砼芯水泥土搅拌桩在高速公路桥头软基处理中的应用

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摘 要：高速公路桥头是桥梁刚性基础向柔性路基过渡段，由于不均匀沉降经常导致桥头出现跳车现象。为此，在高速公路某桥头段软土地基中开展了砼芯水泥土搅拌桩原位试验研究，载荷试验和桩土应力测试结果表明：砼芯水泥土搅拌桩的承载能力和控沉效果能够满足设计要求且明显好于水泥土搅拌桩；砼芯水泥土搅拌桩复合地基P-S曲线和轴力曲线都具有明显的刚性桩特征，但桩土应力比却处在较小水平，又具有柔性桩的特征，因此，砼芯水泥土搅拌桩是一种介于刚性桩和柔性桩之间的过渡桩型，应用于高速公路桥头软基处理可起到较好的过渡作用。

关键词：砼芯水泥土搅拌桩；复合地基；载荷试验；桩土应力比

Abstract: Vehicles are going to bounce when they run through a bridgehead of highway because of large settlement difference between a bridge and embankment. The test in situ was done to concrete-cored DCM pile in soft foundation treatment of one highway bridgehead, the results of static load test show that the bearing capacity and settlement of concrete-cored DCM pile can meet the design requirements, which are better than that of the cement mixing pile; From P-S curve and axial force curve, concrete-cored DCM pile composite foundation has obvious properties of rigid pile, and low pile-soil stress ratio also indicates it has properties of flexible pile. Therefore, concrete-cored DCM pile is a kind of transition pile between rigid pile and flexible pile and suitable for the soft foundation treatment of highway bridgehead.

Key words: concrete-cored DCM pile；composite foundation；load test；pile-soil stress ratio

中图分类号： U412.36+6 文献标识码：A 文章编号：

1 引 言

随着我国道路建设的迅速发展，在深厚的软土地基上修建高速公路越来越普遍。低强度、高可压缩性和低渗透性是软土地基已知的工程特性，工程实践中常遇到的问题是如何解决、控制路堤沉降变形、工后沉降以及桥头跳车等问题[ 1,2 ]。高速公路桥头段是刚性基础向相对柔性的路堤基础过渡地段，因刚性基础和柔性基础之间的差异沉降，经常造成桥头跳车现象。一般在桥头段软土地基中常采用柔性桩来处理，亦有采用刚性桩来处理的，但桩身材料强度较大的刚性桩明显存在应力集中、材料浪费、造价高等问题，柔性桩则很难满足桥头段软土地基对控制沉降的要求。砼芯水泥土搅拌桩是在水泥土

搅拌桩中插入预制小方桩而形成的复合桩型，从形式上看，该桩型应是介于刚性桩和柔性桩之间的新桩型，其工后沉降量也介于刚性桩和柔性桩之间，为此，在新建宁常高速公路某桥头段软基中采用了砼芯水泥土搅拌桩处理方法进行试验。

2 试验段地质条件与研究概况

宁常高速公路常州段某桥头路堤，位于埋藏古湖沼区，地势平坦。根据江苏省交通规划设计院提供的地质勘察资料，试验场地主要土层情况见表1：

表1 场地土层分布表

砼芯水泥土搅拌桩按三角形布置，桩距1.5m，其中水泥土搅拌桩桩长20m，桩直径500mm，砼内芯为200mm×200mm预制方桩，混凝土强度等级为C30，桩长13m；在砼内芯钢筋上预先安装钢筋应力计，在桩间土内距离桩心不同位置分别放置土压力盒，以量测砼芯和桩间土应力变化。仪器埋设示意图如图1所示：

1. 预制方桩（砼内芯） 2. 水泥土搅拌桩

3.土压力盒 4. 载荷板 5. 钢筋应力计

图1 试验桩仪器埋设平面图

Fig. 1 Apparatus collocation of testing piles in plane

3 试验结果及分析

3.1 载荷试验结果

复合地基载荷试验依据为JGJ106-2003，

压板采用直径为1.6m的圆形载荷板。原位试验结果如图2所示：

从图2可以看出，复合地基载荷试验P-S曲线呈陡降型，承载力特征值取极限荷载的一半，三根桩复合地基承载力特征值介于250－275kPa之间；

砼内芯不同深度处预制钢筋应力计，测

得的ZH4砼芯轴力随深度和荷载变化曲线如图3所示：

图2 砼芯桩复合地基荷载试验P－S曲线图

Fig.2 Load-settlement curves of

piles composite foundation

图3 砼内芯轴力随荷载变化曲线

Fig. 3 Relation between axial force and depth

of pile ZH4

复合地基承压板下距离桩心不同位置放置土压力盒，测得的ZH5桩复合地基的地表土压力分布曲线如图4所示。

图4 含ZH5桩复合地基地表土压力

随荷载的变化曲线

Fig.4 Relation between soil pressure

and load for pile ZH4

3.2承载能力和控沉效果分析

在进行砼芯水泥土搅拌桩载荷试验的同时，也在同一场地进行了水泥土搅拌桩对比试验，试验桩情况和结果如表2所示，从承载能力对比来看，砼芯水泥土搅拌桩单桩极限承载力为600KN-800KN，水泥土搅拌桩单桩极限承载力为190KN，前者远大于后者；砼芯水泥土搅拌桩复合地基承载力特征值为250kPa-275kPa，而水泥土搅拌桩复合地基承载力特征值为120kPa，高速公路桥头段设计荷载为140kPa，水泥土搅拌桩承载力特征值未达到设计荷载。从控制沉降效果来看，砼芯水泥土搅拌桩单桩在极限荷载作用下，沉降在10mm左右，而水泥土搅拌桩单桩在极限荷载下沉降已超过25mm。水泥土搅拌桩复合地基承载力特征值对应的沉降量远大于砼芯水泥土搅拌桩复合地基沉降量。通过对比可以看出，砼芯水泥土搅拌桩在承载能力和控沉效果上都比水泥土搅拌桩有更好的表现。

刚性桩复合地基载荷试验得出的P－S曲线通常为陡降型[ 3 ]，砼芯水泥土搅拌桩复合地基载荷试验曲线也为陡降型；由砼内芯轴力随荷载变化曲线可知，轴力随荷载增加逐步增大，且沿深度递减，呈倒T型，这与刚性桩复合地基中刚性桩轴力分布特征相似[ 4]，由此可知，砼芯桩的强度由砼内芯控制，砼芯水泥土搅拌桩复合地基具有刚性桩复合地基的特点。