夯實水泥土樁復合地基變形特性的試驗研究

1、<p>　　夯實水泥土樁復合地基變形特性的試驗研究</p><p>　　摘要：本文通過對夯實水泥土樁復合地基的單樁、單樁復合地基和多樁復合地基的對比試驗研究，得出了夯實水泥土樁復合地基中樁、樁間土和復合地基的沉降變形規(guī)律。 </p><p>　　關鍵詞：復合地基；荷載；變形特性 </p><p>　　中圖分類號：TU4 文獻標識碼：A 文章編號： <

2、/p><p><b>　　1 前言 </b></p><p>　　夯實水泥土樁復合地基技術是目前我國北方地區(qū)地下水位較深的一種地基處理新技術，它是將水泥和土按設計比例拌和均勻，在孔內(nèi)夯實至設計要求的密實而形成的加固樁體，與樁間土組合成復合地基，已廣泛應用在建設工程的地基處理中。該項技術發(fā)布實施有行業(yè)和地方標準，并發(fā)表有多篇論文和研究成果，尤其在強度和施工工藝等方面的研究較

3、為變遍，但是在變形特性試驗研究較少。 </p><p>　　該項技術隨著復合地基在工程中的廣泛應用，復合地基承載力和沉降的確定一直是學術界和工程界關注的問題。一些學者利用現(xiàn)場試驗結果來推求碎石樁復合地基的變形，也有的學者利用半空間均質彈性體的Mindlin應力解或Geddes應力解，用分層總和法來求彈性狀態(tài)下柔性樁復合地基的沉降，這些結果都有待于實踐的進一步檢驗.現(xiàn)場靜荷試驗被公認為是最可靠的手段.復合地基的特點

4、在于樁與樁間土共同承擔荷載，根據(jù)單樁復合地基載荷試驗得到的荷載沉降P-S曲線來推求復合地基承載力和沉降量具有現(xiàn)實意義。本文通過現(xiàn)場21組天然地基、單樁、單樁復合地基和多樁復合地基的試驗，其樁徑為300mm、樁長為4.0m、樁間距為1.0m、置換率為7.1%、水泥摻入比為12%的試驗條件，進行了對比試驗研究。實測夯實水泥土樁復合地基在靜載荷試驗條件下的沉降，來研究復合地基中樁、樁間土各自的變形規(guī)律。 </p><p&g

5、t;　　2不同條件下夯實水泥土單樁和復合地基變形特性 </p><p><b>　　2.1 天然地基 </b></p><p>　　天然地基載荷試驗結果（圖1）顯示，隨著施加在天然地基上荷載的增加，地基沉降量不斷增長，荷載和沉降關系曲線表現(xiàn)為緩變型，曲線未出現(xiàn)明顯的拐點。曲線初始的彈性直線段較短，為天然地基彈性壓縮階段，此時地基沉降小。隨著載荷水平提高，地基土出現(xiàn)塑性

6、變形，荷載與沉降關系曲線發(fā)生彎曲，很快隨荷載增加天然地基沉降加快，地基土發(fā)生屈服破壞。 </p><p><b>　　2.2 單樁 </b></p><p>　　單樁載荷試驗結果（圖2）可知，隨著施加在樁頂荷載的增加，樁身沉降量不斷增長。荷載與沉降關系曲線上出現(xiàn)明顯的拐點，表現(xiàn)為陡降型。曲線呈現(xiàn)出三段特點，第一段是初始直線段，為樁身彈性壓縮階段，此時樁身沉降??；隨著荷

7、載水平提高，樁身發(fā)生屈服，荷載與沉降關系曲線發(fā)生彎曲，這一曲線段較短；很快樁身沉降量隨荷載增加加快，樁身發(fā)生破裂破壞?，F(xiàn)場挖樁觀測，發(fā)現(xiàn)樁身上端均發(fā)生了劈裂破壞，破裂面基本上與荷載作用方向一致，這是樁身受豎向荷載沿水平方向產(chǎn)生的次生拉伸應力而導致樁身破壞。這也從另一個側面反映了夯實水泥土類樁的黏結強度較低，故其在豎向荷載作用下易發(fā)生脆性張裂破壞。 </p><p>　　2.3 單樁復合地基 </p>

8、<p>　　由試驗結果可知，本次試驗的水泥土樁水泥與土滲入比為1：7（體積比），樁土模量的比值較小。當荷載水平較低時，復合地基產(chǎn)生的變形也較小，荷載主要由樁體來承擔，樁間土發(fā)揮的作用很小。隨荷載的增加，復合地基變形量增大，樁間土因被壓密其承載作用逐漸得到發(fā)揮。當樁體分擔荷載達到樁體的彈性極限后，樁間土的荷載分擔比迅速增大。 </p><p>　　單樁復合地基載荷試驗結果（圖3）可知。荷載與沉降關系曲線

9、仍表現(xiàn)為三段特點，在復合地基載荷試驗P-S曲線上表現(xiàn)為直線段較長，隨荷載增加復合地基沉降成線性增長，初始的直線段一直延伸到300kN以上，說明單樁復合地基的彈性變形量較大，復合地基的承載力較高；隨后，曲線發(fā)生彎曲，復合地基發(fā)生屈服，很快就出現(xiàn)了陡降段，而且隨荷載水平提高沉降增加的速率加快，說明夯實水泥土樁復合地基在豎向荷載作用下發(fā)生破壞。曲線的特點顯示了單樁復合地基發(fā)生脆性變形破壞的特點。試驗結束后，挖樁結束后，挖樁檢測發(fā)現(xiàn)樁頭破裂，這

10、進一步證明了夯實水泥土單樁復合地基的破壞方式為脆性破壞。 </p><p>　　與單樁載荷試驗的結果相比，單樁復合地基荷載與沉降關系曲線的初始直線段明顯比單樁要長得多，復合地基的承載力相比于單樁有明顯提高，說明采用復合地基處理地基土比單純采用樁處理地基土更經(jīng)濟合理。 </p><p>　　2.4 四樁復合地基 </p><p>　　四樁復合地基載荷試驗結果（圖4）可

11、知，荷載與沉降關系曲線表現(xiàn)為緩臺階狀特點，初始的直線段一直延伸到1000kN以上，說明多樁復合地基折彈性變形模量較大，復合地基的承載力較高；隨荷載增加，曲線發(fā)生彎曲，復合地基發(fā)生屈服。隨后曲線出現(xiàn)了臺階，沉降速率減慢，繼續(xù)施加荷載，曲線出現(xiàn)陡降段，而且隨荷載水平提高沉降增加的速率加快，說明夯實水泥土樁復合地基在豎向荷載作用下發(fā)生破壞。曲線臺階式的變化特點反映了四樁復合地基內(nèi)各樁不是同時發(fā)生破壞，當P-S曲線開始出現(xiàn)彎曲段時，可能是其中某

12、一根樁或兩根樁發(fā)生了屈服，甚至破裂，但隨之其余樁承擔了不斷施加的荷載，隨后剩余的樁相繼屈服。試驗結束后，觀測四樁樁身變形破壞情況，發(fā)現(xiàn)僅有兩根樁頭發(fā)生了破裂，這說明夯實水泥土多樁復合地基的破壞方式以樁身累進式破壞為主。與單樁、單樁復合地基載荷試驗的結果相比，四樁復合地基的荷載與沉降關系曲線的臺階式變化特點反映了多樁復合地基承載特性的復雜性。雖然第一次屈服后，多樁復合地基后期的承載力仍有潛力，但從安全的角度來說，這部分的承載力只能作為安全

13、儲備。 </p><p>　　2.5 褥墊層對變形特性的影響 </p><p>　　當樁體與基礎之間設置有墊層時，在樁頂處，由于樁體刺入墊層中，樁體相對于土體發(fā)生了向上的相對位移，則樁頂處產(chǎn)生的向下的負摩阻力，在墊層以下則產(chǎn)生向上的正摩阻力。柔性樁樁側摩阻力的分布規(guī)律與是否設置墊層、樁體剛度、樁間土強度、樁端土強度和基礎剛度等諸多因素有關，在計算分析中要充分考慮這些因素。不同厚度的褥墊層對

14、夯實水泥土樁復合地基的變形明顯不同，試驗中選取了不同厚度（0.1m、0.2m、.03m、0.4m、0.5m）和不同材料（粗砂和碎石）的對比試驗，發(fā)現(xiàn)復合地基的承載力比天然地基上、單樁均有明顯提高，承載力特征值在設置褥墊層后顯著增長。在設置0.2m和0.3m厚粗砂墊層（圖5、圖6）后，試驗測得的單樁復合地基承載力特征值比按單樁和樁間土復合計算的承載力特征值提高了30%以上。 </p><p>　　從不同厚度褥墊層的

15、夯實水泥土單樁復合地基荷載與沉降關系曲線看出。當褥墊層厚度由小變大時，荷載與沉降關系曲線出現(xiàn)在有規(guī)律的變化。當墊層厚度為0.1m時，曲線的三段性明顯，復合地基屈服前沉降量不足10mm，初始的直線段后，荷載繼續(xù)增加，復合地基發(fā)生屈服，但屈服段很短，復合地基很快出現(xiàn)塑性變形破壞；墊層厚度增加到0.2m，復合地基屈服時的沉降量不足40mm，至0.3m時，屈服時的沉降量增加至50mm左右，此時初始的直線段有彎曲現(xiàn)象，這說明在復合地基屈服前雖然以

16、彈性壓縮變形為主外，尚發(fā)生了少量的塑性變形；墊層厚度增加至0.5m時，初始的直線段和破壞以后的陡降段不再明顯分開，曲線有向緩變型曲線變化的趨勢，這與工程實際情況也是相符的。 </p><p><b>　　3 結論 </b></p><p>　　通過天然地基、單樁、單樁復合地基、四樁復合地基在豎向荷載下的變形特點，可以得出以下結論： </p><p&

17、gt;　　試驗場地地基為粉土和粉質黏土，天然地基荷載—沉降曲線表現(xiàn)為緩變型，這與以往載荷試驗結果是一致的；夯實水泥土樁單樁由于能自身成樁，具有一定的黏結強度，故單樁受荷后均表現(xiàn)為脆性劈裂破壞，其荷載—沉降曲線表現(xiàn)為陡降型；單樁復合地基對相同樁長和相同樁徑、相同水泥摻入比的復合地基來說，其與沉降曲線密切相關，復合地基荷載—沉降曲線表現(xiàn)為陡降型；四樁復合地基荷載一關系曲線均表現(xiàn)為緩降型。 </p><p>　　夯實水

18、泥土樁復合地基承擔荷載時，樁頂?shù)淖冃位旧吓c復合地基是同步的。但其荷載—沉降曲線大都表現(xiàn)為陡降型曲線，這與夯實水泥土樁本身承載力不高，且分擔荷載較大有關。試驗結果表明，可以利用樁頂?shù)暮奢d—沉降曲線來確定單樁復合地基或樁身的承載力。 </p><p>　　當復合地基承載時，樁間土的沉降量大小與深度成反比。樁間土埋深越大，則其沉降量越小，沉降量集中在3~4倍樁徑范圍內(nèi)。 </p><p>　　

19、墊層的厚薄與樁頂受力及沉降大小密切相關。選擇合適的墊層厚度對夯實水泥土樁復合地基的承載能力的提高和沉降變形的降低是有益的。 </p><p><b>　　參考文獻 </b></p><p>　　[1]閻明禮·地基處理技術[M].北京：中國環(huán)境科學出版社，2001. </p><p>　　[2]張振拴·水泥土樁復合地基技術研究

20、.建筑工程技術實踐與進展[M].石家莊：河北科學技術出版社，2004：1—6 </p><p>　　[3]張振拴，等·水泥土樁復合地基技術規(guī)程（DB13(J)39—2003）[S].石家莊：河北省建設廳發(fā)布，2003. </p><p>　　[4]郭忠賢，楊志紅，宋杰，等.夯實水泥土樁的荷載傳遞特性[J].巖土力學，2000，21（3）. </p><p>