樁板結(jié)構(gòu)在公路軟土地基處理中的應(yīng)用研究

姜 廣 州

(張家口市鼎力巖土治理有限公司,河北 張家口 075000)

0 引 言

近年來(lái)，國(guó)家的發(fā)展指數(shù)上漲，國(guó)家在“要想富，先修路”這一傳統(tǒng)觀念方面做出了確實(shí)行動(dòng)，無(wú)論是公路還是鐵路國(guó)家對(duì)其投資建設(shè)力度是逐年增高，同時(shí)還承接了不少海外的道路工程項(xiàng)目，可以說(shuō)我國(guó)在道路工程領(lǐng)域無(wú)論是理論技術(shù)方面還是工程實(shí)踐方面都處于世界較為領(lǐng)先的地位；但是對(duì)于在軟土地基上進(jìn)行道路工程建設(shè)還需做出進(jìn)一步研究，軟土地基是由淤泥、細(xì)粒土等組成，多數(shù)含有一定的有機(jī)物質(zhì)；強(qiáng)度低，壓縮量較高是軟土地基的一個(gè)特點(diǎn)，但是對(duì)道路的使用造成嚴(yán)重影響.現(xiàn)行規(guī)范種對(duì)于軟土路基處理方式都具有一定局限性，樁板結(jié)構(gòu)是一種混凝土整體結(jié)構(gòu)，其多用于高速鐵路方面，但在公路工程對(duì)于提高公路整體性能應(yīng)同樣有巨大作用.國(guó)內(nèi)外對(duì)于樁板結(jié)構(gòu)有大量的研究，Bachmann.H等[1]通過(guò)對(duì)樁板結(jié)構(gòu)模型施加長(zhǎng)期循環(huán)加載，驗(yàn)證其疲勞性能.最終完成數(shù)千萬(wàn)次的加載后，模型仍未出現(xiàn)裂紋.Toivola.P等[2]通過(guò)對(duì)重載鐵路中樁板結(jié)構(gòu)的研究，分析了結(jié)構(gòu)的振動(dòng)特性、內(nèi)力和沉降特性，提出了檢測(cè)路基結(jié)構(gòu)方面的重要建議.akeer.R.M等[3]通過(guò)對(duì)路基多從試驗(yàn)測(cè)試，得出樁板結(jié)構(gòu)路基在過(guò)渡段容易產(chǎn)生工作特性的不協(xié)調(diào)，導(dǎo)致其承擔(dān)加大荷載，降低了樁板結(jié)構(gòu)的整體性能.陳睿等[4]通過(guò)對(duì)無(wú)砟軌道樁板結(jié)構(gòu)路基研究，得出結(jié)論：路基面運(yùn)營(yíng)后一年才穩(wěn)定，路基的荷載傳遞具有摩擦型樁的特性.詹永祥等[5]采用ANSYS有限元軟件，基于彈塑性本構(gòu)關(guān)系，用面一面接觸單元來(lái)考慮樁上間的接觸問(wèn)題，分析了樁板結(jié)構(gòu)路基沉降的影響因素及其變化規(guī)律，指明影響路基沉降的重要參數(shù).沈宇鵬[6]等通過(guò)觀測(cè)對(duì)實(shí)際工程，分析板樁結(jié)構(gòu)復(fù)合地基沉降特性，得出結(jié)論：在樁頂設(shè)置褥墊層能有效提高地基樁間土承載力，降低工后沉降.曹宇澤[7]利用有限元軟件建立了車(chē)輛-軌道-樁板結(jié)構(gòu)模型，通過(guò)施加動(dòng)、靜荷載，通過(guò)對(duì)路基靜動(dòng)力響應(yīng)進(jìn)行分析.劉軍等[8]利用Midas/Civil軟件建模，通過(guò)改變定樁板結(jié)構(gòu)各參數(shù)，對(duì)樁板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行了進(jìn)一步的優(yōu)化設(shè)計(jì).譚國(guó)湖[9]通過(guò)有限元模擬對(duì)軟土固結(jié)沉降機(jī)理進(jìn)行了分析.肖宏等[10]通過(guò)建立樁、板、土體的三維有限元模型，分析地震波的荷載作用下斜坡樁板結(jié)構(gòu)路基的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，改變模型具體尺寸，對(duì)樁板結(jié)構(gòu)影響規(guī)律進(jìn)行分析.

基于上述學(xué)者的研究，特采用樁板結(jié)構(gòu)對(duì)公路軟土地基進(jìn)行處理，通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)研究承載板板厚和樁間距的大小以及布樁形式對(duì)軟土地基沉降量的影響.

1 試驗(yàn)概況

1.1 試驗(yàn)?zāi)康募胺椒?/h3>

本文通過(guò)室內(nèi)模擬試驗(yàn)來(lái)研究樁板結(jié)構(gòu)對(duì)沉降量的影響，通過(guò)對(duì)不同參數(shù)的樁板結(jié)構(gòu)進(jìn)行加載試驗(yàn)，通過(guò)控制變量法來(lái)研究板厚度和樁間距的大小以及布樁形式對(duì)沉降量的影響，通過(guò)沉降的變化量來(lái)進(jìn)行評(píng)價(jià)，進(jìn)而得出結(jié)論.

1.2 試驗(yàn)材料和裝置

1.2.1 承載板

為了更好的模擬實(shí)際情況，試驗(yàn)中的承載板是采用C50高性能混凝土承載板，對(duì)其進(jìn)行抗壓強(qiáng)度(T0553-2005)、抗折強(qiáng)度(T0558-2005)和彈性模量(T0557-2005)的測(cè)定，其基本力學(xué)性能指標(biāo)如表1所示.

表1 C50高性能混凝土基本力學(xué)性能

1.2.2 土樣

本試驗(yàn)用土取自實(shí)際工程中，土質(zhì)為粘性土，對(duì)土樣進(jìn)行基礎(chǔ)的物理性質(zhì)試驗(yàn)，其基本參數(shù)如表2所示.

表2 土樣的基本參數(shù)

1.2.3 模型樁

本次試驗(yàn)采用的模型樁為直徑為3 cm的空心鐵管，管長(zhǎng)為50 cm，為了更好的與實(shí)際情況相擬合，在管的周?chē)鷩弦粚?20目的砂布更好的模擬實(shí)際工程中的樁.

1.2.4 量測(cè)裝置

測(cè)量裝置電阻應(yīng)變片、補(bǔ)償片通過(guò)1/4橋的方式與數(shù)據(jù)采集箱連接，直線位移傳感器通過(guò)半橋方式與數(shù)據(jù)采集箱連接，所采集數(shù)據(jù)再由數(shù)據(jù)采集箱傳輸回電腦.承載板沉降采用四個(gè)量程為50 mm的電子位移計(jì)，分別置于承載板頂面的四個(gè)角，可以量測(cè)記錄試驗(yàn)過(guò)程中板頂平均沉降及差異沉降.

2 試驗(yàn)工況和加載方式

2.1 試驗(yàn)工況

通過(guò)改變承載板的厚度和樁間距的大小以及布樁形式來(lái)研究沉降量的變化，對(duì)應(yīng)的試驗(yàn)工況如表3，表4和表5所示.研究承載板板厚和樁間距的大小對(duì)沉降量的影響采用長(zhǎng)方形布樁形式.

表3 承載板板厚對(duì)沉降量的影響的試驗(yàn)工況

表4 樁間距的大小對(duì)沉降量的影響的試驗(yàn)工況

表5 布樁形式對(duì)沉降量的影響的試驗(yàn)工況

2.2 加載方式

本次試驗(yàn)使用靜態(tài)加載試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行加載，具體加載裝置見(jiàn)圖1.

圖1 加載裝置示意圖

3 試驗(yàn)結(jié)果分析

3.1 承載板板厚對(duì)沉降量的影響

按照表3的試驗(yàn)工況來(lái)研究承載板板厚對(duì)沉降量的影響，進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn)，得出加載及卸載過(guò)程的P-S曲線，如圖2所示.

圖2 承載板厚度變化P-S曲線

由圖2可知，沉降量與加載成正相關(guān).橫向?qū)Ρ?，在相同的加載以及卸載的情況下，承載板的板厚和沉降量成負(fù)相關(guān)，即隨著承載板的板厚增加，沉降量降低，但隨著承載板板厚增加，沉降量變化不明顯.

3.2 樁間距的大小對(duì)沉降量的影響

按照表4的試驗(yàn)工況來(lái)研究樁間距對(duì)沉降量的影響，進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn)，得出加載及卸載過(guò)程的P-S曲線，如圖3所示.

圖3 樁間距變化P-S曲線

由圖3可知，橫向?qū)Ρ?，在相同的加載以及卸載的情況下，樁間距和沉降量成正相關(guān)，即隨著樁間距增加，沉降量增加，但隨著樁間距增加，沉降量變化不明顯.不同模型樁間距的樁板結(jié)構(gòu)要達(dá)到相同的沉降，模型樁間距較小的所需加荷載值要小于模型樁間距較大的.

3.3 布樁形式對(duì)沉降量的影響

按照表5的試驗(yàn)工況來(lái)研究布樁形式對(duì)沉降量的影響，進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn)，得出加載及卸載過(guò)程的P-S曲線，如圖4所示.

圖4 布樁形式變化P-S曲線

圖4的橫坐標(biāo)為加載荷載，縱坐標(biāo)為沉降量.由圖4可知，隨著加載增大，沉降量也隨之增大.橫向?qū)Ρ?，在相同的加載以及卸載的情況下，容易得出模型樁按三角形布置相較于長(zhǎng)方形布置能夠減小整個(gè)樁板結(jié)構(gòu)的工后沉降量，并且從P-S曲線的增長(zhǎng)趨勢(shì)可以看出模型樁三角形布置沉降增長(zhǎng)速度要慢于模型樁長(zhǎng)方形布置的.

4 結(jié) 論

通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)研究承載板板厚和樁間距的大小以及布樁形式對(duì)軟土地基沉降量的影響，基于上述試驗(yàn)結(jié)果分析，得出以下結(jié)論：

(1)經(jīng)過(guò)樁板結(jié)構(gòu)處理后的軟土地基其沉降量降低，承載力明顯提高.

(2)軟土地基的沉降量與板的厚度成負(fù)相關(guān)，即隨著板的厚度增大沉降量降低.

(3)樁間距和沉降量成正相關(guān)，即隨著樁間距增加，沉降量增加，不同模型樁間距的樁板結(jié)構(gòu)要達(dá)到相同的沉降，模型樁間距較小的所需加荷載值要小于模型樁間距較大的.

(4)模型樁按三角形布置相較于長(zhǎng)方形布置能夠減小整個(gè)樁板結(jié)構(gòu)的工后沉降量，模型樁三角形布置沉降增長(zhǎng)速度要慢于模型樁長(zhǎng)方形布置的.