載體樁對(duì)軟土地基沉降量控制效果的試驗(yàn)分析

于長(zhǎng)杰

(江陽建設(shè)集團(tuán)有限公司, 四川瀘州 646000)

隨著高速鐵路的發(fā)展，載體樁的應(yīng)用已經(jīng)從房層建設(shè)的地基處理擴(kuò)展到路基的軟基處理。有專家學(xué)者對(duì)其發(fā)明思路及其形式介紹過[1]，也有很多專家學(xué)者對(duì)加固機(jī)理及變形規(guī)律等方面進(jìn)行進(jìn)討論。陳洪運(yùn)等[2]根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)N63.5的試驗(yàn)結(jié)果分析得出樁端擴(kuò)大頭的擠土效應(yīng)明顯。閆雪峰等[3]對(duì)復(fù)合地基的設(shè)計(jì)與施工進(jìn)行了探討。周斌[4]根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)驗(yàn)證了載體樁在高速鐵路路基中的適用性，并總結(jié)了沉降特性。羅浩[5, 6]進(jìn)行了載體樁施工工藝等研究，并在試驗(yàn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行理論計(jì)算的研究。本文主要對(duì)有樁帽與無樁帽時(shí)的試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比對(duì)，得出樁帽對(duì)沉降量的大小、沉降量發(fā)生階段以及發(fā)生深度的影響。

1　試驗(yàn)段概況

某一試驗(yàn)段地質(zhì)縱斷面如圖1，自上而下主要地層情況為：勘探深度范圍內(nèi)地層為第四系全新統(tǒng)沖積層(Q4al)及第四系上更新統(tǒng)沖積層(Q3al)，局部為第四系全新統(tǒng)人工堆積層(Q4ml)。地面至地面下8.4 m主要粉質(zhì)黏土和黏土層，在8.4～12 m深度范圍內(nèi)有一層中密～密實(shí)的細(xì)砂層，其下主要為粉土、可塑粉質(zhì)黏土和黏土互層。試驗(yàn)段采用正方形布置的載體樁，分別選取有樁帽載體樁和無樁帽載體樁加固段進(jìn)行沉降觀測(cè)，每一段選擇兩個(gè)觀測(cè)斷過面(主斷面，附斷面)。試驗(yàn)段載體樁斷面加固情況及預(yù)壓土厚度見表1。

圖1　某試驗(yàn)段地層剖面

為了對(duì)各監(jiān)測(cè)斷面測(cè)點(diǎn)的沉降進(jìn)行觀測(cè)，并通過試驗(yàn)判定壓縮層厚度，采用了液位沉降計(jì)和單點(diǎn)沉降計(jì)的聯(lián)合監(jiān)測(cè)法。在復(fù)合地基的樁頂及樁間土埋設(shè)單點(diǎn)沉降計(jì)和液位沉降計(jì)，同時(shí)監(jiān)測(cè)單點(diǎn)沉降計(jì)錨頭與沉降盤之間土體的壓縮變形和該點(diǎn)處地基沉降。液位沉降計(jì)、單點(diǎn)沉降計(jì)平面布置詳見圖2。液位沉降計(jì)安裝在樁頂平面，它的平面位置和單點(diǎn)沉降計(jì)安裝深度見表2。

表1　試驗(yàn)斷面載體樁布置情況　m

(a)無帽斷面

(b)有帽斷面注：YW-代表液位計(jì)；DD代表單點(diǎn)沉降計(jì)，下同。圖2　載體樁各測(cè)試斷面液位沉降計(jì)、單點(diǎn)沉降計(jì)布置

表2　單點(diǎn)沉降計(jì)安裝深度和液位沉降計(jì)安裝位置　　m

2　監(jiān)測(cè)主要結(jié)果與分析

2.1　無帽載體樁

對(duì)于主斷面，液位沉降計(jì)監(jiān)測(cè)到的樁頂平面的沉降量及單點(diǎn)沉降計(jì)所測(cè)不同深度的壓縮量如圖3所示。

圖3　無帽載體樁主斷面荷載-時(shí)間-變形曲線

由圖3可知，監(jiān)測(cè)結(jié)束時(shí)，YW-3-2測(cè)得路基中心線附近樁頂?shù)某两盗繛?4.9 mm，樁間土實(shí)測(cè)最大沉降為99.6 mm，樁頂與樁間土沉降差約為5 mm，該沉降差即為載體樁的“上刺+下刺”量的總和。不同階段的實(shí)測(cè)值見表3。

根據(jù)表3的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，預(yù)壓土堆載開始后，地基沉降變形迅速發(fā)展；沉降主要發(fā)生在預(yù)壓靜置期間。沉降量從路基中心向兩邊呈減小趨勢(shì)，靠近中線位置沉降量達(dá)80 mm以上；路堤邊緣沉降量約為40 mm。預(yù)壓土靜置30 d時(shí)，累計(jì)發(fā)生的沉降量已經(jīng)占監(jiān)測(cè)結(jié)束時(shí)總沉降的75 %以上，其中預(yù)壓范圍內(nèi)已經(jīng)達(dá)到了85 %以上；卸載后，沉降變形增長(zhǎng)趨勢(shì)逐漸減緩，至監(jiān)測(cè)結(jié)束時(shí)，該試驗(yàn)斷面的沉降變形測(cè)值已穩(wěn)定。由DD-3-2監(jiān)測(cè)值可知加固區(qū)壓縮量8.3 mm；由YW-3-1和DD-3-1測(cè)得的數(shù)值知，距離樁頂面16 m以下土層的累計(jì)壓縮變形量為28 mm，占總沉降量的28.1 %。參考附斷面的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，距離樁頂面32 m以下土層的累計(jì)壓縮變形量為9.65 mm，為總沉降量的12.1 %。

表3　無帽斷面沉降變形監(jiān)測(cè)結(jié)果　mm

2.2　有帽載體樁

對(duì)于有樁帽的載體樁復(fù)合地基斷面，液位沉降計(jì)監(jiān)測(cè)到的樁頂平面的沉降量及單點(diǎn)沉降計(jì)所測(cè)不同深度的壓縮量隨著時(shí)間變化的曲線如圖4所示。由圖4知，隨著路堤的填筑沒降量增加較快，在靜置期時(shí)沉降趨于變緩。變形監(jiān)測(cè)結(jié)果數(shù)值詳見表4。

圖4　有帽載體樁主斷面沉降變形-荷載-時(shí)程曲線

由圖4可知，監(jiān)測(cè)結(jié)束時(shí)，YW-4-2測(cè)得路基中心線附近樁頂?shù)某两盗繛?5.49 mm，樁間土實(shí)測(cè)最大沉降為88.11 mm，樁頂與樁間土沉降差約為3 mm。不同階段的實(shí)測(cè)的具體數(shù)值見表4。

表4　有帽斷面沉降變形監(jiān)測(cè)結(jié)果　mm

由表4知，填筑階段累積沉降量為總沉降量的55 %以上；靜置30 d時(shí)累積沉降量為總沉降量的76 %以上。沉降主要發(fā)生在路堤填筑施工期間，并且上部荷載穩(wěn)定時(shí)，沉降已經(jīng)基本穩(wěn)定，并無進(jìn)一步發(fā)展趨勢(shì)。根據(jù)聯(lián)合單點(diǎn)沉降計(jì)DD-4-1及液位沉降計(jì)YW-4-1的測(cè)值可知，距離樁頂40 m以下深度土層的累計(jì)壓縮變形量為3.05 mm，僅為樁頂面到40 m深度范圍內(nèi)土層總的壓縮變形量的3.6 %；由單點(diǎn)沉降計(jì)DD-4-2得，本斷面復(fù)合地基加固區(qū)土體壓縮變形量為8.7 mm。由DD-4-3和YW-4-1知，樁頂平面以下30 m的壓縮量為16.6 mm約為總沉降量的18.9 %。顯然，與無樁帽時(shí)相比沉降量發(fā)生深度增加，并且沉降量發(fā)生的階段提前，樁身的刺入量減小。

3　結(jié)束語

根據(jù)對(duì)有樁帽和無樁帽載體樁復(fù)合地基沉降量的對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)：路基中心處沉降最大，且路基中心處>路肩處>坡腳處，樁間土的沉降大于樁頂?shù)某两担活A(yù)壓可以加速載體樁復(fù)合地基的固結(jié)沉降。無帽載體樁的基底面沉降主要發(fā)生在靜置預(yù)壓階段，有帽載體樁的沉降主要發(fā)生在填筑階段。有帽載體樁的刺入量小于無帽載體樁。有樁帽時(shí)沉降量發(fā)生深度大于無樁帽時(shí)的沉降量發(fā)生區(qū)域。