許慶偉（中國能源建設(shè)集團安徽省電力設(shè)計院有限公司，安徽合肥230601）

水泥土攪拌樁復(fù)合地基試驗成果分析

許慶偉（中國能源建設(shè)集團安徽省電力設(shè)計院有限公司，安徽合肥230601）

以5組水泥土攪拌樁復(fù)合地基試驗為依托，介紹了試驗的主要內(nèi)容和方案概況，分析研究了靜載試驗及樁土應(yīng)力比試驗成果，得出了有關(guān)樁間土承載力折減系數(shù)取值和樁土應(yīng)力比分布特點的結(jié)論，為相關(guān)工程的設(shè)計施工提供了經(jīng)驗和參考。

水泥土攪拌樁；樁間土承載力折減系數(shù)；樁土應(yīng)力比

1 引言

在復(fù)合地基設(shè)計計算中，樁間土承載力折減系數(shù)β的取值對復(fù)合地基承載力有重要影響。它的取值與樁間土和樁端土的性質(zhì)，攪拌樁的樁身強度和承載力，養(yǎng)護齡期等因素有關(guān)。樁間土較好、樁端土較弱、樁身強度較低、養(yǎng)護齡期較短，則β取高值，反之，則β值取低值[1～2]。

樁土應(yīng)力比試驗可直接對樁頂應(yīng)力與樁間土應(yīng)力進行測試，進而計算出樁土應(yīng)力比，其直觀反映了復(fù)合地基樁土對荷載的分擔(dān)情況。樁土應(yīng)力比的大小和變化規(guī)律影響著復(fù)合地基的承載力和變形。樁土應(yīng)力比與樁身材料、地基土的性質(zhì)、樁的長短、間距和置換率等因素有關(guān)[3]。

本文通過總結(jié)多個皖江地區(qū)變電站工程的水泥土攪拌樁復(fù)合地基試驗成果，對不同地層條件下樁間土承載力的發(fā)揮和樁土應(yīng)力的分擔(dān)及特征進行分析研究，得出了一些符合地區(qū)特點的實踐經(jīng)驗和結(jié)論。

2 復(fù)合地基試驗概況

2.1 復(fù)合地基試驗方案及地質(zhì)條件

根據(jù)地區(qū)工程經(jīng)驗，各試驗組試驗樁均采用干法施工，固化劑采用強度等級42.5MPa的普通硅酸鹽水泥，水泥摻入量采用15%。其他試驗參數(shù)及加固地層情況見表1～2。

表1 各試驗組試驗方案概況

表2 復(fù)合地基試驗加固地層、樁端持力層及樁間土工程性質(zhì)概況

2.2 復(fù)合地基試驗主要內(nèi)容

水泥土攪拌樁復(fù)合地基試驗內(nèi)容主要包括單樁靜載試驗、單樁復(fù)合地基靜載試驗和樁土應(yīng)力比試驗，其中樁土應(yīng)力比試驗是在進行復(fù)合地基靜載荷試驗的同時，在載荷板下對稱布置3～4個土壓力盒，通過土壓力盒量測在每一級荷載下樁間土所受到的豎向壓力。根據(jù)樁間土所受的豎向壓力以及載荷板上所施加的豎向荷載，可以推算出水泥土攪拌樁所受的豎向壓力，從而得出各級荷載下的樁土應(yīng)力比大小。

3 復(fù)合地基試驗成果分析與研究

3.1 單樁及復(fù)合地基靜載試驗

通過單樁及單樁復(fù)合地基靜載試驗可獲得單樁承載力特征值和單樁復(fù)合地基承載力特征值，在已知攪拌樁截面積、置換率和樁間土承載力特征值的情況下，當(dāng)單樁承載力發(fā)揮系數(shù)取1.0時，可反算得到各組試驗的樁間土承載力折減系數(shù)[4]，詳細(xì)的計算結(jié)果見表3。

表3 樁間土承載力折減系數(shù)反算結(jié)果

通過表3數(shù)據(jù)分析可以發(fā)現(xiàn)：

（1）整體上看，5組試驗反算的樁間土承載力折減系數(shù)結(jié)果均較大，這說明在復(fù)合地基試驗條件下，樁土變形協(xié)調(diào)較好，樁間土的承載能力能夠較好發(fā)揮，樁間土承載力折減系數(shù)可按規(guī)范的建議值取相對大值估算承載力。

（2）試驗組①、②和③樁間土承載力折減系數(shù)明顯大于試驗組④和⑤，通過分析不難看出，試驗組①、②和③的樁間土承載力特征值明顯高于試驗組④和⑤?？梢姡?dāng)樁間土工程性質(zhì)較好時，樁間土承載力折減系數(shù)宜取大值，反之則取小值。

3.2 樁土應(yīng)力比試驗

在進行復(fù)合地基靜載試驗的同時，有3組同時進行了樁土應(yīng)力測試，以下為3組復(fù)合地基試驗組樁土應(yīng)力比試驗成果。將3個試驗組樁土應(yīng)力比試驗成果進行匯總，可得到圖1統(tǒng)計對比圖。

圖1 樁土應(yīng)力比試驗統(tǒng)計對比圖

通過樁土應(yīng)力比成果統(tǒng)計圖分析可以得出以下結(jié)論：

（1）江北變和迎江變樁土應(yīng)力比先隨著荷載的增加而不斷增大，隨后出現(xiàn)明顯峰值，再隨著荷載增加開始逐漸減小。

說明在加荷初期，荷載將通過墊層比較均勻地傳遞到樁頂和樁側(cè)土，然后隨著樁和樁側(cè)土體變形的發(fā)展，土上應(yīng)力逐漸向樁上集中。當(dāng)荷載增大，復(fù)合地基的變形也隨之增大，樁上應(yīng)力集中加劇，樁土應(yīng)力比也隨之增大。但當(dāng)樁上應(yīng)力超過樁身比例極限強度后，樁體進人塑性狀態(tài)，樁體變形加大，樁上應(yīng)力又逐漸向樁間土轉(zhuǎn)移，樁土應(yīng)力比減少，直至樁和土共同進入塑性狀態(tài)，趨于某一數(shù)值。

同時，2組試驗雖趨勢基本一致，但樁土應(yīng)力比水平差別很大，這主要與樁間土的強度和樁間土承載能力的發(fā)揮程度有關(guān)。江北變樁間土強度較高且承載力發(fā)揮較充分，其樁土應(yīng)力比整體較小；迎江變樁間土強度較低且承載力發(fā)揮不足，其樁土應(yīng)力比整體較大。

（2）錢灣變樁土應(yīng)力比表現(xiàn)為隨著荷載的增加而不斷增大，開始增長幅度較大，后面增長幅度較小并逐漸保持基本不變，未出現(xiàn)峰值后的減小趨勢。

結(jié)合試驗情況分析可知，本組樁土應(yīng)力比試驗中，復(fù)合地基靜載試驗未達(dá)到破壞，而是加載至最大加載量后停止，取最大加載量作為復(fù)合地基的極限承載力。故樁體可能仍未進入塑性階段，則樁土應(yīng)力比未出現(xiàn)減小的趨勢。

4 結(jié)論

通過5組水泥土攪拌樁復(fù)合地基試驗成果的分析與研究，得到了以下幾方面主要結(jié)論：

（1）在復(fù)合地基試驗條件下，樁土變形協(xié)調(diào)較好，樁間土的承載能力能夠較好發(fā)揮，樁間土承載力特征值折減系數(shù)可按規(guī)范的建議值取相對大值估算承載力。當(dāng)樁間土工程性質(zhì)較好時，樁間土承載力特征值折減系數(shù)宜取大值，反之則取小值。

（2）試驗組的樁土應(yīng)力比先隨著荷載的增加而不斷增大，隨后出現(xiàn)明顯峰值，再隨著荷載增加開始逐漸減小的。

（3）當(dāng)樁間土工程性質(zhì)較好時，樁土應(yīng)力比相對較小，樁頂應(yīng)力集中不明顯，樁間土承載能力可得到較充分的發(fā)揮。

[1]徐至鈞，主編.水泥攪拌法處理地基[M].北京：中國機械工業(yè)出版社，2004.

[2]中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn).《建筑地基基礎(chǔ)處理規(guī)范》（GB50007-2011）[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2011.

[3]龔曉南，主編.地基處理手冊（第三版）[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2008.

[4]林奕禧，等.水泥土攪拌樁復(fù)合地基承載力折減系數(shù)α和β的試驗研究[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報，2009，9（28），增2.

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