路堤下软弱土地基变形控制的短桩-板壳结构技术

摘要

本发明公开了路堤下软弱土地基变形控制的短桩-板壳结构技术，其特征在于：平整施工场地，视地表土层软硬情况铺设垫层，使达到施工机械进场要求；在现场浇注短桩，或者将预制短桩打入到地基，短桩的长度为2~5m，桩间距为3~10m，可布置成梅花形或方形；在路堤边缘安装模板；放置钢筋笼，钢筋笼与短桩上的连接钢筋相连；浇筑混凝土板，钢筋混凝土板厚度为30~50cm，宽度等于路堤底面宽度；待混凝土板养护达到强度后，在其上填筑路堤。本发明消除了常规处理方法路堤横断面产生的“锅底状”不均匀沉降，避免了路基产生纵向裂缝，路堤边坡不会发生失稳破坏，减小了路堤填土的方量，且工后沉降小，工期短，造价低。

说明书

技术领域

本发明属于土木工程技术领域，特别涉及路堤下软弱土地基变形控制的短桩-板壳结构技术。

背景技术

我国正进行着大规模的基础设施建设，且大部分工程建设位于我国沿海及内地湖泊软土地区。在软弱土地基上修建高速公路、高速铁路、江河堤防等，需要对软弱土地基进行处理，以控制工后沉降。对于高等级路堤，工后沉降定义为路面施工结束之后15年内的沉降，根据《公路路基设计规范》（JTG D30-2004），桥头段的工后沉降控制在10cm，桥头过渡段的工后沉降控制在20cm，一般路段的工后沉降控制在30cm。当天然地基工后沉降不能满足要求时，过去进行地基处理常用的两类方法为排水固结法和复合地基法。在深厚软土地基上修筑高等级路堤，采用排水固结法处理后，地基中本来无排水通道，固结沉降很小，采用排水板反而在地基中形成了排水通道，因此往往在施工期土体并未达到完全固结，反而在路面施工结束一定时间内产生较大的固结沉降，造成路面工后沉降增大，使用效果不佳。而采用复合地基法处理又分为柔性桩复合地基和刚性桩复合地基两类，柔性桩如水泥土搅拌桩（浆、湿喷桩）、砂桩和碎石桩等，刚性桩有CFG桩，预应力管桩（PHC桩）和大直径现浇薄壁管桩（PCC桩）等，柔性桩复合地基一般只可处理地面以下15米以内的软土地基，不宜用于深层软土处理，且在加固范围内由于桩的柔性性质，其桩身仍有沉降产生；刚性桩是处理深层软土可行的方法之一，加固效果好，但地基处理造价高。

此外，对于深厚软土地基上的高等级路堤，由于路堤填土荷载是一种柔性荷载，容易产生变形。不论采用排水固结法还是采用复合地基法进行地基处理，都存在路堤中心和路堤边缘的附加应力大小不同的问题，一般路堤中心的附加应力要大于路堤边缘，使得路堤中心产生的沉降量比路堤边缘要大，从而使地表产生“锅底”状的不均匀沉降，严重时导致公路产生纵向裂缝，影响行车的舒适性和安全性。

 

发明内容

    本发明的目的在于克服上述缺陷，提供一种造价低、施工快捷、不产生“锅底”状的不均匀沉降的路堤下软弱土地基变形控制的短桩-板壳结构技术。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种路堤下软弱土地基变形控制的短桩-板壳结构技术，其特征在于：平整施工场地，视地表土层软硬情况铺设垫层，使达到施工机械进场要求；在现场浇注短桩，或者将预制短桩打入到地基，短桩的长度为2~5m，桩间距为3~10m，可布置成梅花形或方形；在路堤边缘安装模板；放置钢筋笼，钢筋笼与短桩上的连接钢筋相连；浇筑混凝土板，钢筋混凝土板厚度为30~50cm，宽度等于路堤底面宽度；待混凝土板养护达到强度后，在其上填筑路堤；或在短桩上设置挠度变形小的梁-薄壳组合结构、混凝土-钢板混组合结构、带肋钢板壳体结构等其他板壳结构，在板壳结构上填筑路堤。

所述现浇短桩在桩体材料凝固前顶部插入连接钢筋，连接钢筋伸出桩顶10~30cm；

所述预制短桩在工厂预制时预留连接钢筋，连接钢筋伸出桩顶10~30cm；

所述短桩顶部可设置盖板。

所述短桩位于路堤中间的桩长可以比路堤边缘的桩长长，桩端位于软土层。

所述短桩可以为圆形截面桩，也可以为异形桩，比如圆形桩、管桩、X形桩、Y形桩等。

所述短桩顶面设置桩帽。

本发明的优点和效果在于：

本发明板桩技术，属于浅基础范畴，比一般的桩筏、桩板等深基础造价低得多，且施工方便，施工桩基时可直接压入，不需要打桩机，施工速度快。

在路堤填土之下设置短桩和刚性的钢筋混凝土板，钢筋混凝土板本身的抗弯刚度很大，短桩对混凝土板本身起到支撑作用，因此变形小，消除了路堤边缘和路堤中心的差异沉降，使路堤整体均匀下沉，避免了路基产生纵向裂缝。

由于混凝土板强度很高，因此路堤边坡不会发生失稳破坏，边坡可适当变陡，从而减小了路堤填土的方量，节省了工程造价。

采用短桩和刚性板代替常规的地基处理方法，使路堤柔性荷载变为刚性荷载，产生整体变形，无差异沉降，不需地基处理来消除差异沉降，因此节省了昂贵的地基处理费用。

与排水固结法相比，本发明由于排水固结慢，工后一定时间内沉降小，即工后沉降小。与复合地基法相比，本发明造价低。本发明工期短，只考虑填土工期，特别适用用深厚软土地基上一般路段。

下面结合附图对本发明的具体实施方式进行详细描述。本发明的保护范围并不以具体实施方式为限，而是由权利要求加以限定。

 

附图说明

图1 本发明刚性板桩技术示意图；

图2 本发明与天然地基及排水板方案沉降~时间曲线比较图

图3 本发明与天然地基及排水板方案路堤横断面工后沉降比较图

图中：1为软土地基，2为短桩，3为钢筋混凝土板，4为土工布，5为路堤，6为地表面。

 

具体实施方式

如图1、2和3所示， 一种路堤下软弱土地基变形控制的短桩-板壳结构技术，先平整施工场地，视地表土层软硬情况铺设垫层，使达到施工机械进场要求。在软土地基（1）中先打设短桩（2），短桩（2）长2~5m，桩间距为3~10m，可布置成梅花形或方形，短桩（2）可以为圆形、X形、Y形、十字形等各种类型的刚性桩，采用现浇或预制的形式，短桩（2）上设置盖板。短桩（2）桩长可变化，位于路堤（5）中间的桩长可以比路堤（5）边缘的桩长长，由于桩较短，因此未穿透软土层，桩端位于软土层，短桩（2）主要起到支承钢筋混凝土板（3）并减小钢筋混凝土板（3）的挠度的作用。在短桩（2）上布置钢筋混凝土板（3），钢筋混凝土板（3）采用现场整体浇注的方式，一般在路堤边缘安装模板；放置钢筋笼，钢筋笼与短桩上的连接钢筋相连，连接钢筋伸出桩顶10~30cm；浇筑混凝土板，钢筋混凝土板厚度为30~50cm，宽度等于路堤底面宽度。待混凝土养护达到强度后，在钢筋混凝土板（3）上填筑路堤（5），路堤（5）边坡可采用土工布（4）包裹。钢筋混凝土板（3）表面可与地表面（6）齐平，或位于地表面（6）之下。本发明的钢筋混凝土板（3）也可用其他结构代替，如梁-薄壳组合结构、混凝土-钢板混合结构、带肋钢板壳体结构等，只要满足该板壳结构在路堤荷载作用下挠度变形小即可。

 

本实施方式对一深厚软土地基上的路堤进行了计算，计算中：路堤底宽取为38m，路堤顶宽取为29m，路堤填土高度为3m，软土层厚度为15m，计算短桩桩长3m，板厚40cm，排水板长度15m，排水板间距1.3m。对比了本发明与排水固结法方案及天然地基的沉降控制效果（图2和图3）。计算结果表明：地基中打排水板后，沉降速率大大加快，因此在同样的固结时间，该处理方法的沉降量最大；天然地基由于软土层深厚，因此固结速度较慢，沉降发展趋势比采用排水板要慢得多；而采用桩板结构处理后，地基沉降量更小。因此，对于深厚软土地基，并不是设置越多排水通道越好，相反，地基中本来没有排水通道，地基固结慢，工后沉降小，有排水通道后反而使地基固结速度加快，但却不能保证在施工期达到完全固结，因此导致工后沉降增大，起到反作用。从图3工后沉降计算结果更能说明问题，图中假定施工期为1年（365天），用第16年（5840天）的沉降减去第1年的沉降即为工后沉降。从图中结果可以看出，路堤中心板桩处理后的工后沉降为13cm，天然地基不处理的工后沉降为23cm，采用排水板处理后工后沉降为45cm，可见桩板处理的效果最好。图中结果还表明，采用桩板处理后，路堤中心和路堤边缘的差异沉降最小，几乎没有差异沉降，进一步验证了板桩处理后路堤整体变形的效果；而天然地基和排水板处理后路堤中心和路堤边缘的差异沉降较大，分别达到20cm和30cm以上，从而使路堤横断面产生“锅底”状的不均匀沉降，导致路面产生纵向裂缝的可能。

从以上分析可知，路堤下软弱土地基变形控制的短桩-板壳结构技术，有效控制了路堤工后沉降，路堤横断面变形均匀，且施工速度快、造价低，是处理一般路段深厚软基的优选技术。