路堤荷载下刚性桩复合地基的现场试验研究

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　第26卷　第3期　2004年　5月

ChineseJournalofGeotechnicalEngineering

岩　土　工　程　学　报

Vol.26　No.3　

May,　2004　

路堤荷载下刚性桩复合地基的现场试验研究

Fieldstudyofacompositeroadfoundationwith

lowstrengthpilesunderembankment

李海芳,温晓贵,龚晓南

(浙江大学建筑工程学院岩土工程研究所,浙江杭州　310027)

关键词:岩土工程;复合地基;桩土应力比;孔隙水压力

中图分类号:TU413.4　　　　文献标识码:A　　　　文章编号:1000-4548(2004)03-0419-03作者简介:李海芳(1958-),男,副教授,博士研究生,从事岩土工程研究。

0　引　　言

Ξ

,,30,48,66cm;在荷4个压力盒,据桩中心分别,50,70,90cm。以此7个压力盒测得的压力的平均值为桩间土所承担的压力,并通过该压力和所施加的荷载反算桩顶的压力。

图1为复合地基的桩土应力比随荷载的变化过程。在较小的荷载下,桩间土承担着较大的荷载,桩土应力比较小。随着荷载的增大,由于没有垫层存在,在变形协调情况下,桩体承担荷载的比例增大,即桩土应力比增大。桩周摩阻力和桩端承载力达到极限后,再增加的荷载将由桩间土承担。从而,桩土应力比达到峰值后,随荷载增加而减少

。

软土路基上桥头段沉降较大,高差,产生“桥头跳车”现象法处理桥头段软土路基,,深度受到限制凝土竖向增强体,低强度桩强度和刚度较小,和桩间土共同承担荷载,形成复合地基。浙江台州浃里陈大桥桥头段采用低强度桩对路基进行处理,本文是对现场观测结果的分析。

潘纪顺等[1]、郭忠贤等[2]、池跃君等[3]对低强度桩复合地基承载性状进行了现场载荷试验研究。化建新等[4]通过试验探讨了垫层土类及厚度对桩土应力比的影响。吴慧明等[5]通过模型试验,得出了柔性基础下桩土应力比的变化和刚性基础下不同的结论。

1　工程概况和地质条件

路桥至泽国一级公路全长9.979km。桥头软基处理试验段位于浃里陈大桥两侧,K0+361～K0+433段采用C15低强度混凝土桩复合地基进行处理。采用变桩长的方式调整路面和桥面的不均匀沉降,与桥墩相邻的桩长为18m,与道路相邻的桩长为9.2m。桩径均为377mm,桩间距1.8m,正方形布置。

地基主要土层情况为:表层为1.3m左右的物理力学性质较好的土层,其下为18m流塑状态的淤泥或淤泥质黏土,再向下50多米范围内为软塑和流塑状态的淤泥质黏土或亚黏土。淤泥或淤泥质黏土的压缩模量为1.49～2.43MPa;亚黏土的压缩模量为3.78～6.0MPa。地下水位距地表约1m。

图1　复合地基载荷试验的桩土应力比

Fig.1　Stressratiobetweenpileandsoilincomposite

foundationunderload

3　路堤荷载下的观测结果

试验段路堤填土于2002年12月18日开始施工,

2002年12月25日填土施工结束,历时8d,填筑高度为1.5m。2003年1月10日,部分地段又铺设了约20cm的填土。3.1　路堤荷载下的土压力

Ξ收稿日期:2003-04-17

2　载荷试验桩土应力比

单桩复合地基承载力试验采用1.5m×1.5m正

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420岩　土　工　程　学　报　2004年　

对土压力的观测从2002年12月4日开始。观测

结果表明,在施工过程中,随着时间(或填土高度)的增长,桩顶和桩间土的土压力都在增长。填土施工完成时,桩土应力比接近于1(图2)。随着时间的推移,填土高度不再变化,桩间土的土压力逐渐减少,而桩顶的土压力仍在增加,桩土应力比逐渐增大,即桩间土所承担的荷载逐渐转移到桩顶,复合地基中增强体的作用逐渐表现出来。历时37d时,在测点处又铺设了约20cm厚的填土,桩顶和桩间土上的压力又进一步增长,

量测历时29d)时,桩间土的沉降速率减缓,桩顶的沉降还在明显增长。原因是填土荷载向桩顶的转移还未结束,这也可从图2中桩土应力比曲线的趋势看出

。

对桩土应力比也产生影响

。

图3　3　Settlementofsbetweenpiles

3.　5观测结果,17mm。同时观测得到桩

22～33mm,略大于分层沉降观测结果。分析原因为,出于对分层沉降管的保护,碾压时,碾压机具离开分层沉降管较远,大量的石块被挤入地表以下,使得分层沉降法测得的靠近地表的沉降偏小。3.4　侧向倾斜

图Fig.2　Stressratiopileandsoilincompositefoundation

underembankment

分析认为,在填土刚结束时,填土荷载在复合地基表面分布基本上是均匀的,桩顶和桩间土所受的压力基本相同。但由于桩间土的压缩模量远小于桩的模量,桩间土的沉降大于桩顶的沉降。填土经过压实后,不能完全同桩间土的变形保持协调,从而在桩之间的填土中产生拱效应,桩间土所受的压力逐渐减少,填土荷载通过拱效应传递到桩顶,使桩顶的压力增大。

比较图1和图2可以看出,刚性荷载板下和路堤填土荷载下的桩土应力比的特征是完全不同的。分析认为差别主要源于两方面,其一是刚性荷载板下桩间土和桩顶的变形是协调的,路堤荷载下桩顶有足够的空间向上刺入,即桩间土和桩顶的变形是不相同的;其次是路堤荷载远小于载荷试验所施加的荷载,不能像载荷试验那样使复合地基进入塑性变形阶段,桩土应力比的峰值难以表现出来,最终可能趋向于一稳定值。图2中的峰值是由于历时37d时填土高度的增加,桩顶和桩间土上压力同步增长,桩土应力比下降造成,并非由于桩体承担荷载向桩间土转移引起。3.2　桩顶和桩间土的沉降

在路堤的南北两侧各布置了4个测斜管,图4是路堤南侧测斜管的典型侧向位移分布。该侧的坡高为0.8m,边坡比为1∶1,测斜管位于坡脚。观测得到的最大侧向倾斜发生在地表,为11mm。从图4中明显看出侧向倾斜随时间增长的过程。施工结束后,侧向倾斜变小,表明路堤和路基稳定

。

图4　路堤南侧侧向位移分布

Fig.4　Lateraldisplacementofsoilunderembankment

3.5　孔隙水压力变化过程

桩顶和桩间土的沉降观测从2002年11月19日开始,图3为沉降观测结果。正如所预料的,桩间土的沉降量大于桩顶的沉降量,从而在压实后的填土中引起拱效应,使得桩间土承担的荷载减少,并将荷载转移

到桩顶。从图3还可以看出,历时44d(相应于土压力

对孔压的观测和对土压力的观测同时开始,图5是孔隙水压力观测结果。第一次填土施工时(历时15d),各深度处孔隙水压力增长较大。在3m处,孔隙水压力达到了11kPa。深度越大,孔隙水压力增长越小,消散得越慢。局部铺填20cm厚土层时(历时37d),只有3m和8m处孔隙水压力有所增长。2003年1月

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　第3期李海芳,等1路堤荷载下刚性桩复合地基的现场试验研究421

22日(历时49d),又铺设了50cm厚的填土,孔隙水压

力再次上升。深度较大处的孔隙水压力对填土荷载的反应滞后

。

载力得到全部发挥,荷载的进一步增加使得桩间土的极限承载力也得到发挥,进而引起复合地基破坏,桩土应力比出现峰值。

原型观测表明,路堤填土刚结束时桩间土和桩顶承担的荷载基本相同。随着时间的推移,桩间土的沉降量大于桩顶的沉降量,填土中逐渐出现拱效应,填土荷载逐渐从桩间土向桩顶转移,桩土应力比逐渐增加。尽管测到了一定量的侧向位移,该复合地基及路堤是稳定的。参考文献:

图5　孔隙水压力变化过程

Fig.5　Porewaterpressureinsoilunderembankment

[1]潘纪顺,刘志伟,姬计法,等.CFG桩复合地基承载性状现场

试验研究[J].地质与勘探4):92-94.

[2,[J].勘察科学

孔隙水压力在观测后期出现负值。分析认为,填

土施工时,成桩及孔压孔成孔产生的孔隙水压力还未完全消散,果中直接扣除。

1):711.

[3,等.刚性复合地基承载及变形特性

[J].中国矿业大学学报,2002,(3):237-241.

[4]化建新,董长和,孙东晖.CFG桩垫层效应研究[J].岩土工

程技术,1998,(1):48-50.

[5]吴慧明,龚晓南.刚性基础与柔性基础下复合地基模型试验

4　结　　语

载荷试验结果表明,在刚性荷载板下,桩的极限承

对比研究[J].土木工程学报,2001,(5):81-83.