G105国道大石大桥扩建工程中的软基处理设计

G105国道大石大桥扩建工程中的软基处理设计

林善芬

（广州市公路勘察设计院，广东，广州，511430）

【摘要】本文介绍了G105国道大石大桥扩建工程中的软基处理措施，主要阐述了水泥搅拌桩的计算步骤，供同行参考。

【关键词】软基处理；水泥搅拌桩；设计

1．引言

G105国道大石大桥扩建工程位于广州市番禺区北部。项目的土建工程主要是大石大桥和南、北两岸道路（包含涵洞和通道）的拓宽。在本项目的路基工程中，存在有软土和人工填土。软土主要为淤泥和淤泥质土，桥北、桥南分布广泛，厚1.40～7.70m，但桥北埋深较浅，为2.0～4.0m。软土的上述特性，导致其在自然状态下土体的排水固结进程缓慢，自然强度极差，难以满足地基强度要求，必须进行处理。本文着重阐述本项目中的软基处理设计。

2．软基处理措施

根据软土的分布范围及埋藏深度、软基性质以及路基填高，设计中采用清淤换填和水泥土搅拌桩两种处理方式。清淤换填主要用于深度不大于3m的表层软基处理，水泥搅拌桩则用于埋深超过3m的深层软土处理。

3．水泥搅拌桩的设计计算步骤

3.1确定单桩竖向承载力

依照《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-2012），单桩竖向承载力特征值先按公式（1）、(2)分别计算，取两者的较小值。

Ra=up∑qsili+aqpAp（1）

Ra=ηfcuAp（2）

式中：

Ra——水泥搅拌桩单桩竖向承载力特征值

fcu——与搅拌桩桩身水泥土配比相同的室内加固土试块在标准养护条件下90d龄期的立方体抗压强度平均值(kPa)。

η——桩身强度折减系数；

up——桩横截面周长(m)；

n——桩长范围内所划分的土层数；

qsi——桩周第i层土的侧阻力特征值。

li——桩长范围内第i层土的厚度(m)；

qp——桩端地基土未经修正的承载力特征值(kPa)；

α——桩端天然地基土的承载力发挥系数；。

qp——桩端土端阻力特征值(kPa)；

Ap——桩的截面(m2)。

在式(2)的计算中,当桩长大于有效桩长时,单桩竖向承载力标准值仅计算有效桩长部分的摩阻力。有效桩长的计算公式为：

Lc=1.6D*SQRT(Ep/Es)（3）

式中：Lc——水泥土搅拌桩的有效桩长(m)；

D——水泥土搅拌桩的桩径(m)；

Ep——水泥土搅拌桩的压缩模量(MPa)；

Es——桩间土的压缩模量(kPa)。

3.2确定复合地基承载力

水泥搅拌桩复合地基承载力的特征值可通过现场复合地基载荷试验确定,也可以根据置换率m按式(4)计算:

fsp,k=mRa/Ap+β(1-m)fsk（4）

式中:fspk——搅拌桩复合地基承载力特征值(kPa)；

m——面积置换率；

Ra——单桩竖向承载力特征值(kN)；

Ap——桩的截面积(m2)；

β——桩间土承载力折减系数；

fsk——处理后桩间土承载力特征值(kPa)，宜按当地经验取值，如无经验时，可取天然地基承载力特征值;

3.3置换率m的计算

置换率m按式（5）计算。

m=d2/de2（5）

式中d——桩身平均直径（m）;

de——一根桩分担的处理地基面积的等效圆直径；

等边三角形布桩时，de=1.05s

正方形布桩时，de=1.13s

矩形布桩时，de=1.13*SQRT(s1*s2)

3.4确定桩数并布桩

水泥搅拌桩桩数由式(6)计算确定:

n=mA/Ap（6）

式中:n为桩数;A为上部结构基础底面积(m2)。

3.5下卧层地基强度验算

当搅拌桩处理范围以下存在软弱下卧层时，应根据《建筑地基基础设计规范》（GB50007）按下式（7）验算：

pz+pcz≤faz（7）

式中pz——相应于荷载效应标准组合是，软弱下卧层顶面处的附加应力值；

pcz——软弱下卧层顶面处土的自重压力值；

faz——软弱下卧层顶面处经深度修正后地基承载力特征值。

3.6沉降计算

当搅拌桩复合地基承受上部基础传递来的垂直荷载后,所产生的垂直沉降s包括桩土复合层本身的压缩量s1和桩土复合层以下土的沉降量s2,即:s=s1+s2。

土复合层本身的压缩量s1:

s1=(pz+pcl)l/2Esp（8）

Esp=mEp+(1-m)Es（9）

式中:pz——水泥搅拌桩复合土层顶面的附加应力值(kPa)；

pcl——水泥搅拌桩复合土层底面的附加应力值(kPa)；

l——水泥搅拌桩长度(m)；

Ep——水泥土搅拌桩的压缩模量(MPa)，可取（100~120）fcu（kPa）。对桩较短或桩身强度较低者可取低值，反之可取高值。

Es——桩间土的压缩模量(kPa)。

4．本项目中水泥搅拌桩主要设计结果

本项目路基填土高度为0.6~4.5m，根据软土埋深等地质情况，水泥搅拌桩长度确定在8~12m之间，水泥搅拌桩直径采用50cm，单桩承载能力不小于150KN，涵洞通道底的复合地基承载能力要求不小于160kPa。涵洞、通道底的桩间距s=1.0m，采用42.5级水泥。水泥搅拌桩上部设置30cm厚的砂垫层和一层双向土工格栅。涵洞、通道底水泥搅拌桩处理立面图见下图：

5．结束语

项目早已施工完毕，经检验，水泥搅拌桩的质量达到设计和有关规范的要求，使用效果良好。