李 斌

軟土地基水泥土攪拌法計(jì)算中的參數(shù)研究

李 斌

福建鐵四院勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司

結(jié)合工程實(shí)例，分析了在高壓縮性軟土地區(qū)，采用復(fù)合地基載荷試驗(yàn)及計(jì)算方法確定水泥攪拌樁復(fù)合地基承載力計(jì)算存在的問題，并提出對(duì)確定軟土水泥攪拌樁復(fù)合地基承載力計(jì)算的方法。

軟土 水泥攪拌樁 復(fù)合地基 承載力

福州江陰港鐵路支線位于福清市境內(nèi)的興化灣北岸。其港區(qū)站場(chǎng)位于江陰半島南端濱海深厚大面積的軟土地基上，且該軟土地基在成因、分布和地質(zhì)條件等方面均具有代表性，尤其是在以濱海相沉積軟土為基本構(gòu)成的東南沿海更是具有代表性，屬于典型的福州軟土。該軟土地層的具有高壓縮、低強(qiáng)度和低滲透等特性。目前該項(xiàng)目正進(jìn)行施工，并開展了相關(guān)軟土地基處理的試驗(yàn)研究。

1 工程概況

1.1 工程地質(zhì)條件 (見表1)

本項(xiàng)目所處地段屬海積平原區(qū)，地勢(shì)平坦開闊，主要地層有：Q4M淤泥，流塑，厚度10～22m左右，靠外側(cè)海域厚度最大地段厚約25m；往下為含礫石粉質(zhì)黏土。下伏基巖為強(qiáng)風(fēng)化～弱風(fēng)化J3nb凝灰?guī)r，基巖面起伏變化較大。松散堆積物中地下水為孔隙潛水，基巖中地下水為裂隙水，地表水為海水，地下水對(duì)砼無侵蝕性，氯鹽環(huán)境作用等級(jí)為L2。本段不良地質(zhì)不發(fā)育，特殊性巖土為淤泥。

表1 工程地質(zhì)條件

1.2 工程建設(shè)情況

站場(chǎng)內(nèi)有一般場(chǎng)地段和鐵路線路段兩種路基，分別對(duì)其進(jìn)行地基處理。一般場(chǎng)地段采用大面積超載預(yù)壓法、真空＋堆載聯(lián)合預(yù)壓法施工，可以在潮汐侵?jǐn)_的條件下展開施工；鐵路線路段采用水泥攪拌樁復(fù)合地基加固法施工，首先應(yīng)修建一道圍堰，在無潮汐侵?jǐn)_的條件下方可展開施工。軟基處理的標(biāo)準(zhǔn)是工后沉降應(yīng)小于0.3m。本文僅對(duì)水泥土攪拌法計(jì)算中的參數(shù)進(jìn)行研究。

1.3 水泥攪拌樁復(fù)合地基承載力確定方法的分析

1.3.1綜合計(jì)算確定復(fù)合地基承載力

水泥攪拌樁的有關(guān)參數(shù)計(jì)算套用《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》文獻(xiàn)[1]第9.2.5條規(guī)定:攪拌樁復(fù)合地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值應(yīng)通過現(xiàn)場(chǎng)復(fù)合地基載荷試驗(yàn)確定，初步設(shè)計(jì)也可以按下式計(jì)算:

式中： fspk復(fù)合地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值；m面積置換率；Ap樁的截面積；fsk樁間天然地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值；β樁間土承載力折減系數(shù)，當(dāng)樁端土為軟土?xí)r取0.5~1.0，當(dāng)樁端土為硬土?xí)r取0.1~0.4，當(dāng)不考慮樁間土的作用時(shí)取0；

這個(gè)公式本身就有不易確定的參數(shù)。(1)β值所給定的是區(qū)間值，相差很大，取值是否準(zhǔn)確最終還要通過試驗(yàn)來檢驗(yàn)。(2)樁間天然地基土的承載力標(biāo)準(zhǔn)fsk也是不易確定的值。確定方法不統(tǒng)一，有的取土層中最小值fk，有的憑經(jīng)驗(yàn)取綜合值，也有的采用厚度加權(quán)平均fk值作為fsk。但都不能反映地基土受力從上至下由強(qiáng)變?nèi)鯇?dǎo)致土層變形差異的特征。比如軟硬相間的土層，硬土層在上部與下部的地基變形總量是不同的，因此fsk也不同。此公式所計(jì)算出的復(fù)合地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值并不準(zhǔn)確，它只是一個(gè)估算公式，我們認(rèn)為只能用于設(shè)計(jì)階段估算復(fù)合地基承載力。

1.3.2單樁豎向承載力標(biāo)準(zhǔn)值的確定

《規(guī)范》第11.2.4條規(guī)定Ra單樁豎向承載力標(biāo)準(zhǔn)值，應(yīng)通過現(xiàn)場(chǎng)單樁載荷試驗(yàn)確定。本項(xiàng)目通過室內(nèi)配合比試驗(yàn)，確定水泥標(biāo)號(hào)、水泥摻量、水泥漿水灰比、外加劑等因素與水泥土加固體的立方體抗壓強(qiáng)度fcu、變形模量Ep的關(guān)系。這里暫定fcu為1.3MPa（按90天齡期進(jìn)行強(qiáng)度取值），Ep為50MPa作為以下設(shè)計(jì)的計(jì)算值。

根據(jù)式(11.2.4-1)由樁周土摩擦力確定的單樁承載力（對(duì)于柔性樁可不考慮樁端土承載力）

根據(jù)式(11.2.4-2)計(jì)算由樁身材料強(qiáng)度確定的單樁承載力

通常由樁身材料強(qiáng)度確定的單樁承載力，應(yīng)大等于由樁周土和樁端土確定的單樁承載力，由此確定有效樁長為9.75m。同時(shí)復(fù)合地基承載力f與復(fù)合地基的變形模量E可分別通過以下兩個(gè)公式估算（和分別為置換率和樁長）。

1.3.3采用復(fù)合地基載荷試驗(yàn)確定復(fù)合地基承載力

根據(jù)規(guī)范規(guī)定，作為工程設(shè)計(jì)使用的復(fù)合地基承載力應(yīng)通過現(xiàn)場(chǎng)載荷試驗(yàn)確定。

1.3.3.1單樁復(fù)合地基載荷試驗(yàn)。一般通過面積置換率反求壓板面積，用壓板對(duì)樁土一起加載試驗(yàn)，按試驗(yàn)規(guī)程求得單樁復(fù)合地基承載力值。有人論證過，當(dāng)面積置換率m>22%時(shí)，應(yīng)考慮應(yīng)力重疊作用，不宜直接將單樁復(fù)合地基承載力值作為復(fù)合地基承載力使用。此外壓板載荷試驗(yàn)所測(cè)定的變形影響深度只是壓板邊長2倍深，顯然單樁復(fù)合地基載荷試驗(yàn)不能反映樁土復(fù)合地基在建筑載荷下的真實(shí)承載性狀，所測(cè)定承載力值不真實(shí)。

1.3.3.2復(fù)合地基載荷試驗(yàn)。有的專家認(rèn)為，最好模擬路基寬度做大面積群樁載荷試驗(yàn)，這樣可以排除應(yīng)力重疊的影響，并且壓板邊長與路基寬度一致，能真實(shí)模擬地基受力變形情況。進(jìn)一步分析，路基形成的地基土同時(shí)受力后，通過壓力擴(kuò)散，在一定深度內(nèi)應(yīng)力相互重疊，形成筏基作用的效果，所以實(shí)際地基土長時(shí)間的壓縮變形的影響深度很深。

一般2 m基礎(chǔ)寬的壓板群樁載荷試驗(yàn)，其壓縮變形影響深度也只是在4 m以內(nèi)，并且按試驗(yàn)規(guī)程，其觀測(cè)時(shí)間也是有限的，而路基的沉降時(shí)間長達(dá)幾年甚至幾十年。嚴(yán)格地講，群樁載荷試驗(yàn)也不能模擬建筑物載荷作用下復(fù)合地基的真實(shí)承載性狀，所測(cè)定承載力也不宜直接用于工程設(shè)計(jì)。

2 結(jié)論

《巖土工程勘察規(guī)范》文獻(xiàn)[2]第6.3.7條第2款規(guī)定，“軟土地基承載力應(yīng)根據(jù)室內(nèi)試驗(yàn)、原位測(cè)試、當(dāng)?shù)亟?jīng)驗(yàn)，并結(jié)合下列因素綜合確定：(1)軟土成層條件、應(yīng)力歷史、結(jié)構(gòu)性、靈敏度等力學(xué)特性和排水條件；(2)上部結(jié)構(gòu)類型、剛度、荷載性質(zhì)和分布，對(duì)不均勻沉降的敏感性；(3)基礎(chǔ)的類型、尺寸、埋深、剛度等；(4)施工方法和程序?！边@條規(guī)定充分說明，沒有一種較為通用的方法來確定軟土地基承載力值，只有根據(jù)當(dāng)?shù)赝悎?chǎng)地土、同類建筑類型的工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)來確定。因此對(duì)確定軟土水泥攪拌樁復(fù)合地基承載力提出如下方法。

2.1 水泥攪拌樁處理只是對(duì)軟土地基的部分加固，復(fù)合地基根本上還是軟土地基

復(fù)合地基承載力和路基沉降量，也應(yīng)根據(jù)對(duì)既有路基的長期觀測(cè)取經(jīng)驗(yàn)值。載荷試驗(yàn)可用于判別地基土的相對(duì)強(qiáng)度，僅作為確定承載力的參考依據(jù)，各地區(qū)應(yīng)該通過大量的實(shí)踐，結(jié)合多種試驗(yàn)手段建立起地區(qū)性、單元性的軟土地基及各類復(fù)合地基的承載力和變形沉降經(jīng)驗(yàn)值，作為工程設(shè)計(jì)的可靠依據(jù)。

2.2 承載力的意義

主要是作為壓縮變形量較小的一般地基土的受荷控制條件：一般載荷小于承載力值，不會(huì)出現(xiàn)地基土破壞現(xiàn)象，并能滿足建筑物沉降要求。但高壓縮性軟土地基，按通常試驗(yàn)方法確定的承載力作為地基受荷條件，并不能滿足路基的沉降要求。

現(xiàn)行規(guī)范規(guī)定軟土地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)必須滿足變形和承載力雙控要求。有的專家認(rèn)為變形控制是第一位的，承載力僅作為驗(yàn)算指標(biāo)。因此軟土地基承載力在工程設(shè)計(jì)中的意義并不大。按承載力的計(jì)算公式，我們?cè)谲浲恋貐^(qū)還找不到一種有效的通用方法測(cè)定承載力值，使其同時(shí)作為地基土強(qiáng)度和路基變形沉降的控制參數(shù)。在軟土地基勘察及地基處理中，工作重點(diǎn)應(yīng)該直接放在穩(wěn)定計(jì)算和研究變形沉降的控制措施上。

[1] JGJ 79—2002,建筑地基處理技術(shù)規(guī)范[S].

[2] GB 50021—2001，巖土工程勘察規(guī)范[S].

[3] 駱銀輝.對(duì)粉噴樁軟土復(fù)合地基承載力確定方法的探討[J].探礦工程,2002,(5):18-19.