山西省忻州公路管理段 山西忻州 034000
摘要：刚性桩基已广泛应用于公路软基处理工程中。本文分析了软土路基的主要工程特征，重点阐述了刚性桩在高填方软土路基施工中的关键技术，以期为行业的发展有一定的启迪。
关键词：刚性桩；高填方软土；路基施工；技术分析
Construction Technology Analysis of Rigid Pile in High Fill Soft Soil Subgrade
Hu Xin
（Xinzhou Highway Management Section，Xinzhou 034000，Shanxi）
Abstract：Rigid pile foundation has been widely used in highway soft foundation treatment engineering.This paper analyses the main engineering characteristics of soft soil roadbed，and focuses on the key technology of rigid pile in the construction of high fill soft soil roadbed，in order to provide some enlightenment for the development of the industry.
Key words：rigid pile；high fill soft soil；roadbed construction；technical analysis
1 引言
随着公路工程建设水平的不断提升，目前，刚性桩已被广泛用于加固软土地基。对于刚性桩加固软土路基的设计，存在一些关键问题，包括确定刚性桩基处理软土地基的优化设计方案。虽然刚性桩加固软土地基在我国已得到广泛应用，但还没有相关的施工设计规范，理论滞后于实践。本文笔者根据长期的工程实践经验，对刚性桩在高填方软土路基施工关键技术进行分析与研究，以期为设计施工提供参考。
2 软土路基的主要工程特征
软土的定义研究，国内外均有所区别，且各个领域的研究也存在差异。在某些学科中，软土被定义为由细粒土壤组成的土壤的简称。在一些学科中，具有大含水量，大孔隙，低剪切强度和低渗透系数以及高压缩性和灵敏度的粘性土壤统称为软土。一些专家认为，软土，如饱和粘土，通常与泥炭或淤泥沉积物交织在一起，往往具有低剪切强度和高压缩性。在公路基础建设领域定义软土是指一种含水量大，压缩性高，承载能力低的粘土，是一种塑性流动的软塑料，如淤泥，淤泥土等高压缩性饱和粘土，淤泥等。中国的“岩土勘察规范”规定：天然空隙率大于或等于1.0且天然含水量大于液限的细粒土应确定为软土。软土通常根据具体的工程实践和工程类型确定，但它反映了软土的一般特征。也就是说，软土是一种软土层，主要由粘性土组成，具有高孔隙度，低强度，高含水量，高压缩性和低渗透性。
国内外各个研究领域的软土识别方法不尽相同，主要是基于软土的工程特性。铁路上划分软土的标准是：孔隙比不小于 1；天然含水量在液限值以上；压缩模量在4000kPa以内；静电穿透穿透阻力不超过700kPa；标准贯入击数小于 2；不排水强度小于 25k Pa。根据中国建设部 “软土地区工程地质调查规范”：天然空隙率不小于1，水含量高于液限和灰色外观的细粒土壤是软土。其主要工程特点如下：
1）大孔隙比和高含水量：大空隙率表明土壤含有大量的空隙体积，土壤机械强度低，容易压缩，土壤松散。软土的孔隙比一般为1.0~2.0。软土含水量一般在30以上，最大为200。土壤主要为软塑体或流动塑体。水含量与液体极限成比例，液体极限越大，水含量越大。2）高压缩性：软土压缩一般在1Mpa以上，最大压缩可高达4.5Mpa。软土的可压缩性通常与孔隙比和含水量有关，并且成比例关系。可压缩性通常反映在特定项目的结算量中。3）透水性低：由于软土地基的土壤性质不同，水分渗透率的垂直方向一般不同于水平方向，垂直方向由于土层分布而导致水渗透性差。在加载固结的初始阶段，由于软土的低透水性而产生高孔隙水压力，这降低了软土路基的强度。4）触变性：软土通常是具有一定强度的层状沉积物。当原地基础土壤受损时，软土通常因干扰而受到结构破坏，容易横向滑动，沉降较大。5）低强度：软土强度低，容易造成基础破坏，变形大，对工程造成安全隐患。软土地基是指在地表下具有一定厚度的软土层的基础。土壤质量，边界排水性能和荷载大小等因素严重影响软土地基的强度。因此，在建设高速公路时，要严格处理软土地基，否则路基强度会降低。施工后大面积沉降和路面不均匀沉降等问题给道路带来严重的安全隐患。
3 刚性桩在高填方软土路基施工中的关键技术
如图1所示，是刚性桩在某高填方软土路基中的典型施工现场。刚性桩与混合桩，砾石桩等不同，桩身刚性大，压缩性小。这些特性使得，刚性桩在高填方软土路基建设中得到非常广泛的关注和施工应用。但是在路堤荷载作用下，桩与土的变形不协调，桩顶穿入路堤，桩底渗入基础。这不同于桩基础的机理和传统复合地基的机理，而是桩基与传统复合地基之间。由于刚性桩基础在工程实践中尚属于一种新兴的软基加固方法。目前，其设计理论严重滞后于工程实践。因此，在沉降和承载能力方面与实际工程有很大偏差。因此，开展高填方软土路基刚性桩施工技术研究，提高其设计理论具有重要的现实意义。
3.1 合理选型桩长及桩身断面
在高填方软土路基施工过程中，刚性桩的长度及截面的选择是非常重要的，在选择桩的长度时，应根据高填方软土基础土层的组成，尽可能依据土层的可压缩性原理进行选择，一般地，压实性高，桩端压缩性相对较低，同时，要求桩在桩帽的某些条件下仍能充分发挥并继续保持其完全极限承载力。在选择桩身截面时，应根据桩身结构强度和桩基土对桩的持续支撑力确定单桩承载力。充分发挥桩料的承载力。
图1 刚性桩在某高填方软土路基中的典型施工现场
3.2 合理确定承台（垫层）填埋深度及其底面尺寸
在高填方软土路基施工过程中，由于软土层的特性，其使得刚性桩承台（垫层）一定要选择合理的填埋深度，在使用沉降量减少的桩基进行沉降计算后，通常需要找到合理数量的桩。同时，用于减少沉降桩基础的桩的数量通常很小，并且在桩（垫）发生一定沉降之后桩可能进入极限状态。为了确保桩基的足够安全性，在确定最终桩量之前，可以假设外部载荷仅由盖（垫）承担。帽（垫）的极限承载力仍具有一定的安全储备原则。在确定最终桩数之后，如果需要，连续检查并调整承台（垫子）的初步尺寸。
3.3 垫层的设置与垫层效用的确定
刚性桩基础需要在桩头处设置托板。为了充分发挥刚性桩加固时桩本身的少量压缩的优势，路堤下的刚性桩基应遵循“强桩板”的设计原则。特别地，考虑到高填方软土路基中，软地基土的压缩大于刚性桩体的压缩，在桩侧容易产生负摩擦，因此刚性桩应具有高承载能力。在加固不需要太多的情况下，托盘应该扩大。另外，由于桩土刚度较大，刚性桩与桩之间的沉降在路堤荷载作用下不协调，桩间土体沉降往往远大于桩顶沉降，在桩身上发生负摩擦，所以从理论上讲，荷载下刚性桩基设计可能会存在不合理的设计。刚性桩疏桩复合地基在高速公路软基处理中的应用越来越多，但其理论远远落后于工程实践。在这些方面，国内外的一些学者通过数值模拟，详细分析了刚性桩的荷载传递特性及其影响因素，且外壁的摩擦阻力沿桩的深度相对均匀。这也为刚性桩在复杂的地理条件下施工积累了大量的理论基础。
4 结论
综上所述，刚性桩在工程实践中仍然是一种相对较新的软基加固方法。尤其是在高填方软基路基施工中，刚性桩更是有很多的优势与可取之处，用于克服软基地基存在的天然缺陷。本文主要开展了刚性桩在高填方软土路基施工技术方面的研究，需要对软基公路有足够的认知，另外，应注意桩长和桩身截面的选择，桩（垫）深度的初步确定和底面的尺寸，垫层的设置。当然，随着刚性桩技术的不断发展，它将逐步在公路工程建设领域得到更加深入和广泛的应用。
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论文作者:胡鑫
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2019年7期
论文发表时间:2019/7/12
标签：刚性论文; 土路论文; 压缩性论文; 桩基论文; 土壤论文; 强度论文; 孔隙论文; 《建筑学研究前沿》2019年7期论文;