same time，the bending moment measured and that calculated stand consistent，and the measured data falls far below the bending resistance of the structure. T he pile subgrade changes the mode of force transfer，as the contact stress between plate and soil caps at 0. 13 M Pa，enhancing the force bearing performance of the deep-soft soil subgrade.

Key wordsSoft soil subgrade；Non-embedded pile-board subgrade；Applicability

中圖分類號U213. 14

文獻標識碼A

DOI：10. 3969 /j. issn. 1003-1995. 2016. 05. 30

文章編號：1003-1995（2016）05-0135-04

收稿日期：2015-08-27；修回日期：2016-02-28

基金項目：國家自然科學基金（51378441）；教育部新世紀人才計劃項目（NCET-12-0941）

作者簡介：廖知勇（1970—），男，高級工程師，碩士。