复合桩在路桥施工技术的应用分析

（天津路驰工程咨询有限公司，天津市，300000） 宋丽丽

随着我国基础设施的发展，厚软土地区的路桥施工越来越多[1]。这些软粘土具有低强度、高压缩性和低渗透性的特点[2]。在这种软粘土上施工可能会导致大的沉降，如果不采取适当的措施来控制沉降并提高软弱土层的承载力，可能会进一步导致结构破坏或施工预算增加[3]。桥头跳车是一种常见的路桥病害，危害很大，主要是由桥头引道与桥台基础之间的差异沉降引起的,传统的水泥搅拌桩难以很好的满足沉降要求[4-5]。复合水泥桩是一种经济有效的地基处理方法，它利用了钢筋的高承载力以支持软土地基中的中高设计荷载。它的设计不仅比其他土加固方法具有更高的工作荷载，而且比现浇桩和混凝土桩便宜[6]。

1 复合混凝土搅拌桩

复合桩由外部水泥搅拌桩和内部预制混凝土桩组成。水泥搅拌桩是通过旋转叶片切割一列土壤，然后在压力下将水泥浆或粉末注入土壤中，并与原位土壤机械混合，在深度原位形成土壤水泥的固态。水泥搅拌桩完成后，我们用混凝土桩代替旋转叶片，并将桩推入未固化的水泥土中。混凝土桩的插入通常需要在12h内完成。然后完成复合桩的施工并保持强度保护。该桩的保护时间和程序与普通水泥搅拌桩的保护时间、程序一致。

2 工程案例

某路桥桥头位于某湖的冲积湖平原上，地势平坦。测试区域长91m，包括两个钻孔。根据钻孔地质勘探资料，地基土层物理力学参数如表1所示，其中w为含水量，Sr为饱和比，Es为压缩模量，[σ0]为地基容许承载力。相邻两个钻孔的钻孔数据非常相似，因此其平均值列于表1中。

表1 土层物理力学参数

桩的布置设计为等边三角形，桩间距为1.5m。桩的设计长度约为19.5m，以确保外部穿透整个软土层4。内部混凝土桩的横截面为正方形，12 个应力计焊接在其钢筋上，以测量每个试桩混凝土芯的垂直应力。并嵌入六个土压力传感器，以测试桩间表层土的应力。

3 测试结果

3.1 复合混凝土搅拌桩的承载力和沉降

桩土相互作用使结构荷载沿深度方向减小。用应力计进行的静载试验发现，混凝土桩中的轴向力迅速减小，如图1所示。结果表明，很小的荷载可以向下传递到混凝土桩的底部。建议复合材料桩的端阻力可以忽略不计，在这种情况下，该桩可以作为摩擦桩使用。图中显示混凝土桩中的轴向力随着垂直荷载的增加而逐渐增加，并沿深度迅速减小，这与轴向力沿刚性桩长度的分布相似。在加载过程中，桩的大沉降发生在刚开始添加破坏荷载时，并随着时间的推移而变得不稳定。在这种破坏类型中，结构荷载超过了内部混凝土桩的承载力（材料强度），从而导致混凝土桩身在土壤地面失效或桩沉降超过极限测量值之前发生破坏。

图1 混凝土桩的轴向力随深度变化

在同一场地进行了复合混凝土搅拌桩和普通水泥搅拌桩的对比试验。两种类型的桩径相同，均为500mm。结果表明，复合混凝土搅拌桩的极限承载力为600～800kN，而水泥搅拌桩的极限承受力为190kN，前者远大于后者。同时，复合混凝土搅拌桩复合地基的承载力特征值为250～275kPa，水泥搅拌桩复合地基为120kPa，后者不能满足140kPa 承载力的设计要求。结果表明，复合混凝土搅拌桩可以有效地提高承载力。

3.2 复合混凝土搅拌桩的桩土应力比

从图2 中可知，土压力随着垂直荷载的增加而逐渐增加。在低荷载水平（小于300kPa）下，桩与土压力传感器之间的距离越近，表层土的土压力就越大。这意味着随着施加荷载的增加，内部混凝土桩承担更多的结构荷载。当荷载增加到400kPa时，在距离桩中心不同距离处土压力的差异越来越大，这表明荷载仍然主要由混凝土桩承载。当荷载增加到约500kPa时，距离桩中心80cm处的土压力增加，并接近距离桩中心40cm处的压力。这表明桩间土压力已经发展到极限，桩土的协调作用突出。在整个加载过程中，土壤所承受的荷载随着垂直荷载的增加而增加，当荷载增加到500kPa 时，土壤表现出塑性特性。桩间土与从弹性状态到塑性状态的过渡有关。

图2 距离桩中心不同距离处表层土的土压力

内部预制桩具有相对较高的弹性模量，约为外部水泥搅拌桩的100～200倍，复合桩的模量约为软粘土模量的50～200倍。因此复合混凝土搅拌桩的荷载从内桩传递到外桩，然后从外桩传递到周围土壤。这种两步荷载传递系统可以发挥桩与桩之间的土的作用，使荷载传递范围比单纯的混凝土桩更大，这一特性更有利于土壤承载力的发展。

4 结语

综上所述，水泥搅拌桩是一种基础工程建设中常用的技术手段，其特点是可以在土层中形成一定强度和稳定性的柱状体，从而起到支撑和加固的作用。在路桥施工中，水泥搅拌桩也得到了广泛的应用，为了更好地掌握水泥搅拌桩在路桥施工中的应用情况，本文从技术应用的角度进行了分析，介绍了复合混凝土搅拌桩在路桥桥头软土地基处理中的应用，研究了其在轴向荷载作用下的承载力、沉降和桩土应力比。试验和分析证明了复合混凝土搅拌桩复合地基的有效性。