桩承式路堤沉降计算方法及应用

徐文雄 叶丹萍

摘 要：笔者创造性的提出了桩承式路堤桩间土沉降、桩顶沉降、桩顶上刺量、复合地基沉降计算方法，并结合实例进行了数据对比，分析表明实测值与理论值是相互吻合的，理论计算方法是合理的。

关键词：桩承式路堤；沉降计算；工程应用

在路桥工程中，桥头跳车是困扰公路建设一道技术难题，当前我们处理该难题的办法主要是通过堆载预压排水固结法以及水泥搅拌桩来解决，但是这两种方法都存在明显的缺陷，为了更好的解决桥头跳车问题，我们在一些工程中创新性的采用了桩承式加筋路堤，这种路堤能有效提高复合路堤的物理性能，施工的时候需要在桩顶设置一个桩帽，然后在上面再铺设一层加钢筋的垫层，这种软基处理方法具有施工简单、节约工期、有效减小侧向变形和沉积等特点。但是该方法目前属于试验阶段，在进行力学和变形计算时，缺乏可靠的理论基础，需要在工程实践中不断摸索。

1 桩承式路堤沉降计算

1.1 桩间土沉降计算

桩帽以下的土体受力是明显比桩间土要小的，也是要滞后于桩间土的，桩间土沉降后会对桩帽下土体有负摩擦力作用，由力的相互作用，桩间土沉降同样也会受到限制。所以在进行土体计算时，不能忽略附加应力对于土体的影响，如果忽略而按照天然地基进行计算会导致计算结果偏大。而对于下卧层，桩体会将上部荷载传递为摩擦力和桩端力作用于土体上面，桩间土下卧层所受到的附加应力是比较小的，所以下卧层的附加应力计算不需要考虑群桩与桩间土之间的相互作用。概括而言，如果不考虑桩帽下土体和桩的相互作用所进行的桩间土沉降计算结果是偏大一些的。

1.2 桩顶沉降计算

桩顶沉降主要包括三方面的计算：桩端下卧层沉降、桩端刺入量和桩身压缩量。在对下卧层进行沉降计算时，需要考虑群桩与桩间土之间相互作用所产生附加应力，按照土层法计算各土层沉降最后相加得出总的沉降值。

下刺量指的是桩端塑性滑移后所发生的刺入变形量。这个问题目前还是一个技术难题，没有计算公式可以借鉴。文献中叙述到可以采用产生单桩极限承载力所需要的桩土间产生的相对位移量当成刚性桩贯入量，一般取值50～70mm。复合地基桩、土都会产生沉降，在这个过程中，土拱效应、加筋垫层等等因素都会使得桩、土受力发生变化，桩所承受的荷载会更大，随着下刺量的变小，整个复合地基也会变得稳定起来。在此，作者认为复合地基达到稳定状态后，桩土之间的沉降差是很小的，因此我们可以根据桩土沉降差来计算桩端下刺量。

我们通过假设桩身摩擦力分布就能得出桩身轴力函数，从而计算出桩身的弹性压缩量为：

（1）

（2）

式中：p（l）为桩身轴力随深度的变化函数；P为桩顶荷载，α、β分别为沿深度矩形分布和三角形分布的桩侧摩阻力占桩顶总荷载P的百分比；L、EP、AP分别为桩长、桩身材料模量和截面面积。

桩顶沉降为：

SP=S下+Δ下+SL （3）

式中：SP、S下、Δ下和SL分别为桩顶沉降、桩端下卧层沉降、桩端刺入量和桩身压缩量。

1.3 桩顶上刺量计算

桩顶向上刺入垫层有别于桩端刺入下卧层。在路堤填筑过程中桩土产生差异变形后，垫层会通过其流动补偿作用（由桩顶补偿到桩间土，桩顶垫层厚度减小）不断调整桩土受力。本文将桩顶上刺量视作垫层在桩土间重新分布引起的路堤沉降，然后依据上述理论利用几何方法求出桩土沉降差。桩间土的沉降受到桩帽下土体的约束，就单桩而言，其控制土体离桩越远则其沉降就越大，其沉降曲线为计算简便假设为线性变化。由于垫层在铺设时是充分碾压的，不考虑它的压缩性，则由于垫层流动补偿作用产生的路堤沉降可根据体积守衡得到：

（4）

式中：r1、r2为桩帽半径和单桩控制半径；SP，SS 分别为桩顶和桩间土沉降。

1.4 复合地基沉降

复合地基起到加固土体作用，主要是因为刚性桩有效控制了地基的沉积，考虑到桩间土沉降是比较大，因此复合地基沉降的计算主要以桩顶沉降、上刺量这两项。

S=SP+Δ上 （5）

式中：S为复合地基沉降，SP为桩顶沉降，Δ上为桩顶上刺量。

2 工程实例分析

某桥梁工程两桥头路段采用了新型桩基技术Y形桩处理，并进行了现场试验研究。下面结合现场试验结果对K4+989～K5+019的Y4断面进行分析。Y形桩布桩采用桩距和桩长分别为2.7m和13.5m，桩身截面积0.191m2，桩帽直径1.4m，正三角形布桩，处理宽度50.6m，长度30m。

填土荷载为106.56kPa，桩土应力比取实测值11.59，土体泊松比取0.4，桩身弹性模量为2.80×104MPa。其他参数可通过计算得到：复合地基置换率（桩帽）为24.4%；桩帽顶平均应力为344.89Kpa，土体表面应力29.76kPa；桩身承担荷载为490.55KN。根据现场资料桩身摩阻力分布做一定简化假定为三角形分布，桩顶荷载占总荷载为5%。计算结果与现场实测值见表2。

从表1中我们可以看到，理论值与实测值基本是吻合的。通常情况下，公路中间部分沉降较路面两侧是要大的，整个沉降曲线是一条盆状形状，此外桩基顶部的沉积较中间土体要小。表1中计算沉降值指的是路面总的沉降值，而实测沉降值则指的是采用桩承式加筋路堤软基处理技术后在一段时间后所测得的实际沉降值，随着时间的推移，实测值还会继续变大的，由此可以看出实测值与理论值是相互吻合的，理论计算方法是合理的。

3 结语

本文在结合桩承式路堤的工作机理分析的基础上，探讨了桩承式路堤的沉降计算方法。根据桩土变形特点分别讨论了桩顶、桩间土的沉降计算，并提出了自己的桩顶上刺量计算方法。最后对一个工程实例进行了计算，得出了比较合理的结果。

参考文献

[1] 张诚厚.高速公路软基处理[M].北京：中国建筑工业出版社，2005.

[2] 龚晓南，等.高速公路软弱地基处理理论与实践[M].上海：上海大学出版社，2007.

作者简介：徐文雄（1976- ），男，汉族，海南澄迈人，工程师，在读工程硕士，从事工程管理研究工作。