CM长短桩处理山区高速公路深层软基应用研究

2015-05-11陈华兴

黑龙江交通科技 2015年9期

关键词：力层土样刚性

陈华兴

(贵州省交通规划勘察设计研究院股份有限公司)

CM长短桩处理山区高速公路深层软基应用研究

陈华兴

(贵州省交通规划勘察设计研究院股份有限公司)

应用CM长短桩复合地基的工作原理和设计理论，以毕节至都格高速公路大海子段(K170+400～K171+450)深层软基处理工程为依托，研究山区高速公路深层软基长短桩处治技术的应用。

长短桩；复合地基处理；深层软基

1 研究意义

对于浅层软土(H≤3 m)而言，处治方法简单，采用常规换填处理即可；对于较深软土(3 m10 m)，受工程投资、地质条件的制约，处治方法很难把握，该类软基工后沉降对路基路面的危害极大，目前没有一套成熟的地基处治技术，很多路段已经出现不同程度的病害。

对深层软土地基的应力传播和工后沉降变化规律进行研究，对深层软土路基工后沉降计算分析的基本理论和方法，特别是使用严格控制工后沉降要求下深层软土路基处理的CM长短桩治理方法的加固机理、施工工艺、设计方法、加固效果等进行系统研究，对促进贵州山区深层软土路基处理技术的发展具有重要意义。

2 项目概述

本项目依托拟建中的毕节至都格高速公路是《国家高速公路网规划》(7918网)中第12横杭州至瑞丽高速公路在贵州境的重要组成部分。其中大海子段(K170+400～K171+450)软土路基全长1 050 m，据钻探结果显示，路段内软基最厚达15 m。雨季丰富的地表水和地表径流对地下水进行不间断补给的同时又因路段区地势低洼、地下水排泄不畅，从而导致下伏土体长期处于饱水状态呈软塑状，形成软土地基，强度极低，场区路基基础稳定性差，软土深度不均一般为3～12 m，最大深度达15 m，处理规模达20 000 m2，为贵州山区典型软土路段。

在现场采集该路段淤泥质软土土样，在室内试验土样的物理力学性质指标，土样为残坡积层(Qel+dl)淤泥质软土：褐黑～黑色，软塑状，厚2.0～15 m。主要分布于大海子段谷部。土样物理力学性质试验结果见表1。

结合图表可以看出：该段路基土质较差，含水率较高，强度较低，是典型的深层软土路基。

3 作用原理

现有的复合地基理论中，大都以刚性基础为前提，没有考虑基础刚度的影响，即复合地基的研究对象多为刚性荷载。路堤、堤坝等构筑物下的复合地基将其定义为柔性基础下的复合地基，这类复合地基在受力后的变形和强度性状与刚性基础下复合地基相比有较大的差异，与刚性基础下的复合地基相比，其理论不甚完善，现场试验研究也相对较少。

CM长短桩复合地基技术是近几年才发展起来的一种新型地基处理方式，多用于民用建筑，相对在高等级公路中的应用较少。

表1 土样物理力学性质试验结果统计表

以往采用短桩处理软土路基时，当短桩持力层下仍有软弱下卧层时，虽然承载力满足要求，但实际结果并不理想，甚至仍会造成较大的工后沉降。这是由于在承受较大荷载时，软弱下卧层被挤压沉降造成的。加大桩长穿过软弱下卧层的做法虽然可以解决这一问题，但却增加了建设成本，同时也浪费了浅层持力层的承载作用。

CM长短桩复合地基很好地解决了这一系列问题：长桩可以穿过软弱下卧层，达到控制沉降的目的，而短桩则可以利用浅层持力层的承载力，同时又大大的节约了建设成本。

图1 CM长短桩复合地基处理方案图

图1示意了CM长短桩复合地基的作用机理。在长短桩复合地基中，长桩与短桩间隔设置，通过长桩不仅能够提高地基承载力，更重要的是可将荷载通过桩身向地基深处传递，减少压缩层变形；而设置短桩的目的主要有以下两方面：可提高基底软弱土层的承载力，消除软弱土层引起的不均匀沉降。

因此该类符合地基对长桩桩体强度要求较高，多采用刚性桩(如CFG桩、钢筋砼桩、钢桩、预应力管桩等)，短桩可采用柔性桩(如水泥土搅拌桩、碎石桩)与长桩间隔设置形成长短桩复合地基；当基底以下存在上下两层较为理想的桩端持力层时，采用长桩和短桩相结合的方案，将长桩、短桩桩端分别落在上、下两层桩端持力层上，充分发挥上、下两层桩端持力层的特性，利用短桩提高复合地基的承载力，通过长桩减小变形。以此达到设计要求，既节省工作量，又提高了经济效益。

对山区软土而言，由于其分布的不均匀性，尤其是场地的变化、软土厚度的不同造成路堤填方易产生失稳，长短桩中的长桩一般为刚性或半刚性材料，有一定的抗剪挤密作用，短桩一般为粒料桩，具有排水挤密的作用机理。长桩深入较厚土层，可将路基填方荷载传至深层，提高地基的承载力，两种桩型的交叉使用可达到提高地基强度、增强路基稳定性、减少沉降的综合处治效果。