褥墊層對軟土路基加固土樁復合地基的影響

戴建智

漳州市城市規劃設計研究院（363000）

褥墊層對軟土路基加固土樁復合地基的影響

戴建智

漳州市城市規劃設計研究院（363000）

以福建省龍海市紫云西路軟土路基處理工程為例，總結了褥墊層對城市道路軟土路基加固土樁復合地基的影響，希望通過此次經驗交流，為我國城市道路設計人員帶來一些有價值的幫助。

軟土路基；加固土樁；褥墊層

0 引言

加固土樁復合地基指在承載力不足的天然地基上，通過攪拌機械將地基局部的某一深度、某一范圍內的軟土通過加固材料改良形成加固樁體，使地基由處理前的軟土地基單獨承擔豎向荷載變成加固樁體與樁間土體共同承擔豎向荷載，以提高地基承載力。在加固土樁復合地基時，對加固樁體與樁間土體能共同承擔豎向荷載起到關鍵作用的是褥墊層。

1 褥墊層的作用

復合地基褥墊層是長期工程實踐總結出來的技術,在加固地基頂面設置一層碎石或砂礫層,并在其中設置土工格柵形成加筋墊層，以增大墊層的整體性和連續性，起到類似承臺的作用的柔性層，使上部荷載通過較為均勻地傳遞到下部的樁和土體上。褥墊層在復合地基中主要起到以下作用：

1）保證樁與樁間土共同承擔荷載

復合地基與樁基礎的一個根本區別是樁、土是否共同承擔荷載。樁的彈性模量遠大于樁間土的彈性模量。如果不設褥墊層，當樁端位于堅硬土層、地基受荷載時樁頂沉降變形很小，絕大部分荷載由樁承擔，樁間土的承載力很難發揮，在垂直荷載作用下的承載特性和樁基差不多。如果在樁頂設置一定厚度的褥墊層，樁在承受較大應力時，可往褥墊層刺入，褥墊層材料可調整補充到樁間土上，荷載通過褥墊層向樁間土擴散,樁間土承載力發揮系數得到提高。

2）調整樁土應力比

復合地基的樁土豎向荷載分擔比通過樁土應力比來體現。褥墊層可以根據需要人為地調整樁土應力比。樁土應力比調整由褥墊層的厚度及粒徑大小決定，隨著褥墊層厚度的增加，樁土應力比相應減小。相同的褥墊層厚度，粒徑越小，樁土應力比越小。結合褥墊層的調節特性，設計時可根據樁與樁間土的特性，設置合適的褥墊層，充分發揮樁間土的承載力。

3）均勻地基應力，減少地基差異沉降

褥墊層可以調整樁土荷載承擔比例，設計時通過調整褥墊層厚度，可以均勻地基應力，協調地基變形。設置褥墊層時，樁在承受較大的應力時，可往褥墊層刺入,褥墊層材料可調整補充到樁間土上，減小樁與樁間土的差異沉降[1]。

4）減少樁體破壞

如果不設褥墊層，樁受豎向荷載時，樁對基礎產生較大的應力集中，容易對基礎產生沖切破壞，甚至造成樁頭損壞。如果設置褥墊層，樁對基礎應力集中相應減少，從而減少樁體沖切破壞及樁頭擠壓破壞的危險。

如果路基受水平荷載較大，沒有褥墊層時，水平傳力方式為接觸傳力，基底水平荷載幾乎全部由樁承擔，容易造成樁體剪切破壞。當設置褥墊層后，水平傳力方式改為摩擦傳力，褥墊層的相對滑動可有效減弱水平力，增大樁間土的承載比例，減少樁體所受的水平力和剪切破壞。

5）影響工程造價

褥墊層不是越厚越好，過厚的褥墊層會增加工程造價。合理地布置褥墊層，能協調樁土應力比，提高樁間土的承載力發揮系數，增大單樁加固面積，降低樁的排列密度，從而減少工程造價。

6）排水隔水作用

褥墊層一般為透水層,與道路排水系統相連，能有效隔離地下水與毛細水對上部路基的影響，保證上部路基干燥。

2 褥墊層對紫云西路復合地基的影響

2.1 紫云西路概況

1）工程概況

紫云西路為龍海市東西走向的城市次干路，長0.892 km，道路紅線寬度30 m，建道路全線均為填方，路基填筑高度為1.5～2.5 m，沿線土層分述見表1。

表1 沿線土層分述

攪拌樁加固劑采用42.5號普通硅酸鹽水泥。根據項目區域經驗，設計時暫按攪拌樁每延米樁長水泥摻入量94 kg，與樁體混凝土配比相同的90 d齡期立方體抗壓強度不小于1.9 MPa，并要求施工前對項目混凝土配比進行試驗，根據強度要求調整水泥用量。由樁身材料強度確定的單樁豎向承載力為：

攪拌樁單樁承載力特征值，應在樁周土和樁端土的阻力所提供的單樁豎向承載力特征值和樁身材料強度確定的單樁豎向承載力兩者中取最小值，所以RK=134.4 kN。

2.2 褥墊層對攪拌樁密度的影響

復合地基承載力特征值驗算時，樁間土承載力發揮系數β在加固土層為淤泥等固結度較差土層時取0.1～0.4，其他土層可取0.4～0.8。本項目加固土

淤泥層承載力低，具有孔隙比大、強度低、易變形、高壓縮性等特點，不能滿足路基承載力及沉降要求，因此路基設計采用水泥攪拌樁復合地基處理，以滿足承載力不小于100 kPa、一般路段工后沉降＜0.3 m的要求[2]。攪拌樁樁徑600 mm，樁底進入持力層（細砂）不小于50 cm，樁周長度S=1.885 m，樁身截面積Ap=0.283 m2。

2）單樁豎向承載力特征值計算

樁周土和樁端土的阻力所提供的單樁豎向承載力特征值，取樁長較短且淤泥較厚的最不利處進行計算。該處素填土整平清除，樁長最短為12.0 m，該處樁間土分布為，淤泥層11.5 m、細砂層0.5 m，單樁豎向承載力特征值為：層為淤泥，β取0.1～0.4。λ為單樁承載力發揮系數，取1.0。fs為處理后的樁間土承載力特征值，按天然承載力特征值選取。

不設置褥墊層時，β取小值，計算時取0.1。攪拌樁按等邊三角形布置，間距1.25 m×1.25 m,面積置換率m=0.209。

設置褥墊層時，β可取高值，計算時取0.3。攪拌樁按等邊三角形布置，間距1.3 m×1.3 m,面積置換率m=0.193。

可以看出，項目不設置褥墊層時攪拌樁按等邊三角形間距1.25 m×1.25 m與設置褥墊層時按等邊三角形間距1.3 m×1.3 m承載力相近，滿足100 MPa的要求。由于路基下臥層承載力為140 kPa，己大于路基加固后承栽力，故下臥強度滿足要求。

2.3 褥墊層對工程造價的影響

該項目攪拌樁長12 m，600 mm樁徑造價為65元/m，填土方造價為36元/m3。考慮到當地砂的造價為120元/m3，碎石的造價為70元/m3，設計時樁頂50 cm的褥墊層采用碎石。并在碎石墊層中設置一層雙向土工格柵，造價為15元/m2。

復合地基造價：

不設置褥墊造價=0.5×36(土)+65×12×0.209/ 0.283（樁）=594.0元/m2

設置褥墊層造價=0.5×70(碎石)+15(格柵)+65× 12×0.193/0.283（樁）=581.9元/m2

項目復合地基造價設置褥墊層比不設置褥墊層節省12.1元/m2。

3 結語

設計是施工的指導及依據，關系到工程質量的好壞。為軟土路基加固土樁復合地基設計合理的褥墊層，不緊能減少路基差異沉降，提高工程質量，還能降低工程造價。目前龍海市紫云西路行車道已通車一年多，未發現明顯的路基變形或不均勻沉降等情況。

[1]王鳳池,朱浮聲,王述紅,董天文.復合地基的褥墊層設計[J].東北大學學報(自然科學版).2004(3)：26-27.

[2]董道洋.CFG樁復合地基褥墊層設計的重要性[J].巖土工程界,2004(1)：10-11.