桩承式路堤沉降计算分析

2013-08-05张昕

黑龙江交通科技 2013年5期

关键词：卧层桩帽桩间

张昕

(佛山市盈科工程造价咨询事务有限公司)

1 桩承式路堤沉降计算

我们假设桩顶、桩帽以下的土体与桩间土之间是均布应力，则有桩帽下面的土体与桩间土接触面应力会相等，如公式(1)所示。

式中:p、pp和ps分别为复合地基、桩帽顶和桩间土上平均荷载集度;n、m 则表示为复合地基桩土的应力比和置换率。

桩顶承担的荷载为桩帽承担荷载扣除桩帽下土体承担的荷载

式中:P 表示桩顶所受的荷载;Ac和Ap则表示为桩帽的面积以及桩身面积。

2.1 桩间土沉降计算

桩帽以下的土体受力是明显比桩间土要小的，也是要滞后于桩间土的，桩间土沉降后会对桩帽下土体有负摩擦力作用，由力的相互作用，桩间土沉降同样也会受到限制。所以在进行土体计算时，不能忽略附加应力对于土体的影响，如果忽略而按照天然地基进行计算会导致计算结果偏大。而对于下卧层，桩体会将上部荷载传递为摩擦力和桩端力作用于土体上面，桩间土下卧层所受到的附加应力是比较小的，所以下卧层的附加应力计算不需要考虑群桩与桩间土之间的相互作用。概括而言，如果不考虑桩帽下土体和桩的相互作用所进行的桩间土沉降计算结果是偏大一些的。

2.2 桩顶沉降计算

桩顶沉降主要包括三方面的计算:桩端下卧层沉降、桩端刺入量和桩身压缩量。在对下卧层进行沉降计算时，需要考虑群桩与桩间土之间相互作用所产生附加应力，按照土层法计算各土层沉降最后相加得出总的沉降值。

下刺量指的是桩端塑性滑移后所发生的刺入变形量。这个问题目前还是一个技术难题，没有计算公式可以借鉴。文献中叙述到可以采用产生单桩极限承载力所需要的桩土间产生的相对位移量当成刚性桩贯入量，一般取值50 ～70 mm。复合地基桩、土都会产生沉降，在这个过程中，土拱效应、加筋垫层等等因素都会使得桩、土受力发生变化，桩所承受的荷载会更大，随着下刺量的变小，整个复合地基也会变得稳定起来。在此，作者认为复合地基达到稳定状态后，桩土之间的沉降差是很小的，因此我们可以根据桩土沉降差来计算桩端下刺量。

我们通过假设桩身摩擦力分布就能得出桩身轴力函数，从而计算出桩身的弹性压缩量为

式中:p(l)为桩身轴力随深度的变化函数;P 为桩顶荷载，α、β 分别为沿深度矩形分布和三角形分布的桩侧摩阻力占桩顶总荷载P 的百分比;L、EP、AP分别为桩长、桩身材料模量和截面面积。

桩顶沉降为

式中:SP、S下、Δ下和SL分别为桩顶沉降、桩端下卧层沉降、桩端刺入量和桩身压缩量。

2.3 桩顶上刺量计算

由于垫层在铺设时是充分碾压的，不考虑它的压缩性，则由于垫层流动补偿作用产生的路堤沉降可根据体积守衡得到

式中:r1、r2为桩帽半径和单桩控制半径;SP，SS分别为桩顶和桩间土沉降。

2.4 复合地基沉降

复合地基起到加固土体作用，主要是因为刚性桩有效控制了地基的沉积，考虑到桩间土沉降是比较大，因此复合地基沉降的计算主要以桩顶沉降、上刺量这两项。

式中:S 为复合地基沉降，SP为桩顶沉降，Δ上为桩顶上刺量。

3 工程实例分析

东莞市虎门港立沙岛一期市政道路工程一标的两桥头路段采用了新型桩基技术Y 形桩处理，并进行了现场试验研究。下面结合现场试验结果对K4 +989 ～K5 +019 的Y4断面进行分析。Y 形桩布桩采用桩距和桩长分别为2.7 m和13.5 m，桩身截面积0.191 m2，桩帽直径1.4 m，正三角形布桩，处理宽度50.6 m，长度30 m，土层参数见表1。

表1 Y4 断面土层物理力学参数表

填土荷载为106.56 kPa，桩土应力比取实测值11.59，土体泊松比取0.4，桩身弹性模量为2.80×104MPa。其他参数可通过计算得到:复合地基置换率(桩帽)为24.4%;桩帽顶平均应力为344.89 kPa，土体表面应力29.76 kPa;桩身承担荷载为490.55 kN。根据现场资料桩身摩阻力分布做一定简化假定为三角形分布，桩顶荷载占总荷载为5%。计算结果与现场实测值见表2。

从表2 中我们可以看到，理论值与实测值基本是吻合的。通常情况下，公路中间部分沉降较路面两侧是要大的，整个沉降曲线是一条盆状形状，此外桩基顶部的沉积较中间土体要小。表2 中计算沉降值指的是路面总的沉降值，而实测沉降值则指的是采用桩承式加筋路堤软基处理技术后在一段时间后所测得的实际沉降值，随着时间的推移，实测值还会继续变大的，由此可以看出实测值与理论值是相互吻合的，理论计算方法是合理的。