跨越垃圾土及软土桩板结构路基的应用分析

跨越垃圾土及软土桩板结构路基的应用分析

陈新国

浙江数智交院科技股份有限公司 杭州 310006

摘要：桩板结构是一种新型的地基加固处理形式，其用于垃圾土和软土并存的特殊地质条件尚无成功的工程经验。本文以杭甬高速复线威海互通匝道路基为例，针对同时存在垃圾土和软土的特殊地质条件，提出了桩接盖梁的板式结构、桩板固结的板式结构以及暗埋式桩板结构三种形式，并进行受力计算和技术经济性分析，暗埋式桩板结构作为一种受力合理、经济性好的方案，可推荐作为跨越垃圾土和软土的路基形式。

关键词：垃圾土 软土 桩板结构

1 引言

桩板结构路基作为一种新型的路基结构形式，能有效控制软土路段路基沉降且易于施工，目前在京沪高铁^[1]、沪杭高铁^[2]等软土路段铁路工程中已成功运用，也作为跨越岩溶路段的路基形式得到应用^[3]，但在公路工程中垃圾土、软土的特殊地质条件下应用较少。本文针对杭甬高速公路复线威海互通收费站路基段的特殊地质情况，提出桩接盖梁的板式结构、桩板固结的板式结构以及暗埋式桩板结构三种跨越方案，并对其进行了数值计算及经济对比分析^[4]。

2 工程概况

杭甬高速复线威海互通位于杭州湾南岸滨海平原区，场地地层浅部以垃圾为主，厚约4.9~14.5m，其下地层依次为灰色淤泥质粉质粘土、软塑粉质粘土为主，厚约12~18m，强度低。根据钻探成果，垃圾土类型基本分两层：上部以建筑垃圾为主，含混凝土块、碎石、碎砖等为主，夹杂破烂板材、瓷砖等，厚度2.3~6m；下部垃圾成分主要是烂塑料袋、碎布等夹有塑料绳、腐烂纸板箱等，厚度3~12m。

互通区C匝道路基填高约2~3m，需要进行地基处理。由于软土的高压缩性及上覆垃圾土的松散性，常规的软基处理方案较难解决上部垃圾土压密沉降、垃圾腐烂沉陷、软土固结导致的沉降，且施工难度大，传统的桩承式路堤、复合地基存在施工难度大、路基沉降较难控制等问题，且不宜进行开挖换填处理，因此提出桩板结构方案。该结构主要由桩基和钢筋混凝土承台板组成，主要工作机理是通过承台板将上部荷载传到桩体，桩体把荷载扩散到桩间土、下卧层，从而达到控制垃圾土、软土路基沉降与变形破坏的目的^[2]。

3 桩板结构方案及计算分析

根据小跨度桩板梁结构的桩板连接方式、组合形式和设置位置，提出桩接盖梁的板式结构、桩板固结的板式结构以及暗埋式桩板结构三种形式。

3.1 桩接盖梁的板式结构

采用桩接盖梁，盖梁上搭接钢筋混凝土简支板，盖梁与板之间通过油毛毡隔离。该方案结构受力类似于简支梁桥，释放了板与下部结构之间的转角约束和水平约束，可有效降低上部梁板次内力对下部基础的影响。根据地质资料分析及上下部结构结合共同比选，在跨径上选择最经济合理的6m简支钢筋混凝土现浇板，每块板宽度5m，下部桩基采用0.8m钻孔桩。

分别对自重、汽车荷载及梯度升温三种工况进行计算，由弯矩包络图可知，简支板最大内力分布在板边跨中位置，其余位置内力较小，汽车荷载与梯度升温对板的受力影响较大。

3.2桩板固结的无梁板式结构

以矩形板+四根钻孔桩为基本受力模型，为避免过大的收缩及温度次内力对固结构件的影响，故该基本单元彼此之间均为独立体系，板间设置断缝。调整桩间距、挑臂长度及板单元面积多尺寸试算，得出最优方案为四桩式矩形现浇板，即桩间距5m，挑臂1.5m，标准板单元8×8m作为受力最合理的标准板单元。由弯矩包络图可知，桩板固结等厚板的板最大内力分布在桩顶及板边跨中位置，其余板位置内力较小，但板采用等厚结构，造成混凝土材料浪费。受力不合理，造价高，但利于底模施工，施工较便利。

根据板的受力形态，考虑受力较大处设置梗掖，桩顶处纵横梗掖厚度45cm，其余位置板厚30cm，桩采用直径0.8m钻孔桩，其余同桩板固结的无梁板式结构。桩板固结带梗掖板的最大内力分布在桩顶及桩间，均处于梗掖加厚段，其余板厚度较小位置的板内力也较小，受力合理，节省材料和造价，但不利于底模施工。

板的挠度分析结论：梯度升温造成板边竖向位移4mm，板角点竖向位移14mm；汽车荷载造成板边竖向位移2mm，板角点竖向位移3mm。在梯度温度和汽车荷载作用下，现浇板悬臂端和角点会产生台阶效应，会影响行车舒适度。

3.3暗埋式桩板结构

为避免梯度升温对板的不利影响，暗埋式桩板结构采用暗埋板+板上土石路基+路面组合，开挖设计路面标高以下约2.3m范围内的建筑垃圾，采用预制管桩打穿垃圾土及软土后，桩顶设置桩帽与钢筋混凝土板固结，板上再填筑50cm级配碎石层+76cm土石混合料+74cm路面结构，板顶至路面顶总厚度为2.0m。经不同桩径、桩间距及板厚进行技术经济比选后，采用最优的桩、板组合，参数如下：管桩直径40cm，间距2.3m，桩帽尺寸为1.2m×1.2m×0.35m，标准板单元尺寸为11.5m×11.5m，板厚30cm。

由基本组合弯矩图可知，板及桩帽在与桩固结位置附近的弯矩最大，其余位置次之，内力值总体较小，桩帽有效削弱了板的负弯矩峰值。板角位移较小，距路面有一定高度，

4 方案比较分析

桩接盖梁的无梁板式结构、桩板固结的无梁板式结构以及暗埋式桩板结构几种方案桩板连接方式、桩型、结构受力均不同，施工便利性也不一样，几种形式的主要工程量及造价见表1。

表1 桩板结构技术经济比较表

5 结论

针对路基下伏垃圾土及软土的地质特征，提出了桩接盖梁的无梁板式结构、桩板固结的无梁板式结构（等厚板和带梗掖板）、暗埋式桩板结构三种路基结构形式，并对其进行了受力计算和经济比较分析，得到以下结论。

（1）桩板结构可通过桩、板结构解决在垃圾土、软土层上路基的沉降和稳定问题。

（2）三种桩板结构形式通过桩、板的合理组合，均可满足公路荷载、梯度升温等工况的受力要求。

（3）暗埋式桩板结构采用小直径预制管桩加桩帽连接现浇板，受梯度升温影响小，受力合理，造价经济。

综上结论，验证了本工程路基采用暗埋式桩板结构跨越垃圾土及软土路段是合理的。

参考文献

[1]刘宝，苏谦，赵文辉等.京沪高铁深埋式桩板结构设计计算方法分析[J].铁道建筑，2015（4）：134-116.

[2]刘家兵，深厚软土地基上跨浅埋地铁桩板结构施工技术研究[J].铁道标准设计，2013（7）：16-19.

[3]孙勇，黄俊杰，任正能等，跨越溶洞上方埋入式桩板梁结构路基选型分析[J].铁道建筑，2013（4）：94-97.

[4]浙江省交通规划设计研究院.杭州湾地区环线并行线G92N（杭甬高速复线）宁波段一期工程 两阶段施工图设计[D].杭州：浙江省交通规划设计研究院，2017.

作者：陈新国（1982-），男，浙江省杭州市人，硕士，高级工程师，从事公路路基路面设计工作。

联系电话：13705814694，邮箱41113352@qq.com

作者联系方式（请务必填写）

Application analysis of pile-slab structure subgrade crossing garbage soil and soft soil

Abstract: Pile-slab structure is a new type of foundation reinforcement. There is no successful engineering experience in the special geological conditions of garbage soil and soft soil. In this paper, taking Weihai interchange ramp subgrade of Hangzhou-Ningbo double track as an example, aiming at the special geological conditions of garbage soil and soft soil, three types of slab structure with pile cap beam, slab structure with pile-slab consolidation and buried pile-slab structure are proposed, and the mechanical calculation and techno-economic analysis are carried out. As a reasonable and economical scheme, the buried pile-slab structure can be recommended as a form of subgrade crossing garbage soil and soft soil.

Key words: garbage soil; soft soil; pile-slab structure;