趙殿武

摘? 要：素混凝土樁復合地基具有強度高、施工工藝簡單、工程造價低等特點，是軟土地基處理中常用的處理方式。以珠海橫琴濠江路道路工程為例，通過分析素混凝土樁對地基的作用機理，從承載力和地基沉降兩個方面進行設計。

關鍵詞：素混凝土樁;復合地基;承載力;沉降量

中圖分類號：TU473.1? ? ? ?文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2020）15-0171-02

Abstract： Plain concrete pile composite foundation has the characteristics of high strength， simple construction technology and low engineering cost， so it is a common treatment method in soft soil foundation treatment. Taking Haojiang Road Project in Hengqin New Area of Zhuhai City as an example， by analyzing the action mechanism of plain concrete pile on foundation， the design is conducted from two aspects of bearing capacity and foundation settlement.

Keywords： plain concrete pile; composite foundation; bearing capacity; settlement

引言

軟土是指天然含水率高、天然孔隙比大、抗剪強度低、壓縮性高的細粒土、包括淤泥、淤泥質土、泥炭、泥炭質土等。這類土的大部分處于飽和狀態(tài)，含有機質，天然含水量大于液限，孔隙比大于1[1]。這類土作為地基壓縮量大，排水固結慢，沉降穩(wěn)定時間長，穩(wěn)定性差，一旦受到擾動，強度明顯降低，甚至成為流動狀態(tài)。作為天然地基，很難滿足強度和變形的要求，需要采用一定的地基處理方法進行處理，以提高地基強度和穩(wěn)定性。

1 軟基處理分類

地基處理的目的是利用置換、擠密、排水、膠結、加筋等方法，對地基土進行加固，以提高地基土的抗剪強度、改善地基土壓縮性和滲透性增大地基的承載能力。加固原理如下：

置換法是指將基礎底面下處理范圍內軟弱土層部分或全部挖除，再分層置換物理力學性質較好的巖土材料，并加工夯實、密實作為墊層。其作用是提高基礎地基承載力，減小基礎沉降量，加速基土排水固結。

排水固結法是指軟土地基中設置水平和豎向排水系統(tǒng)，改變地基原有排水邊界條件，在荷載作用下，土中孔隙水慢慢排出，孔隙比減小，地基發(fā)生固結變形，提高地基承載力，減小工后沉降。

膠結：向土體中拌（灌）入水泥、石灰或者其他化學固化漿材，使其在地基中形成增強體，以達到地基處理的目的，主要方法有深層攪拌法、高壓噴射注漿法、擠密灌漿法。

擠（振）密原理：采用擠（振）密方法使地基土的空隙減少、密實度增加，以達到提高地基承載力和減小沉降的目的;加筋原理：將強度高、模量大的筋材（如土工格柵、土工織物等），加在軟弱地基中形成復合體。當受到外力時，筋材與周邊土體發(fā)生相對位移，存在于兩種材料表面的咬合力和摩擦阻力（即將側壓力增加到土體上）在阻止土體側移時，對土體力學性能進行一定程度的改善，進一步提升土體承載力以及強度[2]。

2 素混凝土樁復合地基法

素混凝土樁是復合地基的一種，是在碎石樁中加入適量中砂、水泥，并用水將其攪拌，形成一種粘結度高的剛性樁體。其作用機理為：在上部荷載作用下，素混凝土樁壓縮變形小于周圍土體變形，樁身分別向褥墊層和下臥層刺入，樁土共同承擔荷載，在褥墊層的變形調解下荷載逐漸向樁頂轉移，能有效降低復合地基總體沉降[3]。

3 工程實例

3.1 項目簡介

珠海濠江路道路工程位于珠海市橫琴新區(qū)橫琴口岸南側。路面結構下素填土主要由黏性土、大量花崗巖塊石夾砂粒等組成，結構不均勻，局部鉆孔揭露素填土層厚度達到8m。

3.2 地質勘察

勘察場地內普遍分布有海陸交互相沉積層軟土，即淤泥②1和淤泥質土②3，其中淤泥②1埋深一般、厚度較大，其層頂埋深為0.0～22.20m（標高-18.27～1.83m），揭露厚度1.40～24.20m，平均13.41m;其中淤泥質土②3埋深較深、厚度較大，其層頂埋深為14.20～40.0m（標高-36.10～-9.74m），揭露厚度1.0～30.50m，平均15.21m。由十字板剪切試驗可知淤泥②1層原狀土抗剪強度Cu值為9.35～20.56kPa，平均值為14.46kPa，重塑土抗剪強度Cu'值為2.87～6.45kPa，平均值為4.69kPa，靈敏度St值為2.81～3.49，平均值為3.08，淤泥②1層屬中等靈敏性軟土。

根據本項目工程地質勘察資料顯示，擬建場地下伏淤泥軟土層，該層厚度大，具高含水量、高壓縮性、大孔隙比、高靈敏度，強度低等特性，具流變、觸變特征，易導致路基沉降和失穩(wěn)，為路基軟弱下臥層，需要對其進行處理。

3.3 方案設計

3.3.1 素混凝土樁復合地基參數設計

根據初步設計圖紙和專家評審意見，本次軟基處理采用素混凝土樁復合地基進行軟基處理。

素混凝土樁符合地基設計參數主要有：樁長、樁徑、樁距和排距、樁身混凝土強度、褥墊層及材料等[4]。

（1）樁長設計。樁長是復合地基設計時首先要確定的參數，它取決于建筑物對承載力和變形的要求和土質條件等因素。根據巖土工程勘察報告提供的場地各層土的主要工程性能指標，本工程選取淤泥深度較大作為計算代表性鉆孔，孔口高程5.03m，樁頂標高1.5m，樁長23m，加固填土層厚度1.0m，加固淤泥層厚度21.8m。（2）樁徑設計。樁徑取決于所選用的施工設備，本工程擬采用長螺旋鉆孔、管內泵壓混凝土成樁，設計樁徑為40cm，樁身混凝土強度等級C15，水泥為強度等級不低于42.5的普通硅酸鹽水泥。（3）樁距和排距。設計根據巖土工程勘察報告提供的場地各層土的主要工程性能指標及設計樁長和樁徑，本工程擬采用正方形方式布樁，樁距為1.8m，面積置換率4.78%。（4）褥墊層設計。褥墊層保證樁和土共同承擔荷載，褥墊層材料宜用中砂、粗砂、級配砂石或碎石等透水性材料，厚度宜為15～30cm。本工程樁頂通過擴大頭C25混凝土樁帽連接，并在樁帽頂部鋪設30cm碎石+20cm土工格室（充填20cm厚碎石）。

3.3.2 單樁承載力特征值

根據規(guī)范，按下式計算單樁承載力特征值（樁徑d=0.4m）：

Ra=Up？撞qsili+？琢Apfak

式中：Up-樁周長;Ap-樁截面積;？琢-樁端天然地基上的承載力折減系數，取0.8;qsi-樁周側阻力特征值;fak-樁端天然地基上的承載力特征值。

根據鉆孔資料可以得知，填筑土層的樁長為1.0m，淤泥層的樁長為21.8m，淤泥層的承載力為50kPa，則計算單樁承載力Ra=237.8kN。

3.3.3 復合地基承載力特征值

fsp.k=Ra.m/Ap+？茁（1-m）fsk

式中：fsp.k-復合地基承載力特征值;fsk-樁間土承載力標準值（kPa），取50kPa;M-樁土置換率;Ap-樁體橫截面積（m2）;？茁-樁間土承載力拆減系數，取0.8;Ra-單樁豎向承載力（kN）;通過計算，復合地基承載力特征值為：fspk=130.6kPa。

3.3.4 沉降量計算

《公路軟土地基路堤設計與施工技術細則》（JTG/T D31-02-2013）中指出，在荷載作用下復合地基總沉降量s包含兩部分（褥墊層的變形量很小，可以忽略不計）：地基加固區(qū)沉降S1計算和加固區(qū)下臥層沉降S2，即s=S1+S2。

加固區(qū)壓縮量S1的計算方法有應力修正法、樁身壓縮法、復合模量法等，素混凝土樁復合地基處理深厚軟土地基設計時采用較為簡單易行的復合模量法計算，該方法將復合地基加固區(qū)中樁體和原地基土兩部分看作一個整體——復合土體，采用復合壓縮模量來表述復合土體的壓縮性，將加固區(qū)土層分成n層，采用分層總和法計算。加固區(qū)壓縮量S1為素混凝土樁復合地基處理深厚軟土地基設計時采用

（1）復合地基的加固區(qū)最終變形按下式計算：

S1式中：？駐pi-第i層土的平均附加應力增量;Li-第i層土的厚度;m-復合地基置換率;？追si-復合地基加固區(qū)復合土層壓縮變形量計算經驗系數，根據復合地基類型、地區(qū)實測資料及經驗確定，取值1.0;Espi-第i層復合土體的壓縮模量;Epi-第i層樁體的壓縮模量，取值Ep=83.4qu;Es-第i層樁間土的壓縮模量，可取天然地基壓縮模量;？駐p-樁頂附加應力（kPa），主要包括：道路行車荷載、道路結構層、路基土、褥墊層等荷載，取70kPa。

經過計算復合地基加固區(qū)的最終變形S1=46.3mm。

（2）復合地基加固區(qū)下臥層的沉降S2可按現行《建筑地基基礎設計規(guī)范》（GB 50007）的有關規(guī)定計算，采用各向同性均質線性變形體理論。其最終變形量可按下式進行計算。

式中：s-地基最終變形量（mm）;s′-按分層總和法計算出的地基變形量（mm）;？鬃s-沉降計算經驗系數;n-地基變形計算深度范圍內所劃分的圖層數;p0-相應于作用的準永久組合時基礎底面處的附加壓力（kPa）;Esi-基礎底面下第i層圖的壓縮模量（MPa）;zi、zi-1-基礎底面至第i層圖、第i-1層土底面的距離（m）;i、i-1-基礎底面計算點至第i層圖、第i-1層土底面范圍內平均附加應力系數，可按本規(guī)范附錄K采用。

根據規(guī)范中表5.3.5和附錄K，按照上述計算公式，可得下臥土層壓縮變形量S2=196.5mm。

（3）地基總沉降量計算

綜上所述，本項目復合地基加固區(qū)沉降量S1=46.3mm，下臥層的沉降量S2=196.5mm，則總沉降量為S=S1+S2=242.8mm<500mm。

4 結束語

素混凝土樁復合地基能較大地提供地基承載力，地基變形較小，施工工藝成熟，既方便又快捷，同時具有一定的成本優(yōu)勢。本文通過介紹素混凝土樁在珠海橫琴軟基處理的應用，以期為市政設計同行提供一些思路和方法。

參考文獻：

[1]交通部.公路路基設計規(guī)范.JTG D30-2015[S].人民交通出版社，2015.

[2]喻永華.公路中常用的軟基處理方法及其檢測[J].遼寧交通科技，2005（1）：4-6.

[3]高明軍，等.素混凝土樁復合地基在深厚軟土地基處理中的應用[J].河海大學學報（自然科學版），2008，36（1）：67-70.

[4]姜規(guī)模，等.素混凝土樁復合地基在西安地基處理工程中的應用[J].城市勘測，2008（1）：144-149.