水泥搅拌桩复合地基承载力研究Word文档格式.docx
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lOm以上,并按刚性桩方法来计算单桩承载
力.复合地基承载力通常是通过现场载荷试
验来确定的,其确定方法是按变形控制,并规
定取沉降S=o.004一o.01B(B为荷载板的
宽度)时所对应的荷载作为承载力基本值,或
按规范"
规定的复合地基承载力计算公式计
算:
I=m+卢(1一m.?
(1)
式中m为置换率;
为搅拌桩单桩承载力
标准值;
A为搅拌桩截面积;
..为天然地基
承载力标准值;
..为复合地基承载力标准
值;
为桩间土承载力折减系数.对于值,当
桩端土为软土时,可取0.5—1.O;
当桩端土为
硬土时,可取0.10.4:
当不考虑桩间软土的
作用时,可取零.
因此,无论采用载荷试验还是式
(1)来确
定复合地基承载力.对桩间土天然地基承载力
的取用,与天然地基取沉降S=0.02B时所对
应的荷载作为承载力基本值,三者取用天然地
基承载力的标准是不一致的.以桩间土天然地
基载荷试验的荷载.沉降曲线(图1)来说,三
者取用的是不同沉降对应的承载力,可以说,
存在着概念的混乱.
lIll尸um
P
图1桩间土承载力的确定
Detexmimti~afthehca曲词
2室内模型试验
为了研究水泥土类半{j性桩桩土接触面
与刚性桩桩土接触面荷载传递特性的差异,作
者设计了图2所示的桩土接触面荷载传递试
到稿日期:
1998-07.23.郑刚.男.32岁,副教授,从事
岩土工程教学与研究
第3期郑剐等:
土体桩体
图2桩土接触面荷载试验
Fig.2Modeltest0fload廿:
mofthe
inte,ffa~0fpi1e-,,Ariasoil
验.模型桩桩径6or一,高度为150illin,桩体
分别为C20素混凝土和水泥掺入比为18%的
水泥土.
试验箱由钢板制作,试验箱平面尺寸为
1(DOfm1X800fm1.内填150illin厚的粉质粘
土.土样在铺填以前进行了凉干粉碎,然后分
层抛洒铺填,覆盖无纺布并压上钢板后,按
35%含水量浇水并在2kPa荷载下固结15天,
再钻孔成桩.本试验的素混凝土桩模拟钻孔
瘫注桩的施工过程:
第一种,先在土中成孔,孔
径为60ⅡⅡn,再用钻孔瘫注桩旅工现场收集的
泥浆倒入孔中浸泡3O分钟后将泥浆漏放干
净,紧接着浇瘫素混凝土成桩.经测试,孔壁
泥皮厚度为1~2mm;
第二种,成孔后直接灌
入混凝土,模拟干法成孔灌注桩.本试验中的
半刚性桩是水泥土搅拌桩.在土中成孔后填
入现搅拌均匀的水泥土并适当压实,以模拟水
泥搅拌桩成桩过程中的轻微挤土作用.为便
于加载,在桩体中埋入了铁丝并引出桩体下
端,保证铁丝埋设位置正好处于桩中心.
试验加载是在桩下端预留铁丝上连接足
够大的容器,通过量杯加水来加载.为了保证
桩体下端不与钢板卡住,在成桩后立即将桩体
下端钢板以上10nⅡn高度内桩体半径减小
5illin.在桩顶安设百分表测量桩顶竖向位移.
以在某一级荷载作用下桩体位移不能收敛为
判断桩侧摩阻力达到极限的标准.试验过程
中保持土体顶面2kPa固结荷载不变,加载试
验在成桩28天后进行.
图3为刚性桩和水泥土桩不同龄期的荷
载传递曲线.图中横坐标表示桩体下端旅加
的荷载,纵坐标表示桩体在荷载作用下的位
移.从试验结果可以得出以下几点认识:
(1)水泥土桩由于搅拌较为均匀,水泥掺
入比又较高,28天龄期时的桩土接触面荷载
传递情况与干法成孔瘫注桩情况较为接近;
试
验水泥土搅拌桩极限侧摩阻力高于湿法成孔
(有泥皮)灌注桩极限侧摩阻力,略高于干法成
孔瘫注桩极限侧摩阻力.钻孔瘫注桩干法成
孔极限侧摩阻力高于湿法成孔的极限侧摩阻
力.
PIkN
图3桩土接触面荷载传统试验曲线
ng3Curveloadtrarl~erofthe
intea:
facepwith∞d
(2)在试验条件下,由于土体固结压力较
小,土体压缩模量较低,刚性桩和半刚性桩桩
体模量相对于土体压缩模量都较高,两者的桩
土接触面荷载传递没有大的差别,均表现出一
定的桩土接触面相对滑移现象.由此可以认
为.当采用水泥土搅拌桩等半刚性桩加固软土
地基时,在满足一定的条件时,可以将半刚性
桩视同刚性桩桩体来计算桩侧摩阻力.
(3)28天龄期时水泥土半刚性桩极限侧
摩阻力高于瘫注桩的极限侧摩阻力.对湿法
成孔灌注桩估计是瘫注桩桩周软弱泥皮的存
在所致;
干法成孔灌注桩因为成孔时因桩周土
岩土力学1999芷
体发生松弛,而且水泥硬化导致桩身收缩,也
削弱了侧摩阻力.实际工程中水泥土搅拌桩
没有表现出高于灌注桩的承载力主要是因为
水泥掺量低(通常为土天然重度的10%一
20%),实际施工时水泥浆与土很难充分搅拌
均匀,因而决定了桩身强度低,水泥土弹性模
量也相对较低,试桩时容易发生材料破坏或桩
身压缩量太而达到复合地基载荷试验终止加
荷的标准.
3现场复合地基承载力试验
前面提到复合地基的优化设计问题,涉及
到复合地基的基本的概念.采用复合地基的
目的:
一是提高承载力,从满足承载力的角度
来说,当桩长大于某个长度以后,存在无数不
同的桩长都能满足预定的承载力要求;
二是减
小地基压缩量,即减小基础沉降,通过对主要
压缩层进行加固,提高复合土体的平均压缩模
量,达到减小沉降的目的.由于基底下附加应
力随深度的增加而减小,因此,对附加应力较
大的土层进行加固和对附加应力已较小的土
层进行加固其意义是不同的.而附加应力的
扩散深度是与基础底板宽度和附加应力的太
小有关.
鉴于研究人员对单桩的有效桩长研
究"
多数是针对单桩,没有考虑基础板的影
响,为了研究桩长对实际基础下复合地基承载
力的影响,作者在天津华苑居住区二期工程五
区设计了两幢六层砖混住宅楼,采用筏板基
础,同一幢楼下采用了两种桩长,进行了八组
复合地基试验,结果见表l,表2及图4和
图5
表1华苑小区绮华里13楼复合地基静载荷试验沉降量(rim)表
Table1Theresulthtestof13h,ilai,~
l3楼与l6楼紧邻,根据勘查报告,二者
地质条件基本相同.从试验结果看,当桩长超
过有效长度以后,复合地基承载力并不随桩长
增加而增加.
根据复合地基载荷试验来确定复合地基
承载力时,由于主要是采用变形控制来确定,
当载荷板尺寸为1mxlm时,对应于载荷板
沉降为4~10nⅡn(即[5]=0.004—0.0l,
为载荷板宽度)时的荷载即为复合地基承载
力.以B34号桩为例,假定桩土应力比为4,
■
第3期刚等:
O,0100】50200250
P,kr
图413楼复合地基荷载试验曲线
Fig4Ctm,e0fcompositefo~dafionbearingt£
050】00I,02002卯
P,kIIⅡ
图516楼复台地基荷载试验曲线
Fig.5Curve唧0tBfound~alonbeoJ'
i~test
则在荷载为150kPa时,桩顶荷载P为75kN,
在假定桩端土反力为零,桩身弹性模量为
100lVlPa,忽略桩周土的侧向约束作用时,则桩
Dr
身压缩量为△==3m已远远超过[s]'
Im
值.这说明,类似水泥土搅拌桩的半刚性桩,
虽然可以按桩来计算单桩承载力,但由于桩身
模量较刚性桩低很多,往往在单桩承载力极限
值完全发挥以前,桩顶沉降就(包括桩身压缩
量)已超过[s]值.这说明,靠增加桩长来提
高复合地基承载力(按荷载试验来确定)是有
限的,而增加置换率则是提高承载力的有效途
径.从变形设计的角度来说,桩长往往由建筑
物的允许沉降量来确定.必须指出,上述分析
中并没有考虑桩端沉降,在考虑到[s]远远小
于发挥端阻力所需要的较大的沉降,说明端阻
力的贡献是不能发挥的,同样,如果把长桩视
为两段短桩,下面一段对上面一段提供的端阻
力也是不能考虑的.这就是单桩有效桩长的
原理.
作者在华苑设计的搅拌桩复合地基,根据
上述理论,采用了短桩,以提高置换率来获取
承载力,长桩则用来控制沉降,长短结合,既节
约造价,又提高了桩的利用率.
4复合地基桩间土承载力的确定
前面提到了几种桩间土承载力取用的标
准存在不~致,其一为:
天然地基承载力确定
与复合地基承载力确定采用的沉降标准不一
致,其二为:
公式
(1)考虑了类似刚性桩的群桩
效应和桩问土分担外荷载问题.在工程实践
中,常常在基础底板与搅拌桩桩顶之间设置
2OO~500Ⅻ的砂垫层,利用桩顶对垫层的
向上刺人来强迫桩间土发挥承载力,这就使荷
载由承台(或荷载板)向桩土的传递发生了变
化:
无垫层时,荷载首先主要由桩体承担,随着
沉降增大,桩问土反力才逐渐增大;
而设置垫
层后,主要荷载由桩间土承担,当桩顶垫层被
充分挤出和压密后,桩体才更多地承担增加的
荷载.即使桩端处于硬土层时,复合地基上建
筑物沉降量通常大于40mtn,由于垫层的存
在,足以使桩问土发挥承载力.这个变化由作
者在同一试验场地进行的有无垫层的复合地
基载荷试验结果得到证明.试验采用了2m
×
2m的荷载板,桩体采用≠420tm沉管灌
注桩(这是作者为验证垫层作用而进行的试
验,详细结果将另文讨论),桩长12m,桩顶与
基础板之间采用2OO一厚砂垫层.有无垫层
时的荷载一沉降关系相差很大,其原因是垫层
的有无改变了承台(荷载板)荷载向桩土传递
的规律.
在采用静载荷试验确定复合地基承载力
时,由于采用P.为复合地基承载力标
准值,由图1可见,桩问土承载力实际上只利
用了很小的一部分.桩问土承载力的利用程
n482
一一一
目日
0"
I
岩土力学1999
度对复合地基的造价影响巨大,因此,必须对
设置垫层以后复合地基承载力的确定进行深
人的研究.
5结论
根据水泥土桩模型试验和现场试验结果
的分析,可以认为:
(1)对水泥土类半刚性桩,其桩土接触面
荷载传递与刚性桩荷载传递特点并无很太差
别;
单桩承载力可按类似刚性桩的桩体侧摩阻
力计算方法来设计.但单桩承载力受有效桩
长的上限限制.
(2)靠增加桩长来提高承载力的作用是
有限的,应按建筑物的允许沉降来确定桩长,
即加固深度.
(3)单纯从提高复合地基承载力的角度
来说,提高桩身强度和置换率对提高承载力更
为有效.
(4)复合地基在确定桩间土承载力的取
值时,与天然地基承载力的确定标准不一致,
对地基处理造价影响巨太.
(5)设置褥垫层以后,基础向桩土传递荷
载的规律发生了变化,故复合地基承载力确定
方法尚需深入研究.
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