周景峰 杜勇
通号工程局集团建设工程有限公司 湖南省长沙市 410000
摘要
公路、市政改扩建施工中，一个重要的方面就是控制新旧路基搭接处以及处于软土地基的路基的不均匀沉降。桩承式路堤作为新型的处理方法，既能有效控制沉降，加快施工进度，又能降低工程造价，其应用前景越来越得到重视。
但桩承式路堤受力结构复杂，目前国家未有相关规范。本文主要对桩承式路堤的负摩阻力、桩体应力等方面做了研究，通过对桩承式路堤的研究，揭示桩承式路堤的承载变形规律，进而优化设计和施工，降低工程造价，具有重要的理论和工程实践意义。
关键词：桩承式路堤；桩土应力比；沉降
1 路堤柔性基础下低强度混凝土桩复合地基的性状分析研究
1.1 柔性基础下复合桩地基的分析
随着公路和铁路建设速度的加快、软基处理深度的加大、路堤填土高度的增加、工后沉降要求的提高，桩承式复合地基逐渐用于路堤下软基处理工程中。为了尽量发挥桩的作用，混凝土桩桩顶通常设置桩帽（图1-1），有时同时设置加筋材料。大部分采用混凝土桩复合地基的路基沉降量不大，地基处理效果较好。
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图1-1 桩承式路堤示意图
1.2 柔性基础下复合桩地基的研究
柔性基础下桩体复合地基性状的影响因素有很多，路堤填土高度、宽度、填土模量、垫层厚度、桩长、下卧层土体强度以及路面超载等因素对性状都有一定的影响，合理的复合地基理论与设计方法应考虑这些因素。
2.1 路堤荷载下刚性桩复合地基中负摩阻力分析
桩的摩擦阻力是由桩与土壤之间的相对位移引起的。假设土壤在桩周围的向下位移大于桩的位移，则从桩侧面开始的摩擦阻力的方向是向下的，这称为负摩擦阻力。对于软土地区的桩基，负摩擦是一个不容忽视的因素。这增加了桩的轴向力和桩的总端载荷，并且还增加了桩基础的沉降。由于土体的沉陷需要很长时间，因此通常在很短的时间内确定桩基的承载力。这次，不一致导致难以评估负摩擦的影响。
2.2 负摩阻力随各种因素变化的影响规律
软弱地基采用可模拟软土在排水条件下变形和破坏特征的修正剑桥模型，土体参数见表2-1。土工格栅选用膜单元模拟，采用嵌入接触方式，将土工格栅作为嵌入区域嵌入到主体区域碎石垫层中。
表2-1 数值模拟中土体参数
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注：γ-重度；E-杨氏模量；μ-泊松比；c-粘聚力；ψ-内摩擦角；φ-膨胀角；e0-初始孔隙比；M-临界状态应力比；λ-压缩指数；e1-单位压力下土体孔隙比；κ-回弹指数；k-渗透系数。
土体摩擦系数和摩擦角基本公式为
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公式中，φ′为土体内摩擦角，本文假定摩擦系数与土体摩擦系数μ可由公式（1）确定；δ为桩-土界面摩擦角，该值可由公式（2）确定。
本文假定摩擦系数与土体摩擦系数的比值为0.8。路堤填土采用对单元施加重力荷载的方式，逐步激活路堤填土模拟路堤填筑过程，数值模型见图3-1。
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图2-1 路堤模型示意图
考虑路堤断面的对称性和桩沿路堤纵向分布的均匀性，路堤进行研究。假定路堤施工前的初始孔隙压力为静水压力；考虑现场土层性质，模型中设置三层软土模拟土体的分层情况。控制的最重要影响因素，考虑控制要求及经济效益。
由此可知：载荷厚度的变化将引起桩厚度的电阻分布的变化。在第一次出现负摩擦阻力和第一次在桩顶部施加载荷的稳定条件下，桩体的摩擦阻力分布大致相同，主要区别是顶部的负摩擦阻力一堆负摩擦分布中首先施加桩的顶部载荷的部分与第一阶段的负摩擦分布几乎相同，当第一次出现负摩擦时，这明显大于第一阶段的负摩擦。首先出现负摩擦时，这也将导致正摩擦的相应变化。当桩顶部的载荷水平P/时，桩体摩擦分布的这种差异不会改变。
第三章 结论
分析路堤填筑过程及路堤填筑完毕后一段时间内桩帽及桩间土土压力、沉降的发展变化特点，结果进行了比较。得到如下结论：（1）桩承式路堤填土时存在明显的土拱效应，路堤大部分荷载通过土拱效应传递给桩体，减小了路堤的差异沉降和总沉降量，增加了桩体的荷载分担比；（2）路堤中土拱完全形成需要一定的填土高度，即临界高度，填土高于此高度将形成完全土拱，路堤顶面不会出现差异沉降，反之，路堤不能形成完全土拱，路堤顶面会出现不均匀沉降；（3）桩帽、桩间距及土体的内摩擦角等因素对土拱效应有着不同程度的影响；（4）加筋体通过自身的拉伸作用，增强了桩间土荷载向桩体的转移，进一步增加了桩体荷载分担比。
随着桩承式路堤技术的成熟，其作为一种有效处理地基的手段，不仅能有效控制工后沉降，又可以降低了工程造价，在建筑地基基础、道路新建及改扩建工程等领域一定会越来越得到广泛的应用，获得良好的工程效益。
参考文献
[1]雷金波.带帽控沉疏桩复合地基试验研究及作用机理分析[D].河海大学，2005.
[2]邱荔娟.高速公路扩建工程新旧路基结合桩承式路堤处置技术研究[D].福州大学，2009.
[3]汤建林.现浇混凝土薄壁筒桩处理桥头软土地基的作用机理与应用研究[D].浙江工业大学，2009.
作者简介：姓名：周景峰（1987.2.10） 杜勇（1985.11.9）男,汉 籍贯：河北保定、湖南益阳,学历：大学本科 单位：通号工程局集团建设工程有限公司 单位所在省市编编：湖南省长沙市 410000 研究方向：公路工程、市政工程