淺談復合地基及剛性樁在道路工程設計中的應用

蘇晨

（福州市規劃設計研究院，福建 福州 350100）

道路工程中路基設計方案對道路質量起著至關重要的影響。軟土地基處理是路基設計中的一個重要組成部分。因此，設計階段應合理選擇軟基處理方案，改良地基土特性，穩定地基，減少工后沉降。從而達到保障人們出行安全，提升工程社會效益的作用。

1 常用復合地基及剛性樁處理方法[1]

軟土地基可分為地面上處理、地面下淺層處理、地面下深層處理。地面下深層處理分為動力擠密與置換法、固結排水法、復合地基法、剛性樁法。本文介紹了復合地基及剛性樁在工程實例中的應用。其優缺點及使用范圍詳見《軟土地基常用處理方法及適用范圍一覽表》。

軟土地基常用處理方法及適用范圍一覽表

2 理論計算分析[2]

復合地基設計應滿足建筑物承載力和變形要求。復合地基承載力特征值應通過現場復合地基載荷試驗確定，或采用增強體的載荷試驗結果

和周邊土的承載力特征值根據經驗確定[3]，具體設計計算可以采用建模計算或規范理論計算確定：

計算模型示意圖

2.1 擠密碎石樁

擠密碎石樁作為散體材料增強體采用如下公式計算復合地基承載力：

式中：

fspk——復合地基承載力特征值（kPa）；

fak——天然地基承載力特征值（kPa）；

α——樁間土承載力提高系數，應按靜載荷試驗確定；

n——復合地基樁土應力比，在無實測資料時，可取1.5～2.5，原土強度低取大值，原土強度高取小值；

m——復合地基置換率。

2.2 水泥攪拌樁

水泥土攪拌樁復合地基的承載力特征值應通過現場單樁或多樁復合地基荷載試驗確定，其理論計算可按《建筑地基處理技術規范》有粘結強度樁進行計算（式2-3）。

但與其他粘結性樁不同的是，其單樁豎向承載力特征值除按式(2-4)估算外，還應同時滿足下式要求，即使由樁身材料強度確定的單樁承載力大于(或等于)由樁周土和樁端土的抗力所提供的單樁承載力：

式中：

fcu——與攪拌樁樁身水泥土配比相同的室內加固土試塊(邊長為70.7mm 的立方體，也可采用邊長為50mm 的立方體)在標準養護條件下90d 齡期的立方體抗壓強度平均值(kPa)；單頭、雙頭攪拌樁不宜小于1MPa；型鋼水泥土攪拌樁不宜小于0.8MPa；

η——樁身強度折減系數，干法可取0.20～0.30；濕法可取0.25～0.33；

2.3 CFG 樁

CFG 樁按有粘結強度樁體根據《建筑地基處理技術規范》計算復合地基承載力：

式中:

fspk——復合地基承載力特征值(kPa)；

λ——單樁承載力發揮系數，宜按當地經驗取值，無經驗時可取0.7～0.90；

m——面積置換率；

Ra——單樁承載力特征值(kN)；

Ap——樁的截面積(m2)；

β——樁間土承載力發揮系數，按當地經驗取值，無經驗時可取0.9～1.00；

fsk——處理后樁間土承載力特征值(kPa)，應按靜載荷試驗確定；無試驗資料時可取天然地基承載力特征值。

其中單樁承載力Ra 按下式計算，并應滿足式（2-3）要求：

式中：

up——樁的周長(m)；

n——樁長范圍內所劃分的土層數；

qsi——樁周第i 層土的側阻力特征值，應按地區經驗確定。

li——樁長范圍內第i 層土的厚度(m)；

qp——樁端土端阻力特征值(kPa)；

同時CFG 樁樁身強度還應滿足下式要求：

式中：

fcu——樁體試塊（邊長150mm 立方體）標準養護28d 的立方體抗壓強度平均值（kPa）;

2.4 薄壁管樁

管樁承載力計算根據《建筑樁基技術規范》式 計算：

式中：

qsi——樁的極限側阻力標準；

qpk——極限樁端阻力標準值；

λp--樁端土塞效應系數；

對于管樁復合地基承載力規范沒有明確規定，工程上一般按《建筑地基處理技術規范》中有粘結強度樁體復合地基承載力計算（式2-3）。

3 工程設計案例分析

某項目位于沿海地區，根據地質資料表明，多為海積和陸地河水沖積形成的淤泥質軟弱地基土。主路等級為一級公路兼城市主干道，設計速度80km/h；輔路等級為二級公路兼城市次干道，設計速度40km/h。

3.1 該項目軟基處理設計原則

通過調查及沿線軟土分布特征及軟土性質，結合軟土厚度、路基填土高度、工期、工程造價、對路側環境的影響等指標進行軟基處理方案比選，在確保不留下質量隱患的前提下，確定軟基處理原則，見下表。軟基處理原則

填土高度 軟土厚度 地質描述 采用樁型 備注設置樁頂聯系梁及級配碎石砂加筋褥墊層50cm 2.5 米＜h＜5 米12 米＜軟土厚度＜25 米 淤泥、淤泥質土等h≥5 米 軟土厚度≥25 米淤泥、淤泥質土等 薄壁管樁水泥粉煤灰碎石樁（CFG 樁）樁頂設置級配碎石砂加筋褥墊層50cm h≤2.5 米 軟土厚度＜12 米淤泥、淤泥質土等水泥攪拌樁樁頂設置級配碎石砂加筋褥墊層50cm——松散砂土、粉土、粘性土、素填土、雜填土等地基擠密碎石樁樁頂設置級配碎石砂加筋褥墊層50cm

3.2 軟基處理設計方案

段落1：平均填土高度約3.1 米，地質類別從上至下依次為耕植土、淤泥④、（泥質）中砂⑤、淤泥夾砂⑤、淤泥質土⑦，樁端持力層為粉質粘土⑨。采用CFG樁進行處理，樁徑為0.5 米，樁間距為1.5 米，正方形布置，平均樁長22.1 米。

段落2：平均填土高度約4.9 米，地質類別從上至下依次為雜填土、粉質粘土、淤泥質土④、含泥（粉砂）⑤、淤泥質土⑦、粉質粘土⑨、淤泥質土⑩，樁端持力層為粉質粘土?。采用薄壁管樁進行處理，樁徑為0.5 米，樁間距為2.0 米，正方形布置，平均樁長33 米。

段落3：平均填土高度約1.5 米，地質類別從上至下為淤泥④，樁端持力層為粉質粘土⑥。采用水泥攪拌樁進行處理，樁徑為0.5 米，樁間距為1.5 米，三角形布置，平均樁長8.7 米。

段落4：平均填土高度約2.2 米，地質類型從上至下依次為雜填土、（含泥）中細砂②、粉質黏土③、淤泥④，樁端持力層為（泥質）中砂⑤。采用擠密碎石樁進行處理，樁徑為0.5 米，樁間距為1.3 米，三角形布置，平均樁長15 米。

3.3 對該項目軟基處理方案的思考

1、路基填高較高（該項目擬定超過5 米）的路段，考慮到可能施工階段未按設計要求，填土速率過快，從而導致路基失穩滑移等風險，設計階段在該路段設置樁頂聯系梁，使樁形成整體受力，路基更為穩定，降低工程潛在風險。

2、因樁長超過25 米的CFG 樁往往存在成樁質量難以保證、施工時過高的樁架市場數量偏少且重心過高存在施工安全隱患，該項目軟土埋深超過25 米路段采用管樁，而不采用CFG 樁。

3、為確保土拱的形成，充分發揮土拱效應，避免樁（帽）土頂面的差異沉降反射到路面而形成蘑菇狀高低起伏的現象[1]，該項目填土較薄（擬定填土高度h≤2.5 米）路段（全部分布于輔路），采用水泥攪拌樁地基處理，處理深度為12 米，而不采用剛性樁地基處理。

4、相鄰路段地質條件接近的盡量采用相同的樁間距，以方便施工。

4 結語

綜上所述，軟基處理方案的確定應綜合考慮路基填土高度、軟土厚度、可行性、經濟性等多方面因素進行多方案比選，并吸取其他類似項目經驗教訓，以指導設計階段的軟基處理方案。