道路施工技术论文发表简述载体桩的应用

　　摘要：本文以山西柳林汇丰兴业王家会物流有限公司发运站工程为例，介绍了载体桩的优点。

　　关键词：道路施工技术论文发表,核心期刊,载体桩,负摩阻力,承载力

　　载体桩就是由混凝土桩身和载体构成的桩。【1】载体桩是近年来发展起来的一种桩型，是端承桩的一种。载体是由混凝土、夯实填充料、挤密土体三部分构成的承载体。

　　采用载体桩可以获得较高的承载力。本文以山西柳林汇丰兴业王家会物流有限公司发运站工程为例，介绍载体桩在应用中的优点。

　　一、工程概况：

　　工程位于山西省吕梁市孝柳铁路王家会站，该车站拟建整列装车线，采用站台结合移动式装车机装车。本文主要介绍移动式装车机地基处理时对载体桩的应用情况。

　　二、工程地质情况：

　　第①层　填土(Q42ml)

　　杂色，以建筑垃圾、生活垃圾等为主，含粉土，成分较乱，均匀性较差。平均层厚 3.80m。

　　第②层 砂质黄土(Q41al+pl)

　　褐黄色，稍湿，稍密状态，含云母、氧化物等。摇振反应中等，无光泽反应，干强度低，韧性低;该层具有湿陷性。平均层厚6.27m。 基本承载力130kpa。

　　第③层 卵石(Q41al+pl)：

　　灰色，密实状态，岩性以砂岩、灰岩为主，由粉细砂充填，颗粒级配良好。平均层厚5.98m。基本承载力1000kpa。

　　第④层 灰岩(O)

　　灰色，强风化~中风化，岩芯呈碎块状、短柱状，岩石坚硬程度为较硬岩，岩石完整程度为较完整，岩体基本质量等级为Ⅲ级。

　　地下水位线位于卵石层顶面以下。

　　三、设计概况

　　移动式装车机自重高，且装车机是自动化操控，装车点定位精确，所以对基础不均匀沉降等问题要求很高。

　　本工程设计标高高于原地面6m～10m，即存在高填方段，并且原地层中存在湿陷性黄土层，所以地基考虑采用桩基础处理，持力层设置在卵石层上，以保证基础修建完成后不均匀沉降等参数符合要求。根据地质剖面图确定桩长在10到14.5m之间。

　　桩基础按承载性状分类，可分为摩擦桩、端承摩擦桩、端承桩、摩擦端承桩。如果采用摩擦型桩，则桩顶竖向荷载主要由桩侧阻力承受，根据《建筑桩基技术规范》要求(以下简称《规范》)，桩穿越较厚的松散填土、自重湿陷性黄土、欠固结土、液化土层进入相对较硬土层时，在计算基桩承载力时应计入桩侧负摩阻力。而对于摩擦型桩，可取桩身计算中性点以上侧阻力为零。对于本工程而言，装车机基础下的土层为人工填土及湿陷性黄土层，持力层为卵石层。根据《规范》，中性点应在桩顶以下0.9倍桩长处，因为单桩承载力计算时，只能计算中性点以下部分的摩擦力，所以对于需要较高承载力的本工程来说，采用摩擦型桩显然不合适。但是如何设计端承桩，才能既可以满足工程要求又能有效的节约造价呢?结合本工程的实际情况，考虑采用载体桩。

　　根据《规范》要求，对存在负摩阻力的端承桩，计算端承桩承载力的时候，应该考虑负摩阻力引起基桩的下拉荷载。下面我们以直径0.45m的端承桩为例计算基桩的下拉荷载。

　　本工程产生负摩阻力的土层共有两层，即第一层的人工填土层及第二层的湿陷性黄土层，现选取最长的一根桩，即14.5m来计算其负摩阻力引起的基桩下拉荷载，计算过程如下：

　　根据《规范》，中性点以上单桩桩周第i层土的负摩阻力标准值公式为：

　　qsin=εniб′γi

　　б′γi= γe△ze+(γi△zi)/2

　　qsin—第i层土的负摩阻力标准值;

　　εni—桩周第i层土负摩阻力系数;

　　б′γi—由土自重引起的桩周第i层土平均竖向有效应力;

　　γi、γe—分别为第i层计算土层和其上第e层土层的重度，地下水位以下取浮重度;

　　△zi、△ze—第i层土、第e层土的厚度。

　　本工程第一层为填土层，土质为A、B组填料，根据现场取料情况，负摩阻力系数取砂质土εn1=0.5, 正摩阻力标准值28 kpa;第二层为自重湿陷性黄土层，负摩阻力系数εn2=0.35，正摩阻力标准值46 kpa。

　　桩长14.5m，根据计算，中性点深度在桩顶以下13.05m处，该范围内填土层厚5.8m，湿陷性黄土层厚7.25m。采用直径0.45m的端承桩：

　　qs1=0.5×0.5×19×5.8=27.55kpa <28 kpa 取27.55kpa

　　qs2=0.35×(19×5.8+0.5×18.1×7.25)=61.53 kpa >46 kpa 取46 kpa

　　则下拉荷载Qn=(27.55×5.8+46×7.25) ×3.14×0.45=697KN

　　由此可见，对于普通端承桩，在此种地质情况下，直径越大，承载力越大，负摩阻力产生的下拉荷载也越大。本工程由上部装车机荷载传递下来的基桩所承受的荷载，经计算为700KN，所以，对于直径0.45m的基桩，竖向承载力设计值不应小于1397KN。

　　对于普通端承桩极限承载力标准值：

　　Q=qpkAp=2000×3.14×0.452/4=317.9KN

　　qpk—极限端阻力标准值;

　　Ap—桩身截面积;

　　单桩竖向承载力特征值Ra=Q/2=158.9KN

　　可见，普通0.45m直径的端承桩远远不足以提供1397KN的承载力。而对于载体桩，它是采用柱锤夯击成孔，钢护筒反压护壁跟进，成孔达到设计标高后，分批向孔内填入碎砖或者碎石等填充料，用柱锤反复夯实、挤密，当三击贯入度满足设计要求后，再向孔内夯填干硬性混凝土，在桩端形成复合载体。【2】单桩承载力的特征值由三击贯入度及桩身混凝土强度决定，以本工程直径0.45m的载体桩为例，根据《载体桩设计规程》，三击贯入度小于10cm时，载体等效计算面积为2.4m2，单桩竖向承载力特征值：

　　Ra=fa×Ae

　　fa—经深度修正后的载体桩持力层地基承载力特征值;

　　Ae—载体等效计算面积;

　　因为该桩持力层为卵石层，基本承载力为1000kpa，显然由该公式计算出的单桩竖向承载力Ra>2400KN。而根据桩身混凝土强度计算的单桩竖向承载力：

　　ψcfcAp=0.75×11.9×3.14×2252=1418KN

　　ψc—成桩工艺系数，现场灌注时取0.75;

　　fc—混凝土轴心抗压强度设计值;本次采用C25混凝土。

　　由此可见，根据载体等效计算面积计算出的单桩竖向承载力特征值远远大于按材料强度计算单桩承载力，所以，直径0.45m的载体桩所能提供的单桩竖向承载力为1418KN。

　　由以上对比可以看出，载体桩在桩径较小时也能提供较高的承载力，特别是在地质条件较差，有负摩阻力产生时更能显示出它的优势。

　　四、结语

　　通过对山西柳林汇丰兴业王家会物流有限公司发运站工程实例分析表明，载体桩具有以下优点：

　　1、经济。和其他基础相比，可节省造价10~20%。

　　2、单桩承载力高。是同等桩径、桩长的普通灌注桩承载力的 3~5倍。

　　3、施工工艺简单。施工过程中无需场地降水，减少了工程量，能有效缩短工期。

　　4、环保。由于建筑垃圾可作为载体桩的填充料，所以它可以消化一定量的建筑垃圾，变废为宝，并且具有无污染、低噪音等特点。

　　可见，载体桩在地质条件不佳、可能产生负摩阻力的情况下，和其它类型的桩相比有明显的优势。

　　参考文献：

　　【1】《载体桩设计规程》

　　【2】张岭.《载体桩在京沪高速铁路软基处理中的应用》【J】.路基工程 ,2012(5)