第一章 绪论
1.1 研究背景
上世纪80年代，我国重点加强建设交通基础设施，公路建设飞速发展。沪嘉高速公路在1988年10月31日修建完成并通车，标志着中国大陆的高速公路从无到有，实现了零的突破。1990年9月，我国修建完成了沈大高速公路，全长为375.0km，为大陆里程之最，是我国公路建设进入一个高速公路发展新时代的重要标志。之后京津塘、沪宁等高速公路相继建成并投入使用，截至2011年年底，我国高速公路的通车总里程达8.5万千米，仅比美国少（当时美国高速公路的通车总里程大概为10万千米），位居世界第二。
在修建高等级公路的过程中，地基变形以及路堤的稳定，严重影响了道路施工建设。然而，我国地域比较广阔，地形地貌的类型比较多，分布相当广，其中软土的分布较为广泛，严重制约了我国的高速公路的发展。在我国已建成和正在修建的高速公路中，有许多道路路段都含有软土，如表1.1所示。因此，软土地基在修建道路时占有独特的重要地位，需要谨慎处理。我国沿海地区经济比较发达，当地的地质由于海水季风等原因，土质多为饱和的粘土，修建公路相当困难。针对这种特殊的软土地基，专家们通过对该类软土的工程实践，积累了许多经验，在国内已经出现了许多比较完善的研究成果。随着国家政策西部大开发战略的推进，西部地区的道路网渐渐建立，高速公路在西部山区越来越多。中部以及西部地区的高速公路建设也步入了正轨，快速蓬勃的发展。中西部的地质地貌比较独特，与其他地区不相同，因此处理软土路基的方法也有其独特的特点。中西部地区在修建高速公路时，选线过程需要考虑技术、经济和环境等，从而使环境条件、当地的经济发展和自然风景旅游景观兼顾协调发展。高速公路会途经许多特殊的地质地貌地区。因此，研究特殊的地质地貌，发展其路基处理技术，对我国中西部的高速公路的建设发展意义深远。
1.2 刚柔组合桩的研究现状
1.2.1 国内研究现状
吴建华、张涛提出了由刚柔组合桩复合地基承载力的标准值计算公式，通过实验确定了公式中的一些系数。但是刚柔组合桩复合地基的桩的特性与自由状态单桩时不一样，缺乏一定的说服力。
刘吉福、周正忠、张旷成通过一个组合桩复合地基的具体工程实例，指出了褥垫层对复合地基的特性有很大的影响。
郭红梅、马培贤利用高压灌注桩和夯实水泥土桩组合桩的具体工程，通过设置褥垫层来协调桩和桩间土，地基承载力和沉降变形均能满足要求，认为组合型复合地基是可以用在工程中的。
应永法、章雷分析了刚性桩和柔性桩的特性，提出利用复合型地基来处理软土地基。复合地基在设计过程按照刚性桩时设计，提出了相应的承载力计算公式以及沉降变形计算公式。该公式只考虑了刚性桩和柔性桩承担一定的荷载，并以此考虑沉降，未考虑桩与桩间土的协调作用，误差比较大。
马骥介绍了长短桩复合地基的工程应用设计方法，总结给出了地基承载力和沉降的计算公式，并对公式里的参数进行了分析。
徐新跃根据具体的工程实例，提出混凝土管桩和水泥搅拌桩组合桩复合地基可以有效的处理一些地质条件的地基。
周德泉认为组合桩复合地基要根据工程具体地质情况设计，设计时要满足荷载大小、基础类型以及环保等具体要求。为满足地基基础强度，沉降以及稳定性，需要选用不同的桩体材料，褥垫层、施工工艺以及桩型布置等。
石旭光对刚柔组合桩进行了有限元分析，其构成包含一根刚性桩以及四根柔性桩，并分析了其承载机理与变形
张忠苗、辛公锋结合具体的工程实例，对由两根刚性桩与两根柔性桩组成的刚柔组合桩复合地基利用计算机模拟技术分析，得出利用刚柔组合桩复合地基处理地基后承载力提高和沉降降低的结论。
王经雨研究了由碎石桩和混凝土桩构成的组合桩复合地基，并进行了三维弹塑性分析，得出了受力变形特性。
杨军龙对长短桩复合地基的沉降计算公式进行了总结，并根据工程实践经验，对其进行了简化处理。
张世民根据复合桩基的沉降计算方法,结合修正应力法，计算当刚性桩达到极限承载时的沉降计算，以此作为刚柔组合桩的沉降计算。但此假设条件往往与实际不符，借鉴意义不大。
第二章 常用的软土地基处理方法
2.1 软土概述
2.1.1 软土的特性
①软土的概况 国内外专家在研究软土过程并没有给出一个明确的定义，各个研究领域给出的定义也不近相同。一些学科内把软土定义为由细粒土所组成的土体简称。一些学科内把含水量较大，孔隙比较大，抗剪强度、渗透系数低，且压缩性、灵敏度高的粘性土统称为软土。一些专家认为软土通常和泥炭或粉沙沉积交错的饱和性粘土等软弱土层，往往具有低剪切强度以及压缩性大的特性。还有定义软土是指天然含水量大、压缩性高、承载能力低的一种软塑到流塑状态的粘性土，如淤泥、淤泥质土以及其他高压缩性饱和粘性土、粉土等。我国《岩土工程勘察规范》中规定:天然孔隙比大于或等于1.0，且天然含水量大于液限的细粒土应判定为软土，包括淤泥、淤泥质土、泥炭、泥炭土等，其压缩系数大于 0.5MPa-1，不排水抗剪强度小于30kPa。
通常定义软土是根据其解决的具体工程实践和工程类型，但都体现了软土的一般特性，即软土为以粘性土为主的具有孔隙比较高、低强度、含水量高、高压缩性以及低渗透性的工程特性的软弱土层。
②鉴别软土
国内外各个研究领域对软土的鉴别方法也不完全相同，主要是根据软土所具有的工程特性划分的。我国铁路部门对软土划分的标准为：孔隙比不小于1；天然含水量在液限值以上；压缩模量在4000kPa以内；静力触探贯入阻力不大于700kPa；标准贯入击数小于2；不排水强度小于25kPa。
2.2 软土主要破坏形式
山区软土与一般内陆平原以及东部沿海地区比较，它们的形成过程以及工程性质不同，因此，山区软土路基有着其独特的破坏形式。如贵州山区大多数路段修建在河道两岸、沟谷侧面以及一些冲洪积扇地区，雨水天气时软土路基容易遭到冲蚀与浸透，特别是当发生暴雨、泥石流以及滑坡等地质灾害时，软土路基更加容易遭受毁坏，给交通带来了巨大的隐患。针对贵州山区的特点，我们分析总结了贵州山区软土地基的主要破坏形式，其软土路基破坏形式主要有以下四种：剪切拉裂破坏、浸水沉陷破坏、剥蚀坍塌破坏和推挤滑动破坏。
①剪切拉裂破坏
软土路基在高强度的行车荷载以及自重共同作用下而毁坏的破坏形式被称作剪切拉裂破坏（如图 2-1）。软土具有一定的高触变性，软土受到外部荷载扰动后其强度不足以保持原结构，软基结构发生变化，进而软弱土层向两侧滑动或滑移，挤出路基表层，使路基产生不均匀沉降。道路发生剪切拉裂破坏时会出现隆起现象，道路的临空面一侧或两侧表现为车道沉陷；在外部荷载作用下，路面在拉力和剪切力的作用下产生疲劳裂缝，随着时间的不断推移，裂缝不断变大并连通，路面被严重破坏而不能正常使用。特别是在一些弯道，受到的拉力和剪切力更加大且不均匀，剪切拉裂破坏更为严重。
②浸水沉陷破坏
在雨水量比较充足集中的山区地区，若道路的排水设施不全或排水能力不足，在路基周围很容易产生积水冲刷浸透路基。路基在外部荷载、温差作用以及自重作用下，很容易产生不均匀沉降现象，破坏路基结构，致使道路路面破损产生裂缝。雨水不断冲刷裂缝，将部分土颗粒带出路基而产生“溜浆”现象，通常称作为“橡皮路”。随着时间的推移，道路路面局部向下凹陷，行车经过会产生震颤颠簸，在桥头处通常会出现跳车错台现象。在一些地下水发育较好，地下水呈泉水溢出的地段，应当做好路基处理和防排水工作，否则路基很容易遭到失稳破坏，导致最终不能正常使用。
③剥蚀坍塌破坏
软土具有较松散以及易侵蚀的特点，当风、流水、以及泥石流剥蚀路基很容易产生剥蚀坍塌破坏。在雨水比较充足集中时，雨水或泥石流不断的冲蚀路基，路基的部分土体被冲刷流走，路基失稳，路基边坡被破坏而坍塌下滑。在一些沿河道高填方路段，若路基没有进行一定的防护措施，裸露路基在遭受雨水以及流水的冲蚀，临河侧路基很容易被破坏，路堤坍塌，路面损坏，影响道路的正常使用。
第三章 刚柔组合桩的基本理论介绍 ............... 24
3.1 刚柔组合桩概述 ................. 24
3.1.1 刚柔组合桩的定义 ............. 24
3.1.2 刚柔组合桩的适用条件 .................... 25
第四章 刚柔组合桩复合地基理论计算 .......... 32
4.1 复合地基计算中常用的几个概念 ................ 32
4.1.1 面积置换率 ............. 32
第五章 刚柔组合桩有限元分析 ................ 46
5.1PLAXIS 有限元软件简介 .............. 46
5.2 数值模型的建立 ................. 47
第六章 刚柔组合桩优化设计和工程设计
6.1 刚柔组合桩复合地基的施工工艺与质量控制
6.1.1 刚柔组合桩的施工工艺介绍
刚柔组合桩复合地基在施工过程中，一般先对柔性桩进行施工，完成后再进行刚性桩的施工。施工方法可按照具体的刚性桩和柔性桩的施工方法进行施工，施工前应注意桩的设计计算，以及桩型桩位的布置。
①施工前的准备工作
1）施工前，应建造施工临时设施，保证场地“三通一平”。
2）施工技术人员应做好动员教育工作，熟悉相关设计图纸以及规程，养护施工设备与材料，保证施工的顺利进行。
3）清理施工现场，做好防排水工作。
4）组装设备，接通水电并进行调试。
5）根据图纸设计进行测量定位，确定每个桩的桩位并做好标记。
6）清除桩孔渣土，设明显的注尺标志。
7）试桩应不少于两个，并做好施工顺序的制定。
②施工技术
1）先施工柔性桩，柔性桩施工完成后，对原土体产生挤密作用，排除空隙水，地基承载力得到有效的提高，待复合地基强度达到一定强度后，进行刚性桩施工。
2）成桩机械准备就位，确保沉管与地面垂直，偏差一般要求不大于 1%，从而保证桩竖直的作用在土体中。桩位偏差一般要求不大于0.4倍的桩径。
3）启动马达沉管至预定标高，并做好记录。记录每下降 1m 的电流显示，对土层变化予以说明。
4）确认成桩复合设计要求后，用一定填料封层，进行下一根桩的施工。
5）施工过程中，应做好抽样检测工作，并根据具体要求做好记录。
第七章 结论与展望
7.1 结论
本文主要依托贵州省交通运输厅的科技项目，结合贵州省境内道路建设过程中常遇到的工程软土问题，进一步研究了刚柔组合桩复合地基在贵州山区的应用。主要研究成果如下：
①收集国内外研究资料，总结概述了专家们对刚柔组合桩复合地基的研究现状，为本文的写作提供了理论基础。
②统一给出了软土的定义，深入调查了贵州省山区的软土以及软土路基的特点，分析了贵州山区软土地基破坏的原因以及形式。此外，结合工程实例，对贵州山区现有的软土地基处理方法进行了相关论述，为提出刚柔组合桩复合地基处理山区软土路基提供依据。
③给出了刚柔组合桩复合地基的定义，结合工程实践，总结出了刚柔组合桩复合地基的适用范围以及加固机理。通过对单桩复合地基的承载力以及沉降计算方法的研究，给出了刚柔组合桩复合地基的理论计算公式，为研究刚柔组合桩复合地基的优化设计提供了理论基础。
④利用计算机软件PLAXIS有限元，对具体工程实例进行了施工模拟计算，给出了刚柔组合桩复合地基施工模拟全过程，分析了桩设计参数对复合地基沉降量的影响。研究表明，刚性桩桩长对复合地基沉降量影响很大，褥垫层厚度以及桩间距有一定影响，柔性桩桩长对沉降的影响不是很大。
⑤结合杭瑞高速贵州段的实际工程项目，对刚柔组合桩复合地基进行了理论计算，计算复合地基地基承载力以及沉降量均能满足设计要求。并对刚柔组合桩复合地基进行了成本分析，研究表明在同种处理效果条件下，刚柔组合桩能够有效的降低施工成本。
参考文献（略）