龐 牧 華

(安徽省水利部淮委水利科學(xué)研究院，安徽 蚌埠 233000)

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水泥土攪拌樁復(fù)合地基設(shè)計(jì)的研究

龐 牧 華

(安徽省水利部淮委水利科學(xué)研究院，安徽 蚌埠 233000)

以水泥土攪拌樁復(fù)合地基承載力特征值為研究對(duì)象，通過現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定計(jì)算參數(shù)，分析得到了不同樁徑和置換率條件下，水泥攪拌樁復(fù)合地基承載力特征值的變化規(guī)律，為水泥土攪拌樁加固軟土地基的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了依據(jù)。

水泥土攪拌樁，復(fù)合地基，承載力，樁徑，置換率

0 引言

我國地域遼闊，各種成因的軟土層分布較廣，近年來隨著各類水利工程建設(shè)項(xiàng)目的實(shí)施，經(jīng)常需要在軟土地基上進(jìn)行建筑施工。因此，對(duì)軟弱地基的加固，提高其承載力，已成為水利工程順利實(shí)施的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。水泥土攪拌樁是近年來使用的一項(xiàng)加固軟弱地基的新技術(shù)，具有施工方便、成本低、無振動(dòng)等優(yōu)點(diǎn)，其工程應(yīng)用日益廣泛[1]。采用水泥土攪拌樁加固軟土地基能較好地發(fā)揮地基土體和增強(qiáng)體兩部分承擔(dān)荷載的潛能，達(dá)到提高地基承載力和減小地基沉降的目的[2]。

基礎(chǔ)上部豎向荷載由水泥土攪拌單樁和周圍土體構(gòu)成復(fù)合地基共同承擔(dān)[3]，復(fù)合地基承載力是一個(gè)重要的設(shè)計(jì)依據(jù)[4]，在地基加固設(shè)計(jì)中確定復(fù)合地基承載力是設(shè)計(jì)工作的關(guān)鍵。復(fù)合地基的設(shè)計(jì)中，單樁豎向承載力和攪拌樁復(fù)合地基承載力應(yīng)通過現(xiàn)場(chǎng)荷載試驗(yàn)確定，也可按公式計(jì)算[5]。本文依據(jù)水泥土攪拌樁復(fù)合地基載荷試驗(yàn)結(jié)果，確定該工程區(qū)單樁承載力發(fā)揮系數(shù)，在此基礎(chǔ)上，分析研究面積置換率及樁徑對(duì)復(fù)合地基承載力的影響，對(duì)水泥土攪拌樁復(fù)合地基設(shè)計(jì)提出一些建議。

1 復(fù)合地基承載力特征值的計(jì)算

設(shè)計(jì)階段多數(shù)都是根據(jù)JGJ 79—2012建筑地基處理技術(shù)規(guī)范[6]計(jì)算單樁豎向承載力特征值：

(1)

Ra=ηfcuAp

(2)

(3)

其中，up為樁的周長,m；qsi為樁周第i層土的側(cè)阻力特征值；li為樁長范圍內(nèi)第i層土的厚度；αp為樁端阻力發(fā)揮系數(shù)；qp為樁端阻力特征值；λ為單樁承載力發(fā)揮系數(shù)；m為面積置換率；Ap為樁的截面積；β為樁間土承載力發(fā)揮系數(shù)；fsk為處理后的樁間土承載力特征值。

較多水泥攪拌樁研究發(fā)現(xiàn)，實(shí)測(cè)的水泥攪拌樁承載力特征值比設(shè)計(jì)承載力特征值低，在實(shí)際工程中設(shè)計(jì)參數(shù)的選擇和控制往往不盡合理[1,5,7,8]，因此計(jì)算公式中的系數(shù)選取尤為重要。下面通過現(xiàn)場(chǎng)荷載試驗(yàn)結(jié)果，優(yōu)化理論計(jì)算，確定該地區(qū)復(fù)核地基承載力的計(jì)算。

2 試驗(yàn)概況及結(jié)果

本工程為節(jié)制閘建設(shè)，位于皖北平原，區(qū)域地層分布具有二元性：廣泛出露的地層均為Q3沉積地層，沿河流兩側(cè)分布的Q4新近沉積地層。物探深度內(nèi)，地層自上而下分為5層，分述如下：

①淤泥質(zhì)粘土：灰色，濕，流塑狀態(tài)，含大量腐殖質(zhì)，局部為淤泥，高壓縮性。

②中粉質(zhì)壤土：灰色，濕，軟塑狀態(tài)，局部夾淤泥質(zhì)粘土，高壓縮性。

②-1粉砂：灰色，濕，松散狀態(tài)，局部夾淤泥質(zhì)粘土，高壓縮性。

③輕粉質(zhì)壤土：黃色，濕，中密狀態(tài)，局部夾重粉質(zhì)壤土薄層，中壓縮性。

④重粉質(zhì)壤土：灰黃色～黃色，濕，可塑～硬塑狀態(tài)，含少量鐵錳結(jié)核及鈣質(zhì)結(jié)核，局部夾輕粉質(zhì)壤土薄層，中壓縮性。

⑤粉質(zhì)粘土：灰黃色～棕黃色，濕，硬塑狀態(tài)，含少量鈣質(zhì)結(jié)核。

由于基礎(chǔ)土層強(qiáng)度低，壓縮性高，不宜采用天然地基，因此該節(jié)制閘工程采用水泥攪拌樁加固地基處理方法。水泥攪拌樁樁徑為0.6 m，樁長為7 m，樁端土層設(shè)計(jì)復(fù)合地基承載力130 kPa。

為檢驗(yàn)水泥攪拌樁復(fù)合地基承載力，現(xiàn)場(chǎng)抽取閘室段3根試樁進(jìn)行復(fù)合地基承載力測(cè)試，測(cè)試成果見表1。

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，項(xiàng)目區(qū)單樁承載力發(fā)揮系數(shù)λ=0.7時(shí)復(fù)核地基承載力計(jì)算值與試驗(yàn)值近似相等。確定項(xiàng)目區(qū)單樁承載力發(fā)揮系數(shù)后，下面對(duì)不同置換率和樁徑情況下的復(fù)合地基承載力進(jìn)行計(jì)算分析。

表1 水泥土攪拌樁復(fù)合地基荷載試驗(yàn)成果統(tǒng)計(jì)表

3 計(jì)算成果及分析

3.1 計(jì)算條件的確定

由試算可知，該區(qū)域單樁豎向承載力特征值由式(2)確定，則當(dāng)置換率改變時(shí)，不同樁徑計(jì)算得到的復(fù)合地基承載力特征值相等。文章分別選取相同樁長和置換率下0.3 m,0.4 m，0.5 m，0.6 m，0.7 m和0.8 m的樁徑，采用式(3)計(jì)算其復(fù)合地基承載力特征值，以及相同樁長和樁徑下10%，15%，20%，25%，30%，35%，40%，45%和50%的置換率，計(jì)算其復(fù)合地基承載力特征值。

3.2 計(jì)算成果

根據(jù)上述條件，計(jì)算復(fù)合地基承載力特征值見表2，表3，圖1，圖2。

表2 相同樁長和置換率不同樁徑復(fù)合地基承載力特征值成果表

表3 相同樁長和樁徑不同置換率復(fù)合地基承載力特征值成果表

由計(jì)算結(jié)果可知，相同樁長和置換率條件下，隨著樁徑的增加，復(fù)合地基承載力特征值增大，且變化較快，復(fù)合地基承載力特征值增加百分量呈直線變化。在設(shè)計(jì)工作中，對(duì)不同樁徑可不必逐個(gè)計(jì)算，利用復(fù)合地基承載力特征值增加百分量呈直線變化的規(guī)律即可推知待求樁徑復(fù)合地基承載力特征值。

相同樁長和樁徑條件下，隨著置換率增加，復(fù)合地基承載力特征值也增大，且呈直線變化。在設(shè)計(jì)工作中，對(duì)不同置換率也可不必逐個(gè)計(jì)算，利用復(fù)合地基承載力特征值呈直線變化的規(guī)律即可推知待求置換率條件下的復(fù)合地基承載力特征值。

4 結(jié)語

水泥攪拌樁復(fù)合地基承載力特征值的理論計(jì)算值常比實(shí)際值大，因此選擇合適的系數(shù)是設(shè)計(jì)工作的關(guān)鍵，可根據(jù)類似工程或現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定。水泥攪拌樁復(fù)合地基承載力特征值與樁徑、置換率等有關(guān)，找出其中存在的規(guī)律，可減少計(jì)算量，提高設(shè)計(jì)工作效率。

[1] 黃春霞，韓愛民，隋志龍，等.水泥土攪拌樁復(fù)合地基承載力的確定[J].水文地質(zhì)工程地質(zhì)，2009(3)：99-102.

[2] 張偉麗，蔡 健，林奕禧，等.水泥土攪拌樁復(fù)合地基的試驗(yàn)和數(shù)值模擬分析[J].地質(zhì)科技情報(bào)，2009(6)：136-139.

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

[4] 黃春霞，張鴻儒，桂國慶.水泥土攪拌樁復(fù)合地基承載力公式中折減系數(shù)β取值的分析[J].工程地質(zhì)學(xué)報(bào)，2003(4)：385-389.

[5] 何開勝.水泥土攪拌樁設(shè)計(jì)計(jì)算方法探討[J].巖土工程學(xué)報(bào)，2003(1)：31-35.

[6] JGJ 79—2012，建筑地基處理技術(shù)規(guī)范[S].

[7] 馬克生，梁仁旺，白曉紅.水泥攪拌樁復(fù)合地基承載力的試驗(yàn)確定[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2004(15)：2652-2654.

[8] 李 飛，劉松玉.水泥土樁復(fù)合地基承載力確定的幾個(gè)問題[J].東南大學(xué)學(xué)報(bào)，1999(S1)：94-98.

Research on design of composite foundation of cement-soil mixing piles

Pang Muhua

(Anhui & Huaihe River Institute of Hydraulic Research， Bengbu 233000， China)

The article studied on the composite foundation of cement-soil mixing piles’ bearing capacity, determination of calculation parameter by field test, found the regulation of bearing capacity on different pile diameter and replacement ratio， the result obtained herein can provide references for optimization design.

cement-soil mixing piles, composite foundation, bearing capacity, pile diameter, replacement ratio

1009-6825(2017)16-0091-02

2017-03-10

龐牧華(1985- )，男，助理工程師

TU472

A