载体桩对软土地基沉降量控制效果的试验分析

于长杰

(江阳建设集团有限公司, 四川泸州 646000)

随着高速铁路的发展，载体桩的应用已经从房层建设的地基处理扩展到路基的软基处理。有专家学者对其发明思路及其形式介绍过[1]，也有很多专家学者对加固机理及变形规律等方面进行进讨论。陈洪运等[2]根据现场N63.5的试验结果分析得出桩端扩大头的挤土效应明显。闫雪峰等[3]对复合地基的设计与施工进行了探讨。周斌[4]根据现场试验验证了载体桩在高速铁路路基中的适用性，并总结了沉降特性。罗浩[5, 6]进行了载体桩施工工艺等研究，并在试验的基础上进行理论计算的研究。本文主要对有桩帽与无桩帽时的试验结果进行比对，得出桩帽对沉降量的大小、沉降量发生阶段以及发生深度的影响。

1　试验段概况

某一试验段地质纵断面如图1，自上而下主要地层情况为：勘探深度范围内地层为第四系全新统冲积层(Q4al)及第四系上更新统冲积层(Q3al)，局部为第四系全新统人工堆积层(Q4ml)。地面至地面下8.4 m主要粉质黏土和黏土层，在8.4～12 m深度范围内有一层中密～密实的细砂层，其下主要为粉土、可塑粉质黏土和黏土互层。试验段采用正方形布置的载体桩，分别选取有桩帽载体桩和无桩帽载体桩加固段进行沉降观测，每一段选择两个观测断过面(主断面，附断面)。试验段载体桩断面加固情况及预压土厚度见表1。

图1　某试验段地层剖面

为了对各监测断面测点的沉降进行观测，并通过试验判定压缩层厚度，采用了液位沉降计和单点沉降计的联合监测法。在复合地基的桩顶及桩间土埋设单点沉降计和液位沉降计，同时监测单点沉降计锚头与沉降盘之间土体的压缩变形和该点处地基沉降。液位沉降计、单点沉降计平面布置详见图2。液位沉降计安装在桩顶平面，它的平面位置和单点沉降计安装深度见表2。

表1　试验断面载体桩布置情况　m

(a)无帽断面

(b)有帽断面注：YW-代表液位计；DD代表单点沉降计，下同。图2　载体桩各测试断面液位沉降计、单点沉降计布置

表2　单点沉降计安装深度和液位沉降计安装位置　　m

2　监测主要结果与分析

2.1　无帽载体桩

对于主断面，液位沉降计监测到的桩顶平面的沉降量及单点沉降计所测不同深度的压缩量如图3所示。

图3　无帽载体桩主断面荷载-时间-变形曲线

由图3可知，监测结束时，YW-3-2测得路基中心线附近桩顶的沉降量为94.9 mm，桩间土实测最大沉降为99.6 mm，桩顶与桩间土沉降差约为5 mm，该沉降差即为载体桩的“上刺+下刺”量的总和。不同阶段的实测值见表3。

根据表3的统计结果，预压土堆载开始后，地基沉降变形迅速发展；沉降主要发生在预压静置期间。沉降量从路基中心向两边呈减小趋势，靠近中线位置沉降量达80 mm以上；路堤边缘沉降量约为40 mm。预压土静置30 d时，累计发生的沉降量已经占监测结束时总沉降的75 %以上，其中预压范围内已经达到了85 %以上；卸载后，沉降变形增长趋势逐渐减缓，至监测结束时，该试验断面的沉降变形测值已稳定。由DD-3-2监测值可知加固区压缩量8.3 mm；由YW-3-1和DD-3-1测得的数值知，距离桩顶面16 m以下土层的累计压缩变形量为28 mm，占总沉降量的28.1 %。参考附断面的监测数据，距离桩顶面32 m以下土层的累计压缩变形量为9.65 mm，为总沉降量的12.1 %。

表3　无帽断面沉降变形监测结果　mm

2.2　有帽载体桩

对于有桩帽的载体桩复合地基断面，液位沉降计监测到的桩顶平面的沉降量及单点沉降计所测不同深度的压缩量随着时间变化的曲线如图4所示。由图4知，随着路堤的填筑没降量增加较快，在静置期时沉降趋于变缓。变形监测结果数值详见表4。

图4　有帽载体桩主断面沉降变形-荷载-时程曲线

由图4可知，监测结束时，YW-4-2测得路基中心线附近桩顶的沉降量为85.49 mm，桩间土实测最大沉降为88.11 mm，桩顶与桩间土沉降差约为3 mm。不同阶段的实测的具体数值见表4。

表4　有帽断面沉降变形监测结果　mm

由表4知，填筑阶段累积沉降量为总沉降量的55 %以上；静置30 d时累积沉降量为总沉降量的76 %以上。沉降主要发生在路堤填筑施工期间，并且上部荷载稳定时，沉降已经基本稳定，并无进一步发展趋势。根据联合单点沉降计DD-4-1及液位沉降计YW-4-1的测值可知，距离桩顶40 m以下深度土层的累计压缩变形量为3.05 mm，仅为桩顶面到40 m深度范围内土层总的压缩变形量的3.6 %；由单点沉降计DD-4-2得，本断面复合地基加固区土体压缩变形量为8.7 mm。由DD-4-3和YW-4-1知，桩顶平面以下30 m的压缩量为16.6 mm约为总沉降量的18.9 %。显然，与无桩帽时相比沉降量发生深度增加，并且沉降量发生的阶段提前，桩身的刺入量减小。

3　结束语

根据对有桩帽和无桩帽载体桩复合地基沉降量的对比可以发现：路基中心处沉降最大，且路基中心处>路肩处>坡脚处，桩间土的沉降大于桩顶的沉降；预压可以加速载体桩复合地基的固结沉降。无帽载体桩的基底面沉降主要发生在静置预压阶段，有帽载体桩的沉降主要发生在填筑阶段。有帽载体桩的刺入量小于无帽载体桩。有桩帽时沉降量发生深度大于无桩帽时的沉降量发生区域。