低强度混凝土桩处理桥头软基的试验研究
文章编号: 0451- 0712(2003) 11- 0043- 04 中图分类号:U 412. 222 文献标识码: A
低强度混凝土桩处理桥头软基的试验研究
刘恒新, 温晓贵, 魏 纲, 龚晓南
(浙江大学岩土工程研究所 杭州市 310027)
摘 要: 在软土地基修建高等级公路中,“桥头跳车问题”是一个技术难题。低强度混凝土桩是一种新型的处理
桥头深厚软基的工法。某大桥桥头段深厚软基采用该工法处理, 对桩顶及桩间土沉降、土工格栅上沉降、深层土体水
平位移、孔隙水压力变化、土压力变化等进行了现场监测, 进行了静载荷试验, 对测试结果进行了分析。结果表明, 该
工法方法能大幅度减小沉降, 减小对桥台基础的水平推力, 具有显著的经济效益。
关键词: 软基处理; 桥头跳车; 低强度混凝土桩; 孔隙水压力; 土压力
在软土路基上修建高等级公路时, 由于桥头段
高填土路基在荷载作用下会产生较大沉降, 而桥台
支撑在刚性基础上, 沉降较小甚至不沉降, 因此在桥
头衔接处会产生较大的差异沉降, 这是产生桥头跳
车的主要原因[1 ]。我国东南沿海地区广泛地分布着
深厚软土, 桥头跳车现象普遍存在。
消除桥头差异沉降的主要方法是设置桥头过渡
段, 采用预压法或路堤桩对桥头过渡段软基进行处
理。路堤桩可以采用碎石桩、木桩、灌注桩、预制桩、
石灰桩和水泥搅拌桩等。出于经济上的考虑, 一般采
用碎石桩、石灰桩和水泥搅拌桩, 其中又以水泥搅拌
桩居多[2 ] , 但是水泥搅拌桩存在造价高、质量难以控
制的缺点[3 ]。
低强度混凝土桩常用水泥、石子和砂制成, 强度
一般在 5～ 15M Pa 范围内。桩体和桩间土体共同作
用形成低强度混凝土桩复合地基, 它可以有效提高
地基承载力、减小地基沉降[4 ]。本文采用低强度混凝
土桩对某桥头段的软基进行了处理并进行了现场试
验, 内容包括桩顶及桩间土沉降、土工格栅上沉降、
深层土体水平位移、孔隙水压力变化、土压力变化和
静载荷试验, 并对测试数据进行了分析。
1 工程概况及现场试验方案
111 工程概况
试验段位于浙江省台州市路桥至泽国一级公路
浃里陈大桥桥头段 (K0+ 361～ K0+ 433) , 软基深
厚, 厚度在 75～ 80 m 左右, 地下水位在 0115～ 1106 m
之间。 桥头软基采用低强度混凝土桩处理, 桩长
18 m , 桩 径 <377 mm , 桩 间 距 118 m , 桩 身 强 度
10 M Pa。土体的物理力学性能指标见表 1。
表 1 地基土物理力学性质指标
土层 土样 含水量 密度 孔隙比 压缩模量 不固结 不排水
编号 名称 X0
%
Q
g?cm 3
e0
-
E s1- 2
M Pa
c
kPa
U
(°)
①1 亚粘土 3114 1190 01901 4142 28 917
①2 淤质粘土 4417 1176 11258 2138 15 414
②1 淤泥 5913 1165 11664 1149 10 312
②2 淤质粘土 4218 1178 11208 2143 13 415
③2 淤质粘土 3519 1186 11006 3178 20 519
④2 亚粘土 3611 1186 11005 4101 22 710
112 现场试验方案
在桩号为 K0+ 426 的断面附近, 分别埋设有沉
降板、测斜管、土压力计和孔压计。在桩顶、桩间土和
土工格栅上共埋设 8 个沉降板, 其中桩顶沉降板编
号为D 1 和D 2, 桩间土上沉降板编号为 S1 和 S2, 土
工格栅上沉降板编号为 G1、G2、G3 和 G4。在路堤
两侧坡脚处布设 2 根测斜管, 编号为 C1 和 C2, 深度
为 29 m。在桩顶和桩间土表面各埋设 2 个土压力
计, 编号分别为 T 1、T 2 和 P1、P2。在桩间土及下卧
层中埋设 8 个孔压计, 深度分别为 3 m、8 m、13 m、
15 m、18 m、21m、24 m 和 27 m , 编号分别为 K1～
K8。土层分布及各种仪器布置见图 1、图 2。
2 测试结果及分析
211 桩顶及桩间土沉降变化分析
收稿日期: 2003- 05- 22
公路 2003 年 11 月 第 11 期 H IGHWA Y Nov12003 No111
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图 1 试验段剖面
图 2 仪器埋设平面布置
图 3 为桩顶及桩间土的沉降与填土高度的关系
曲线。从曲线看, 桩顶与桩间土的沉降曲线与荷载曲
线有较好的吻合关系, 沉降增长趋势与荷载施加规
律一致; 加载期间沉降增长较快, 个别断面有较明显
的突变台阶, 说明土体瞬时沉降较大; 稳定期沉降变
形出现平稳减少趋势。由图 3 中可见, 沉降和沉降速
率均较小; 桩间土的沉降比桩顶的沉降稍大, 但是相
差不多, 原因主要是土工格栅起到了均匀沉降的
作用。
212 土工格栅上沉降板的沉降变化分析
土工格栅上沉降板的沉降变化曲线如图 4 所
示。从图中可见, 随着填土高度的增加, 沉降逐渐加
大, 道中沉降较道肩大, 但路堤中心沉降稍小, 主要
是因为在堆载前施工车辆多次碾压该部位; 道中的
沉降比较均匀, 这说明土工格栅起到了作用, 它可以
减小沉降, 并且使沉降较均匀, 避免在道路的横断面
上形成不均匀沉降影响公路的使用[5 ]。
213 深层土体水平位移测试结果及分析
图 5 为测斜管(C1) 水平位移变化曲线。从图 5
图 3 桩顶及桩间土沉降变化曲线
图 4 土工格栅上沉降变化曲线
图 5 深层土体水平位移变化曲线
中可以看出, 2 次堆载后, 深层土体水平位移均增
大, 然后有小幅度的回弹。水平位移在测斜管长范围
内均有发生, 但以浅部 5 m 范围内较大。预压 90 d
后坡脚最大水平位移值为 38173 mm , 水平位移值
不大。
土体侧胀性对路堤沉降有着重要影响[6 ], 并且
软基侧向变形对邻近桥台和桩基具有破坏作用[7 ]。
采用低强度混凝土桩处理桥头软基, 桩体约束了软
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基的侧向变形, 土体侧向变形很小, 这对减小路堤沉
降, 避免邻近桥台和桩基破坏起到了重要作用。
214 孔隙水压力测试结果及分析
图 6 超静孔隙水压力随时间变化曲线
图 6 为超静孔隙水压力变化曲线。超静孔压开
始比较小, 随着堆载高度的增加, 超静孔压迅速增
大, 然后慢慢消散。桩长范围内的超静孔压较大, 桩
长范围以下的超静孔压较小, 并且消散比较快。这说
明堆载对软土地基的影响主要在桩长范围以内。
采用超静孔压的消散度来定义土体的固结度:
U = 1- u t+ u 0
um ax + u 0
(1)
式中: u t 为 t 时刻相对初始时刻的实测超静孔
压, kPa; u 0 为初始超静孔压, 一般为零; um ax 为相对
初始时刻的实测最大超静孔压, kPa。
根据上式计算图中各测点的固结度, 预压 100 d
后桩长范围内固结度平均为 80% , 桩间土的强度增
长比较快。上部的固结度比较小, 其原因主要是上部
受堆载影响, 超静孔压比较大, 消散的比较慢, 而下
部的超静孔压本身并不大, 较易消散。
215 土压力测试结果及分析
图 7 为土压力与填土荷载、时间的关系曲线。从
图中可以看出, 土压力随填土增高而增大, 开始堆载
时桩顶土压力小于桩间土压力, 然后压力迅速向桩
顶集中, 桩顶土压力增大, 最后趋于稳定。
216 桩土应力比分析
图 8 为桩土应力比随时间变化曲线。从图中可
以看出, 随着填土高度的增加, 桩土应力比逐渐增
大, 然后稳定在 6 左右。桩土应力比的变化与桩土压
力的变化规律是一致的。总的来说, 桩土应力比偏
小, 这说明桩间土分担的荷载较大。这在超静孔压中
得到了反映, 桩间土中的超静孔压较大, 而桩长范围
图 7 土压力随时间的变化曲线
图 8 桩土应力比随时间的变化曲线
以下的孔压较小。
217 静载荷试验结果及分析
对天然地基、桩间土和单桩复合地基的承载力
试验均采用 115 m ×115 m 正方形荷载板。
图 9 天然地基、桩间土和复合地基载荷试验沉降曲线
图 9 表明, 桩间土的承载力小于天然地基的承
载力, 反映了成桩过程使桩间土受到了扰动。载荷试
验影响深度内的桩间土为饱和的淤泥和淤泥质土,
具有一定的灵敏度。进行载荷试验时, 由于施工扰动
降低的强度还未得到恢复, 使得桩间土的承载力小
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于天然地基的承载力。荷载较小时, 单桩复合地基的
沉降比天然地基的沉降还要大, 主要原因是桩体效
应还未体现, 同时桩间土因为施工扰动强度尚未恢
复; 荷载较大时, 单桩复合地基的沉降明显比天然地
基的沉降小。由图可见, 单桩复合地基的承载力比天
然地基和桩间土的承载力大的多。
3 结语
(1) 经低强度混凝土桩处理后, 地基总沉降明显
减小; 土工格栅起到了均匀沉降的作用, 它可以减小
路堤的纵向和横向的差异沉降。
(2) 经低强度混凝土桩处理后, 地基的侧向位移
明显减小, 并且对下卧层软基也起到约束作用, 这对
减小沉降有一定的作用, 并且有利于减小对桥台桩
基的水平推力, 避免桥台及桩基受到损害。
(3) 经低强度混凝土桩处理后, 填土在地基土中
所引起的超静孔压一般较小, 并且消散也比较快, 地
基强度迅速增长, 可以明显地缩短工期。可以根据超
静孔压的消散来推算地基平均固结度。
(4) 桩土应力比比较小, 桩间土中超静孔压大,
下卧层超静孔压小。
(5) 桩间土因为施工扰动强度降低, 其承载力小
于天然地基承载力; 单桩复合地基承载力比天然地
基承载力提高。
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Test and Research on Reinforcing Sof t Foundation of Bridge-Ends
by Low Intensity Concrete P iles
L IU H eng-x in, W EN X iao-gui, W E I Gang, GON G X iao-nan
( Geotechnical Engineering Institute, Zhejiang U niversity, Hangzhou 310027 , China)
Abstract: In the highw ay construction on soft foundation, “bump at bridge2ends”is a difficult
technical p roblem. The low intensity concrete p iles is a new m ethod w hich can imp rove the soft foundation
of bridge app roaches1 The soft foundation of a certain bridge app roaches is imp roved by this m ethod and
so il settlem ents on and betw een p iles, geogrid settlem ent, sub2surface so il movem ent, po re w ater
p ressure, and earth p ressure are monito red and static load tests conducted1 The results indicate that this
m ethod can m inish settlem ent largely and decrease level thrusts on bridge abutm ents, its econom ic benefits
are no table1
Key words: soft foundation imp rovem ent; bump at bridge2ends; low intensity concrete p ile; po re
w ater p ressure; earth p ressure
—64— 公 路 2003 年 第 11 期
? 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.
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