柔性基础下复合地基桩土应力比现场试验研究Word格式文档下载.docx
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LIGuo—wei,YANGTao
（1.ResearchInstituteofGe~technicalEngineering,HohaiUniversity,Nanjing210098.China;
2.CollegeofUrbanConstructionandEnvironmentEngineering,UniversityofShanghaiforScienceandTechnology,Shang~200093,C~na）
Abstract:
Pile—soilStressratioisnilimportantparameterinthedesignofthecompositeground.Inthispaper,thefieldmeasurements
ofthepile—soilstressratioofthecompositegroundwithDCMpileunderembankmentarecarriedoutforJieyang—PIlningExpressway
inGuangdongProvince.Themagnitudeofthepile—soilstressratioanditsvariationwiththeloadandtheconsolidationtimeaI℃
measured.Themeasuredresultsshowthatthemeasuredpile—soilstressratioismuchmoreleSSthanthatunderrigidfoundation;
it
varieswithloadfromdecreasetoincreasefirst,thenintheformofwave.TheconclusiondrawnCanprovidevaluablepreferencefor
thedesignofthecompositegroundunderembankment.
Keywords:
flexiblefoundation;
rigidfoundation;
compositeground;
pile—soilstressratio
1前言
桩土应力比,即桩顶与桩间土平均应力的比
值,反映了复合地基桩土荷载分担特性,直接影响
着复合地基荷载传递和受力变形机理,是复合地基
沉降与稳定性分析的重要指标,亦是复合地基的一
个重要研究课题.目前通过大量室内外试验和理论
分析,刚性基础下复合地基桩土应力比研究取得了
较大进展【lJ,但对于诸如路堤这类柔性基础下的复
合地基研究成果就少得多,文献【6～10]给出了一些
路堤下桩土应力比实测结果;
文献【ll】通过现场单
桩复合地基模型试验,研究了基础刚度对桩土应力
比的影响;
文献[12,131在一定假设条件下建立了路
堤下复合地基桩土应力比的计算式,但由于测试上
的困难,现有的为数不多的实测结果离散性较
大,规律性差,理论公式与计算结果误差较大,设
计中无法采用.因此进一步加强路堤下复合地基桩
土应力比现场试验研究是十分必要的.笔者结合实
际工程,进行了路堤下复合地基桩土应力比现场试
验,对柔性基础下复合地基桩土应力比取值和变化
规律进行了探讨,并通过与刚性基础下复合地基的
比较,分析了柔性基础下复合地基的工作机理.
2现场试验
2.1工程概况与地质条件
广东省揭一普高速公路起于揭阳市锡场镇与新
亨镇交界处,止于普宁市池尾镇,设计全长45.1km,
沿线地基土主要是第四纪全新世沉积物,软基总长
23.86km,主要由淤泥和淤泥质土组成,最大厚度
收稿日期:
2003.12-02修改稿收到日期:
2004-04-23
作者简介:
李国维,男,1964生,博士研究生,高级工程师,主要从事岩土工程原位测试,高速公路软基处理和土动力学方面的研究.
E-mail:
njIgw@
266岩土力学20o5年
为18m.路堤用砂填筑,铺两层SS20型双向拉伸
土工格栅,顶宽26m,设计边坡1:
1.5.试验断面
为k11+320断面,土层从上至下为:
①粉质粘土,
灰色,软塑一可塑,厚约2.5m;
②淤泥,深灰色,
流塑一软塑,厚约5.0m;
③含粉细砂淤泥,深灰色,
流塑一软塑,厚约2.9m;
④含粘土砂,浅灰色,稍
密一中密,厚约3.6m;
⑤粉质粘土,浅灰色,可塑,
厚约3-3m;
⑥砂层,灰黄色,稍密一中密.部分土
层的物理力学性质指标见表1.表1中同时给出了
由静力触探试验获得的部分土层的承载力.
表1试验断面土层物理力学性质指标
TableIThephysico?
mechanicalparametersofsoilsinexperimentalsection
2.2桩体与复合地基承载力
试验断面采用粉喷桩复合地基加固.粉喷桩采
用425#水泥,掺入比为15%.桩径为50cm,桩
长为9m,间距为1.4m,正三角形布置.图1（a）
给出了龄期53d时单桩载荷试验获得的P—S曲线,
由此得到粉喷桩单桩极限承载力为189kN,图1（b）
为龄期42d时单桩复合地基的P.曲线,由此得
到复合地基承载力约为151kPa.
15
l30
45
60
0lo02o03o0
（a）单桩P.S益线
Pl
0lo0
（b）单桩复合地基P.S曲线
图1静载荷试验曲线
Fig.1Staticloadingtestcurves
2.3试验仪器与埋设方法
本次试验采用土压力盒测量桩顶和桩间土应
力.用土压力盒测量应力,为获得理想的结果,必
须控制好仪器制造,室内标定和现场埋设3个环
节.研究表明lJ引,土压力盒越薄,接触面积越大,
量测越准确.水中标定误差较大,故应在现场实际
材料中标定,本次试验采用南京水利科学研究院生
产的JGZ型钢弦式土中土压力盒,量程200kPa,
在砂中进行标定.现场埋设采用砂垫层法:
首先将
桩顶削平使桩顶与桩间土表面在同一高程上.然后
在桩顶和桩间土表面铺一薄层砂,将其夯实,在砂
垫层上放置土压力盒.图2为土压力盒埋设布置图,
给出了各土压力盒的编号和相对位置.试验自2002
年7月28日开始,1.78m以下路堤是当天采用人工
方法填筑,1.78m以上路堤是机械压实.
桩体
图2土压力盒埋设布置图（单位:
mm）
Fig.2Arrangementofpressurecells（unit:
3试验成果
图3给出了试验点路堤填土厚度时程线,路堤
填筑总厚度为5.50nl.本次试验中桩和土的性质,
桩的几何尺寸,布置是一定的,桩,土应力及桩土
应力比的影响因素主要是填土荷载和各级荷载的间
歇时间（固结时间）,以下分析这2个因素的影响.
Om∞如
第2期李国维等:
柔性基础下复合地基桩土应力比现场试验研究267
050100150200250
t,d
图3试验点填土厚度时程线
Fig-~Embankmentheightwithtimeatthetestpoint
3.1桩,土应力及桩土应力比
在埋设的6只土压力盒中,桩上的2169和
203埋设当天就坏死,桩间土上的3036和2157
分别存活了4d和70d,而桩上的4001和桩间土上
的2097土压力盒一直工作正常.考虑到路堤荷载
难于准确确定,本文采用路堤厚度反映荷载大小,
图4给出了由4001和2097土压力盒实测的桩顶和
桩间土应力随填土厚度变化曲线,桩,土应力取路
堤荷载施加完时刻的测值.从图4中可以看到,随
着荷载的增加,桩顶与桩间土上的应力不断增大,
桩间土上的应力基本是上按线性增大的,最大值为
98kPa,虽然超过了天然地基的承载力,但桩间土
并未破坏.
150
120
日
90
生
3O
H|in
（b）
图5实测桩土应力比.土层J|【度越线
Fig.5Themeasuredcurvesofpile?
soilstressratiovload
3.2固结时间的影响
图6给出了实测的各级填土荷载下桩土应力比
随固结时间变化曲线,时间零点统一取自各级荷载
的停载点.图6表明,桩土应力比随固结时间的增
长略有波动,一般是随固结时间增加而增大,但总
的增幅较小,只有0.1～0.2左右.因此,工程设计
中可不考虑固结时间对桩土应力比的影响.
1.6
图4实测桩顶及桩问土应力.路堤J|【度关系曲线o
Fig.4Curvesofmeasuredpiletopstressesandearth
stressesbetweenpilesVS.embankmentthickness
图5为实测的桩土应力比随填土厚度变化曲线,
其中图5（a）结果是由桩上4001,2032土压力盒
和桩间土3036,2097土压力盒测量获得,图5Co）
结果是由桩上4001土压力盒和桩间土2097,2157
土压力盒测量获得.从图可以看出,随着填土荷载
的增加,桩土应力比从最大值逐渐下降,达到其
最小值后上升,达到峰值后又重复这一过程,呈波
浪形变化.桩土应力比值在1.it1.75之间.显然,
桩土应力比数值要比冈0性基础下的小得多.
O5lOl5
t/d
（a）
O5Ol0ol5O
Co）
图6桩土应力比随固结时间变化越线
Fig.6Variationofpile-softstressratiowith
consolidationt~lne
642O
岩土力学2005年
3.3柔性基础下复合地基工作机理分析
刚性基础下的复合地基,由于基础刚度很大,
强迫桩顶沉降量与桩问土相同,这样就使得大部分
荷载向桩顶转移,桩顶应力远大于桩问土,桩土应
力比很大.段继伟等J通过现场水泥土桩载荷板试
验发现,刚性基础下复合地基是桩头先压坏,其承
载能力随之降低,荷载向桩问土转移,而桩土应力
比随荷载的增加呈现出由d,N大达到峰值后,再逐
渐减小的向上凸单峰曲线特征,反映出刚性基础下
的复合地基荷载分担特性,如路堤这样的柔性基础
下的复合地基,基础刚度很小.现场实测表明【】,
桩顶沉降量与桩问土并不相同,桩间土沉降大于桩
顶沉降,桩身上部出现负摩阻力.本文测得的桩土
应力比只有1.1～1.75,而吴慧明等uu现场单桩模型
试验结果为1.1～1.6,二者数值相当接近.可见,
柔性基础下的复合地基桩土应力比要比刚性基础下
小得多,其根本原因就在于柔性基础并不强迫桩顶
沉降量与桩问土相同,因此荷载并不会大规模向桩
顶转移.本文实测的桩土应力比在加荷初期较大,
随着荷载的增加而减小,后又增加
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