浅谈复合地基及刚性桩在道路工程设计中的应用

苏晨

（福州市规划设计研究院，福建 福州 350100）

道路工程中路基设计方案对道路质量起着至关重要的影响。软土地基处理是路基设计中的一个重要组成部分。因此，设计阶段应合理选择软基处理方案，改良地基土特性，稳定地基，减少工后沉降。从而达到保障人们出行安全，提升工程社会效益的作用。

1 常用复合地基及刚性桩处理方法[1]

软土地基可分为地面上处理、地面下浅层处理、地面下深层处理。地面下深层处理分为动力挤密与置换法、固结排水法、复合地基法、刚性桩法。本文介绍了复合地基及刚性桩在工程实例中的应用。其优缺点及使用范围详见《软土地基常用处理方法及适用范围一览表》。

软土地基常用处理方法及适用范围一览表

2 理论计算分析[2]

复合地基设计应满足建筑物承载力和变形要求。复合地基承载力特征值应通过现场复合地基载荷试验确定，或采用增强体的载荷试验结果

和周边土的承载力特征值根据经验确定[3]，具体设计计算可以采用建模计算或规范理论计算确定：

计算模型示意图

2.1 挤密碎石桩

挤密碎石桩作为散体材料增强体采用如下公式计算复合地基承载力：

式中：

fspk——复合地基承载力特征值（kPa）；

fak——天然地基承载力特征值（kPa）；

α——桩间土承载力提高系数，应按静载荷试验确定；

n——复合地基桩土应力比，在无实测资料时，可取1.5～2.5，原土强度低取大值，原土强度高取小值；

m——复合地基置换率。

2.2 水泥搅拌桩

水泥土搅拌桩复合地基的承载力特征值应通过现场单桩或多桩复合地基荷载试验确定，其理论计算可按《建筑地基处理技术规范》有粘结强度桩进行计算（式2-3）。

但与其他粘结性桩不同的是，其单桩竖向承载力特征值除按式(2-4)估算外，还应同时满足下式要求，即使由桩身材料强度确定的单桩承载力大于(或等于)由桩周土和桩端土的抗力所提供的单桩承载力：

式中：

fcu——与搅拌桩桩身水泥土配比相同的室内加固土试块(边长为70.7mm 的立方体，也可采用边长为50mm 的立方体)在标准养护条件下90d 龄期的立方体抗压强度平均值(kPa)；单头、双头搅拌桩不宜小于1MPa；型钢水泥土搅拌桩不宜小于0.8MPa；

η——桩身强度折减系数，干法可取0.20～0.30；湿法可取0.25～0.33；

2.3 CFG 桩

CFG 桩按有粘结强度桩体根据《建筑地基处理技术规范》计算复合地基承载力：

式中:

fspk——复合地基承载力特征值(kPa)；

λ——单桩承载力发挥系数，宜按当地经验取值，无经验时可取0.7～0.90；

m——面积置换率；

Ra——单桩承载力特征值(kN)；

Ap——桩的截面积(m2)；

β——桩间土承载力发挥系数，按当地经验取值，无经验时可取0.9～1.00；

fsk——处理后桩间土承载力特征值(kPa)，应按静载荷试验确定；无试验资料时可取天然地基承载力特征值。

其中单桩承载力Ra 按下式计算，并应满足式（2-3）要求：

式中：

up——桩的周长(m)；

n——桩长范围内所划分的土层数；

qsi——桩周第i 层土的侧阻力特征值，应按地区经验确定。

li——桩长范围内第i 层土的厚度(m)；

qp——桩端土端阻力特征值(kPa)；

同时CFG 桩桩身强度还应满足下式要求：

式中：

fcu——桩体试块（边长150mm 立方体）标准养护28d 的立方体抗压强度平均值（kPa）;

2.4 薄壁管桩

管桩承载力计算根据《建筑桩基技术规范》式 计算：

式中：

qsi——桩的极限侧阻力标准；

qpk——极限桩端阻力标准值；

λp--桩端土塞效应系数；

对于管桩复合地基承载力规范没有明确规定，工程上一般按《建筑地基处理技术规范》中有粘结强度桩体复合地基承载力计算（式2-3）。

3 工程设计案例分析

某项目位于沿海地区，根据地质资料表明，多为海积和陆地河水冲积形成的淤泥质软弱地基土。主路等级为一级公路兼城市主干道，设计速度80km/h；辅路等级为二级公路兼城市次干道，设计速度40km/h。

3.1 该项目软基处理设计原则

通过调查及沿线软土分布特征及软土性质，结合软土厚度、路基填土高度、工期、工程造价、对路侧环境的影响等指标进行软基处理方案比选，在确保不留下质量隐患的前提下，确定软基处理原则，见下表。软基处理原则

填土高度 软土厚度 地质描述 采用桩型 备注设置桩顶联系梁及级配碎石砂加筋褥垫层50cm 2.5 米＜h＜5 米12 米＜软土厚度＜25 米 淤泥、淤泥质土等h≥5 米 软土厚度≥25 米淤泥、淤泥质土等 薄壁管桩水泥粉煤灰碎石桩（CFG 桩）桩顶设置级配碎石砂加筋褥垫层50cm h≤2.5 米 软土厚度＜12 米淤泥、淤泥质土等水泥搅拌桩桩顶设置级配碎石砂加筋褥垫层50cm——松散砂土、粉土、粘性土、素填土、杂填土等地基挤密碎石桩桩顶设置级配碎石砂加筋褥垫层50cm

3.2 软基处理设计方案

段落1：平均填土高度约3.1 米，地质类别从上至下依次为耕植土、淤泥④、（泥质）中砂⑤、淤泥夹砂⑤、淤泥质土⑦，桩端持力层为粉质粘土⑨。采用CFG桩进行处理，桩径为0.5 米，桩间距为1.5 米，正方形布置，平均桩长22.1 米。

段落2：平均填土高度约4.9 米，地质类别从上至下依次为杂填土、粉质粘土、淤泥质土④、含泥（粉砂）⑤、淤泥质土⑦、粉质粘土⑨、淤泥质土⑩，桩端持力层为粉质粘土⑫。采用薄壁管桩进行处理，桩径为0.5 米，桩间距为2.0 米，正方形布置，平均桩长33 米。

段落3：平均填土高度约1.5 米，地质类别从上至下为淤泥④，桩端持力层为粉质粘土⑥。采用水泥搅拌桩进行处理，桩径为0.5 米，桩间距为1.5 米，三角形布置，平均桩长8.7 米。

段落4：平均填土高度约2.2 米，地质类型从上至下依次为杂填土、（含泥）中细砂②、粉质黏土③、淤泥④，桩端持力层为（泥质）中砂⑤。采用挤密碎石桩进行处理，桩径为0.5 米，桩间距为1.3 米，三角形布置，平均桩长15 米。

3.3 对该项目软基处理方案的思考

1、路基填高较高（该项目拟定超过5 米）的路段，考虑到可能施工阶段未按设计要求，填土速率过快，从而导致路基失稳滑移等风险，设计阶段在该路段设置桩顶联系梁，使桩形成整体受力，路基更为稳定，降低工程潜在风险。

2、因桩长超过25 米的CFG 桩往往存在成桩质量难以保证、施工时过高的桩架市场数量偏少且重心过高存在施工安全隐患，该项目软土埋深超过25 米路段采用管桩，而不采用CFG 桩。

3、为确保土拱的形成，充分发挥土拱效应，避免桩（帽）土顶面的差异沉降反射到路面而形成蘑菇状高低起伏的现象[1]，该项目填土较薄（拟定填土高度h≤2.5 米）路段（全部分布于辅路），采用水泥搅拌桩地基处理，处理深度为12 米，而不采用刚性桩地基处理。

4、相邻路段地质条件接近的尽量采用相同的桩间距，以方便施工。

4 结语

综上所述，软基处理方案的确定应综合考虑路基填土高度、软土厚度、可行性、经济性等多方面因素进行多方案比选，并吸取其他类似项目经验教训，以指导设计阶段的软基处理方案。