路堤下混凝土桩复合地基沉降监测与分析.pdf

岩土工程界第 12卷第 3期检测与分析 收稿日期5 路 堤 下 混 凝 土 桩 复 合 地 基 沉 降 监 测 与 分 析 吴壮佳 1 徐小庆 2 刘吉福 2, 3 ( 1 . 广东省公路建设有限公司广州5106002. 广东省航盛建设集团有限公司广州511442 3. 华南理工大学建筑学院广州510640) 摘要对某高速公路沉管灌注法施工的素混凝土桩复合地基在路基填筑和预压期的表面沉降进行了监 测, 对监测结果进行了分析和评价, 探讨了复合地基沉降偏大的原因, 对路堤下混凝土桩复合地 基设计和施工提出了建议。 关键词高速公路混凝土桩复合地基沉降 随着公路和铁路建设速度的加快、 软基处理深 度的加大、 路堤填土高度的增加、 工后沉降要求的提 高 (特别是无渣轨道铁路 ), 各种混凝土桩复合地基 越来越多地用于路堤下软基处理工程中。为了尽量 发挥桩的作用, 混凝土桩桩顶通常设置托板 (图 1), 有时同时设置加筋材料。大部分采用混凝土桩复合 地基的路基沉降量不大, 地基处理效果较好 1 7。 图 1路堤下复合地基示意图 某高速公路对存在深厚软基的路基部分大规模 地采用了素混凝土桩复合地基。目前该高速公路已 建成通车, 从施工及预压期的实测沉降来看, 大部分 素混凝土桩复合地基路段能有效提高地基承载力和 减小地基变形, 但局部路段沉降明显偏大。 1 工程概况 本绕城高速公路地处珠江三角洲平原微丘区, 地形较平坦, 鱼塘密布, 河流水网发达。全线软基路 段约 20 km , 其空间分布具有明显的不均匀性, 主要 分布在 1 9标, 其中以 4 、 8 、 9标的软土性质相对较 差。软土厚度变化范围在 3 22 m之间, 主要以淤 泥和淤泥质土为主, 呈软塑 - 流塑状, 十字板强度为 15. 9 kPa左右, 比贯入阻力平均值为 0 . 3 MPa , 平均 含水率为 55%, 平均孔隙比为5 , 平均压缩系 数 1 . 18MPa - 1。 对路基填土高、 软土性质差的路段采用袋装砂 井 + 素混凝土桩处理。袋装砂井直径 7 c m, 间距 1 . 4 m , 等边三角形布置; 素混凝土桩直径 0 . 4m, 混 凝土强度为 C12 , 桩间距 2. 2 m, 正方形布置。桩底 进土软粘土以下的相对硬土层 2 m。桩顶设置 0 . 7 m 直径、 0 . 3 m厚的托板, 混凝土强度为 C12 。 为了充分发挥桩体的作用, 托板上方铺设 1 2层土 工格栅。先施工袋装砂井再施工素混凝土桩, 素混 凝土桩采用沉管灌注法施工。 2沉降情况 在素混凝土桩复合地基处理路段选取了部分有 代表性的断面进行沉降观测 (表 1)。沉降监测采用 设置在桩顶平面的表面沉降板进行监测。对个别断 面设置了分层沉降 8。 表 1部分监测断面统计表 断面号软土厚度 /m填土高度 /m处理深度 /m 1* 9 . 36 . 5212 . 3 263 . 417. 1 354 . 085. 9 484 . 4114 . 4 5*7 . 86 . 3915 . 3 695 . 115 . 8 796 . 3614 87 . 55 . 216 . 8 9* 11 . 95 . 2217 . 5 1011 . 55 . 317 . 5 119 . 55 . 917 12 * 8 . 96 . 4417 137 . 8617 . 5 1413 . 96 . 420 15 * 13 . 95 . 5220 16145 . 5421 1716 . 14 . 518 6 122008- 07- 2 . 21 .2 7 检测与分析GEOTECHNI CAL ENG I NEER I NG WORLDVo.l 12No . 3 表 1中断面编号加* 者为重点监测断面, 分别 在路基的左右侧路肩以及路基中线位置的桩顶和桩 间土埋设了表面沉降板; 其他断面为普通监测断面, 仅在路基的左右侧路肩以及路基中线位置的桩间土 上埋设了表面沉降板。 高速公路通车前, 上述各个监测断面的表面沉 降见表 2 , 重点监测断面的时间 - 荷载 - 沉降曲线 见图 2 。表 2中 / /0后面的数值为桩顶沉降。从表 2 可知, 17个断面中有 11个断面的累计沉降量超过 0 . 5m, 3个断面的累计沉降超过 1 . 0m, 与采用混凝 土桩复合地基的其他高速公路相比沉降量偏大。与 表 1对比发现, 总体而言, 软土性质差、 填土高度大、 软土厚度大的断面桩间土沉降较大。从几个重点断 面的沉降数据看, 桩顶沉降普遍在 10 40cm范围 内, 分层沉降测试结果表明混凝土桩底发生了一定 数量的刺入变形 8。 15号断面桩顶沉降较大。对 素混凝土桩抽芯检验表明桩底面以下仍然存在软土 层。因此, 该断面混凝土桩桩底向下卧软土层发生 了较大的刺入变形。相同位置处桩土沉降差较大, 超过 0 . 5m(15号断面桩底刺入变形较大, 桩土沉降 差为 0 . 2m左右 )。说明混凝土桩复合地基桩土协 调变形性能较差, 桩顶刺入沉降土方内, 桩身上部一 定范围内存在负摩擦力。 表 2各个监测断面表面沉降统计表 断面号 表面沉降 /mm 左中右 1*601 /111950/169828/479 2254221253 3403390421 4641755640 5*854 /303994/369622/365 6632557475 713901261599 8302238327 9* 312 /194479/187512/295 10235256334 11242468447 12* 366 /153381/123455/158 13536415504 14611666727 15*1190 /9421325/1081972/794 169821410933 17612892648 表 3是各断面施工期及预压期内沉降占总沉降 量百分比的统计, 从表中可以看到, 填土期的沉降约 占总沉降的 3 % %, 预压期内发生的沉降占总 沉降的% 63 % 。结合图可以看出路基填筑 期间, 沉降荷载时间曲线近似呈直线发展, 斜率 较陡; 进入预压期后, 随着沉降速率的收敛, 沉降 - 荷载 - 时间曲线的变得相对平缓。虽然复合地基的 大部分沉降发生在填土过程期间, 即填土完毕后仍 不少沉降产生, 且沉降收敛缓慢, 需要较长的预压时 间来消除工后沉降。 表 3桩间土施工期与预压期沉降量对比 断面号 沉降 /mm沉降比例 /% 施工期预压期施工期预压期 1* 7601908020 2821393763 32211695743 44353205842 5*7482467525 62932645347 710272348119 81611415347 9* 2432365149 101781565347 111902784159 12 * 2311506139 132492874654 14655729010 15 * 8574686535 168995116456 174274654852 注: 表中 /后面数值为 /前沉降占总沉降的比 3沉降偏大原因分析 与其他采用混凝土桩复合地基比较成功的工程 对比分析, 本工程沉降偏大的原因可能有: ( 1) 托板弱小: 广东地区其他工程托板直径或 边长普遍大于 1m, 强度高且配筋, 而本工程托板直 径只有 0 . 7m, 强度低且不配筋, 易于断裂。文献 5 理论分析表明托板之间净间距的大小会对桩土应力 比、 桩土荷载比产生较大的影响。 ( 2) 沉管灌注素混凝土桩深度不足: 广东采用 混凝土桩复合地基较成功的多是预制桩, 预制桩多 J P采用较严格的收锤标准控制桩长, 能保证桩端进 入压缩性很小的硬土层。沉管灌注混凝土桩相对预 制桩具有贯入深度小的缺点。如果桩端土压缩性 强, 则混凝土桩难以较好地发挥减少沉降的作用。 ( 3) 与排水固结法联合应用: 不少工程混凝土 桩单独应用 4, 7, 桩间土固结慢, 填土和预压期间沉 降量少。从这个角度看, 施工期较大的沉降不一定 是坏事。 有人提出沉管灌注法施工素混凝土桩时, 挤土 效应导致的断桩率较高是导致沉降偏大的原因。但 是对断桩开挖表明, 断桩主要是地面隆起降桩拔断, 而不是挤压或剪切断裂, 对承受竖向荷载为主的复 合地基而言影响不大。具有大量裂缝的搅拌桩就说 明了这一点。 6 790 102 - 8 岩土工程界第 12卷第 3期检测与分析 图 2典型断面沉降 - 荷载 - 时间曲线图 4 结语 ( 1) 路堤下混凝土复合地基应精心设计和施 工, 否则也可能产生较大的沉降。 ( 2) 为避免出现过大的沉降, 路堤下混凝土桩复 合地基应采用较大的托板, 桩端应进入压缩性很小的 地层。 ( 3) 路堤下混凝土桩复合地基桩间土沉降大于 桩顶沉降, 桩身上部一定范围内承受负摩擦。 (4) 为了减少工后沉降, 路堤下混凝土复合地 基也需要一定的预压时间。 参考文献 饶为国 桩网复合地基原理及实践 M北京 中国水利水电 出版社,66 2夏元友, 芮瑞. 刚性桩加固软土路堤竖向土拱效应的试验分 析 J. 岩土工程学报,2006 , 28(3): 325 330 . 3徐林荣, 牛建东, 吕大伟, 等. 软基路堤桩 - 网复合地基试验研 究 J . 岩土力学,2007, 28( 10): 2149 2155. 4徐立新, 杨少华, 段冰. 高速公路 Y形沉管灌注桩软基处理 试验研究 J. 岩土工程学报,2007 , 29(1): 120 124 . 5吴燕开, 方磊, 李新伟. 预应力管桩联合塑料排水板加固软 土地基技术探讨 J.岩石力学与工程学报,2006 , 25( S2): 3572 3576 . 6陈俊生, 唐彤芝, 赵维炳, 等. 混凝土芯砂石桩复合地基现场试 验研究 J. 岩土工程学报,2007 , 29(7): 957 962 . 7曹卫平, 凌道盛, 陈云敏. 刚性桩加固高速公路软基图拱效应 现场试验研究及其与解析解的比较 J.岩土工程学报, 2007, 29( 10): 1577 1581. 刘吉福路堤下复合地基三等沉区模型岩土力学, (增刊)6 6 1.: 2004. 1174. 8./0.2007 28: 79802 . 9