2009年第3期水文地质工程地质 # 99 #
水泥土搅拌桩复合地基承载力的确定
黄春霞, 韩爱民, 隋志龙, 肖向军, 王 凯
(11南京工业大学土木工程学院, 南京 210009; 21中国有色金属工业长沙勘察设计研究院, 长沙 410011;
31江苏省有色金属华东地质勘查局八一三队, 南京 211100)
摘要:在水泥土搅拌桩复合地基设计中, 复合地基承载力是最重要的设计依据。本文通过对多个搅拌桩工程的单桩和复合地基载荷试验结果进行分析, 发现工程中的水泥土单桩的实际承载力一般难以达到设计或理论计算值。在此基础上, 对工程中如何确定水泥土搅拌桩复合地基承载力特征值提出了一些合理化建议。关键词:水泥土搅拌桩复合地基; 承载力; 载荷试验; 折减系数
中图分类号:TU431 文献标识码:A 文章编号:1000-3665(2009) 03-0099-04
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1
1
2
3
1 引言
水泥土搅拌桩是近年来使用的一项加固软弱地基的新技术, 由于具有施工方便、成本低、无振动等优点, 其工程应用日益广泛。随着水泥土搅拌桩在软弱地基处理中的逐步应用, 一些值得商榷的理论计算及试验成果也相应出现, 已引起工程界的广泛重视
[1~3]
桩承载力特征值。在单桩承载力确定后, 复合地基的承载力即可通过桩土面积置换率、地基土承载力采用公式计算得到。由于水泥土搅拌桩复合地基的承载力关系到复合地基设计是否安全和经济的问题, 所以应进行相应的技术经济指标对比分析, 使计算得到的复合地基承载力与实际承载力相近。由此, 要求所选用的计算公式能够准确反映复合地基的实际承载能力。
本文依据水泥土搅拌桩工程的单桩及复合地基载荷试验结果, 对水泥土搅拌桩复合地基承载力计算公式及其参数取值进行了分析。在此基础上, 对工程中如何确定水泥土搅拌桩复合地基承载力特征值提出了一些合理化建议。
。
在水泥土搅拌桩复合地基设计中, 复合地基承载力是最重要的设计依据, 应由现场复合地基大型载荷试验确定。但复合地基大型载荷试验费用高、时间长, 除大型工程或特别重要的工程必须进行此项试验外, 一般水泥土搅拌桩复合地基设计主要采用以下两种方法:(1) 按桩土面积置换率m 进行加权平均确定复合地基承载力(即通过单桩承载力、桩土面积置换率以及地基土承载力的计算确定) ; (2) 根据单桩承载力、地基土承载力以及工程要达到的复合地基承载力来计算确定桩土面积置换率。
由此可见, 水泥土搅拌桩单桩承载力是确定复合地基承载力的关键因素之一, 也应通过现场单桩载荷试验确定。只是在工程实践中一般较少单独对水泥土搅拌桩进行单桩载荷试验来确定其承载力, 多数都是根据5建筑地基处理技术规范(JGJ79-2002) 6(以下简称规范) 通过刚性桩原理和桩身强度计算来确定单
[4]
2 复合地基承载力特征值的确定
单桩竖向承载力特征值应通过现场载荷试验确定。初步设计时可以按式(1) 估算。并应同时满足式(2) 的要求, 保证桩身材料强度确定的单桩承载力大于(或等于) 由桩周土和桩端土的抗力所提供的单桩承载力。
R a =u p
i =1
[4]
E q l
n
si i
+A q p A p (1) (2)
R a =G f cu A p
式中:R a ) ) ) 单桩承载力特征值(kPa) ;
f cu ) ) ) 与搅拌桩桩身加固土配比相同的室内加
收稿日期:2007-09-07; 修订日期:2008-12-06
基金项目:江苏省土木工程与防灾减灾重点实验室开放项目
(J SCE072)
作者简介:黄春霞(1974-) , 女, 博士, 副教授, 从事岩土工程教
学及研究工作。
E 固土试块在标准养护条件下90d 龄期的立方体抗压强度平均值(kPa) ; G ) ) ) 桩身强度折减系数; A p ) ) ) 桩的截面积(m ) ; p ) ) ) ;
2
# 100 # 水文地质工程地质2009年第3期
n ) ) ) 桩长范围内所划分的土层数; q s i ) ) ) 桩周第i 层土的侧阻力特征值(kPa) ; l i ) ) ) 桩长范围内第i 层土的厚度(m); q p ) ) ) 桩端地基土未经修正的承载力特征值(kPa) ;
A ) ) ) 桩端天然地基土的承载力折减系数。由式(1) 及式(2) 可知, 水泥土搅拌桩单桩承载力特征值是通过桩身水泥土的强度以及刚性桩原理来计算桩侧摩阻力和桩端阻力的。
搅拌桩复合地基承载力特征值可按下式计算:
R a
f spk =m +B (1-m ) f sk (3)
A p
式中:f sp k ) ) ) 复合地基的承载力特征值(kPa) ;
m ) ) ) 面积置换率;
B ) ) ) 桩间土承载力折减系数;
f sk ) ) ) 处理后桩间土承载力特征值(kPa) , 宜按
当地经验取值, 如无经验时, 可取天然地基承载力特征值。
前已述及, 目前水泥土搅拌桩工程设计阶段大多都是采用式(3) 计算水泥土搅拌桩复合地基承载力特征值的。从式(3) 中可以看出, 复合地基承载力特征值计算的准确度主要取决于单桩和桩间土承载力特征值以及桩间土承载力折减系数B 的合理取值。下面通过实际水泥土搅拌桩工程的载荷试验结果对采用上式确定复合地基承载力特征值进行分析和讨论。
上的浅基础, 故该工程采用水泥土搅拌桩进行地基加固。水泥土搅拌桩的桩径为0155m, 设计单桩承载力特征值R a =150kN, 桩土面积置换率m =3810%, 要求加固后的复合地基承载力特征值f sp k =240kPa 。
表1 各土层物理力学性质指标统计表Table 1 Physical properties index of so ils
土层名称杂填土粘土粉土圆砾
含水量密度Q 孔隙比w (%) (g P cm 3) 24152812
[1**********]9
e [**************]
塑性
液性
压缩模量承载力
f sk (kPa) 80
[1**********]0
指数I P 指数I L E s (MPa) [1**********]
[**************]
[***********]15132
粉质粘土1812
4 载荷试验结果及分析
411 单桩和复合地基载荷试验结果
为检验水泥土搅拌桩单桩承载力及其与复合地基承载力的关系, 在工程现场对复合地基承载力进行测试的同时, 还对单桩承载力进行了测试, 其中3组为单桩载荷试验, 4组为单桩复合地基载荷试验, 承压板面积为0179m @0179m 。
载荷试验的整个过程根据规范中的有关规定进行, 试验均采用慢速维持荷载法。加载反力系统为堆载平台反力装置, 由千斤顶加载, 由百分表测读沉降, 总加载量取设计承载力值的2倍。单桩载荷试验每级施加的荷载为总加载量的1P 10, 首级荷载加倍。单桩复合地基载荷试验每级施加的荷载为总加载量的1P 8。水泥土搅拌桩单桩和复合地基载荷试验成果统计见表2和表3。
从表2可知, 本次单桩载荷试验所得到的单桩承载力基本值最大为138kN, 最小为135kN, 平均为13617kN, 均未达到设计单桩承载力特征值150kN 的要求, 实测得到的单桩承载力特征值的平均值为设计单桩承载力特征值的9111%; 而从表3可以看到, 4组单桩复合地基载荷试验所得到的复合地基承载力基本值最大为287kPa, 最小为270kPa, 平均为27915kPa, 均超过设计要求的复合地基标准值, 实测到的复合地基承载力特征值的平均值为设计要求复合地基承载力特征值的11615%, 因此加固后地基承载力特征值达到设计要求。
412 单桩和复合地基载荷试验结果分析
根据上述工程现场载荷试验结果分析, 得到在实3 试验工程概况
本工程为多栋七层住宅楼建筑群, 位于邕江I 级阶地。场区地基土为第四系河流冲积物, 在勘探深度内, 地层从上至下分为五层, 分述如下:
杂填土¹:杂色, 稍湿-湿, 该层为粘性土、碎砖、石、腐殖质等混杂, 极松散, 层厚014~017m 。
粘土º:黄色, 裂隙发育, 稍湿, 硬塑状态, 层厚119~2105m 。分布于场地局部地段, 呈中等压缩性。
粉质粘土»:黄、暗黄色, 稍湿, 硬塑状态, 层厚513~717m 。分布于场地局部地段, 呈中等压缩性。粉土¼:黑、灰、深灰色, 土质较均匀, 饱和, 软塑状态, 层厚119~616m, 呈中等偏高压缩性。
圆砾½:灰、灰白色, 砾石含量为60%~70%, 磨圆度好。根据勘探资料显示, 该层未被钻穿。
各土层物理力学性质指标见表1。
由于其中一栋住宅楼建筑场区杂填土¹之下为粉土,
2009年第3期水文地质工程地质 # 101 #
理论计算(按式(3) ) 所确定的单桩承载力特征值有一定的差距, 仅达到设计值的9111%。由此可见, 虽然复合地基发生与水泥土搅拌桩承载力特征值相对应的
应变值时, 天然地基土所提供的承载力可能小于其承载力特征值, 但问题在于水泥土搅拌桩本身在复合地基中能否达到其设计或理论计算的承载力特征值。也就是说, 水泥土搅拌桩单桩承载力特征值在复合地基承载力计算中应如何取值。是取理论计算值, 还是适当折减?
表2 水泥土搅拌桩单桩载荷试验成果统计表Table 2 Loading test results of cemen-t soil m ixing pile
单桩承载力
试验点号
总加载量(kN) 260260260平均值
总沉降量(mm)[**************]
设计特征值R a (kN) [1**********]0
实测R a 测(kN)[1**********]617
R a 测P R a (%)9113
[1**********]1
算值当作适当折减。
根据上述分析可知, 实际工程中水泥土搅拌桩与
桩间地基土的承载力分担情况同目前水泥土搅拌桩复合地基承载力计算时所考虑的情况不尽相同。事实上, 由于水泥土搅拌桩与天然地基土的刚度存在较大的差异, 两者在相同荷载下承载力发挥程度是不一致的。单桩带台试验表明, 摩擦型水泥土搅拌桩在设计荷载作用下桩顶应力发挥一般, 桩间土上的应力却达到天然地基承载力, 这是由于复合地基中桩对桩间土的侧向约束与拦阻效应所致。作为复合地基的水泥土搅拌桩, 考虑了实际存在的承台或垫层与桩、土的共同作用。然而, 由于桩顶与承台或垫层接触的不均匀, 以及由于传给单桩的荷载的不均匀, 各桩发挥的承载力并不一致。在设计荷载下建筑边缘桩的承载力已充分发挥, 内部的桩却并未达到设计承载力。
因此, 本文认为在计算水泥土搅拌桩复合地基承载力时, 应分为两种情况:若单桩承载力特征值是通过载荷试验实测得到的, 则选用式(3) 来计算复合地基承载力。若单桩承载力特征值是通过式(1) 及式(2) 计算得到的, 应将式(3) 中桩提供的承载力乘以一个小于1的修正系数B p , 称为计算单桩承载力折减系数。与此对应, 桩间土承载力折减系数采用B s 来表示。亦即在目前水泥土搅拌桩复合地基承载力计算式(3) 基础上, 可以建立以下修正表达式:
R a
f sp, k =B p m A +B s (1-m ) f s, k
p [6]
1#2#3#
注:表中设计单桩承载力特征值R a 按式(1) 和式(2)计算确定。
表3 水泥土搅拌桩单桩复合地基载荷试验成果统计表Table 3 Loading test results of composite foundation of
cemen-t soil mixing piles
复合地基承载力
试验点号
总加载量(kPa)[1**********]0平均值
总沉降量(mm)[***********]82
设计要求f spk (kPa) [**************]
实测f 测(kPa) [**************]15
f 测P f spk (%)11916
[***********]15
4#5#6#7#
(4)
由于计算单桩承载力和载荷试验测得的单桩承载力不同, 且根据前述分析可知, 计算单桩承载力的取值与水泥土搅拌桩承载性状有关。因此, 折减系数B p 的取值也与承载性状有关。根据上海软土地区水泥土搅拌桩工程的单桩和复合地基载荷试验结果, 可以计算出单桩承载力实测值约为计算值的60%~80%。而广西、河南和河北等地可塑-硬塑黏性土搅拌桩工程的单桩承载力实测值为计算值的80%~90%。由此, 当搅拌桩桩端土层为软土时, 可取B p =016~018, 若搅拌桩桩端土层为硬土时, 可取B p =018~019。其它符号含义与式(3) 相同。
同时, 由水泥土搅拌桩单桩和复合地基载荷试验结果, 我们还发现这样一个问题:在桩间土承载力取天然地基承载力特征值时, 虽然水泥土搅拌桩单桩承载力在复合地基中的实际贡献要比理论值低, 未达到设计要求, 但复合地基承载力仍能满足要求。这就说明, [5]
注:表中设计要求复合地基承载力特征值f spk 按式(3) 计算确定。其中, 桩间土承载力采取天然地基承载力特征值。
本次研究工作中进行的多个工程实例的单桩及复合地基载荷试验表明, 实测的水泥土搅拌桩承载力特征值比设计承载力特征值低。如, 在邯郸市老城区的七层框架结构综合楼的水泥土搅拌桩工程检测中, 实测单桩承载力特征值为100kN, 小于设计承载力特征值120kN 。但实测复合地基的承载力特征值为165kPa, 远大于设计要求的承载力特征值120kPa 。
另外, 从较多文献中的水泥土搅拌桩工程实例中也可以得到相同的结论。例如, 从上海浦东新区一个多层办公楼搅拌桩工程的单桩载荷试验所得到的单桩
[5]
承载力平均值仅为设计值的70%。由此可知, 在复,
# 102 # 水文地质工程地质2009年第3期
力辩析[J]. 岩土工程学报, 2000, 22(4) :487-489.
应比理论计算时反映的大。目前, 工程设计时桩间土承载力大多选取天然地基承载力特征值, 因此桩间土承载力折减系数B s 应适当提高。有关B s 的分析和取值作者已经另外撰文阐述, 详见文献[7]。
[2] 马克生, 梁仁白, 白晓红. 水泥搅拌桩复合地基承
载力的试验确定[J]. 岩石力学与工程学报, 2004, 23(15) :2652-2654. [3] 李安勇, 陈
. 水泥土搅拌桩复合地基承载力试验
分析[J]. 建筑技术, 2004, 35(3) :211-212. [4] 中华人民共和国行业标准. 建筑地基处理技术规范
J GJ79-2002[S].北京:中国建筑工业出版社, 2002. [5] 袁聚云, 杨煦章. 水泥土搅拌桩单桩及复合地基承
载力试验研究[J]. 大坝观测与土工测试, 1998, 22(3) :7-9.
[6] 朱向荣, 潘秋元. 搅拌法加固储罐软基的设计与施
工方法[M]P P 第四届全国地基处理学术讨论会论文集. 杭州:浙江大学出版社, 1995.
[7] 黄春霞, 张鸿儒, 桂国庆. 水泥土搅拌桩复合地基
承载力公式中折减系数B 取值的分析[J]. 工程地质学报, 2003, 11(4) :385-389.
5 结论
水泥土搅拌桩单桩在工作状况中的实际承载力比根据桩周和桩端土层阻力计算得到的承载力低。在缺乏当地工程经验的情况下, 应按照规范要求进行单桩载荷试验获得单桩承载力特征值, 然后采用式(3) 确定复合地基的承载力特征值。若设计前没有进行单桩载荷试验, 在计算复合地基承载力特征值时需对计算得到的单桩承载力进行适当折减。参考文献:
[1] 郑刚, 顾晓鲁, 姜忻良. 水泥搅拌桩复合地基承载
Determination of bearing capacity for composite foundation of
cemen-t soil mixing piles
HUANG Chun -xia , HAN A-i min , SUI Zh-i long , XIAO Xiang -jun , W ANG Kai
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(11College o f Civil Engineering , Nanjing University o f Technology , Nanjing 210009, China ;
21China Non ferrous Metals Industry Changsha E xploration and Designing Research Institute , Changsha 410011, China ;
31Team 813, East China Non ferrous Metals Geological Exploration Bureau , Nanjing 211100, China ) Abstract :It is very important to reasonably determine the bearing capacity for composite foundation of cemen-t soil mixing piles in composite foundation design. The bearing capacity relationship between the cement soil pile and the composite foundation is studied through many field bearing tests. The test results show that the field bearing capacity
of single cemen-t soil pile is lo wer than the theoretical value. Some rationalization proposals are presented based on the test results.
Key words :composite foundation of cemen-t soil mixing piles; bearing capacity; loading test; reduction fac tor
责任编辑:汪美华#封面介绍#
突发地灾应急会商系统向全国推广
4月9日~10日, 来自全国各省级地质环境监测系统的80多名技术人员聚集北京, 就突发地质灾害远程会商系统及应急平台建设开展了业务培训和技术交流, 这标志着突发地质灾害远程会商系统及应急平台建设已开始向全国推广。
2009年第3期水文地质工程地质 # 99 #
水泥土搅拌桩复合地基承载力的确定
黄春霞, 韩爱民, 隋志龙, 肖向军, 王 凯
(11南京工业大学土木工程学院, 南京 210009; 21中国有色金属工业长沙勘察设计研究院, 长沙 410011;
31江苏省有色金属华东地质勘查局八一三队, 南京 211100)
摘要:在水泥土搅拌桩复合地基设计中, 复合地基承载力是最重要的设计依据。本文通过对多个搅拌桩工程的单桩和复合地基载荷试验结果进行分析, 发现工程中的水泥土单桩的实际承载力一般难以达到设计或理论计算值。在此基础上, 对工程中如何确定水泥土搅拌桩复合地基承载力特征值提出了一些合理化建议。关键词:水泥土搅拌桩复合地基; 承载力; 载荷试验; 折减系数
中图分类号:TU431 文献标识码:A 文章编号:1000-3665(2009) 03-0099-04
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1 引言
水泥土搅拌桩是近年来使用的一项加固软弱地基的新技术, 由于具有施工方便、成本低、无振动等优点, 其工程应用日益广泛。随着水泥土搅拌桩在软弱地基处理中的逐步应用, 一些值得商榷的理论计算及试验成果也相应出现, 已引起工程界的广泛重视
[1~3]
桩承载力特征值。在单桩承载力确定后, 复合地基的承载力即可通过桩土面积置换率、地基土承载力采用公式计算得到。由于水泥土搅拌桩复合地基的承载力关系到复合地基设计是否安全和经济的问题, 所以应进行相应的技术经济指标对比分析, 使计算得到的复合地基承载力与实际承载力相近。由此, 要求所选用的计算公式能够准确反映复合地基的实际承载能力。
本文依据水泥土搅拌桩工程的单桩及复合地基载荷试验结果, 对水泥土搅拌桩复合地基承载力计算公式及其参数取值进行了分析。在此基础上, 对工程中如何确定水泥土搅拌桩复合地基承载力特征值提出了一些合理化建议。
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在水泥土搅拌桩复合地基设计中, 复合地基承载力是最重要的设计依据, 应由现场复合地基大型载荷试验确定。但复合地基大型载荷试验费用高、时间长, 除大型工程或特别重要的工程必须进行此项试验外, 一般水泥土搅拌桩复合地基设计主要采用以下两种方法:(1) 按桩土面积置换率m 进行加权平均确定复合地基承载力(即通过单桩承载力、桩土面积置换率以及地基土承载力的计算确定) ; (2) 根据单桩承载力、地基土承载力以及工程要达到的复合地基承载力来计算确定桩土面积置换率。
由此可见, 水泥土搅拌桩单桩承载力是确定复合地基承载力的关键因素之一, 也应通过现场单桩载荷试验确定。只是在工程实践中一般较少单独对水泥土搅拌桩进行单桩载荷试验来确定其承载力, 多数都是根据5建筑地基处理技术规范(JGJ79-2002) 6(以下简称规范) 通过刚性桩原理和桩身强度计算来确定单
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2 复合地基承载力特征值的确定
单桩竖向承载力特征值应通过现场载荷试验确定。初步设计时可以按式(1) 估算。并应同时满足式(2) 的要求, 保证桩身材料强度确定的单桩承载力大于(或等于) 由桩周土和桩端土的抗力所提供的单桩承载力。
R a =u p
i =1
[4]
E q l
n
si i
+A q p A p (1) (2)
R a =G f cu A p
式中:R a ) ) ) 单桩承载力特征值(kPa) ;
f cu ) ) ) 与搅拌桩桩身加固土配比相同的室内加
收稿日期:2007-09-07; 修订日期:2008-12-06
基金项目:江苏省土木工程与防灾减灾重点实验室开放项目
(J SCE072)
作者简介:黄春霞(1974-) , 女, 博士, 副教授, 从事岩土工程教
学及研究工作。
E 固土试块在标准养护条件下90d 龄期的立方体抗压强度平均值(kPa) ; G ) ) ) 桩身强度折减系数; A p ) ) ) 桩的截面积(m ) ; p ) ) ) ;
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# 100 # 水文地质工程地质2009年第3期
n ) ) ) 桩长范围内所划分的土层数; q s i ) ) ) 桩周第i 层土的侧阻力特征值(kPa) ; l i ) ) ) 桩长范围内第i 层土的厚度(m); q p ) ) ) 桩端地基土未经修正的承载力特征值(kPa) ;
A ) ) ) 桩端天然地基土的承载力折减系数。由式(1) 及式(2) 可知, 水泥土搅拌桩单桩承载力特征值是通过桩身水泥土的强度以及刚性桩原理来计算桩侧摩阻力和桩端阻力的。
搅拌桩复合地基承载力特征值可按下式计算:
R a
f spk =m +B (1-m ) f sk (3)
A p
式中:f sp k ) ) ) 复合地基的承载力特征值(kPa) ;
m ) ) ) 面积置换率;
B ) ) ) 桩间土承载力折减系数;
f sk ) ) ) 处理后桩间土承载力特征值(kPa) , 宜按
当地经验取值, 如无经验时, 可取天然地基承载力特征值。
前已述及, 目前水泥土搅拌桩工程设计阶段大多都是采用式(3) 计算水泥土搅拌桩复合地基承载力特征值的。从式(3) 中可以看出, 复合地基承载力特征值计算的准确度主要取决于单桩和桩间土承载力特征值以及桩间土承载力折减系数B 的合理取值。下面通过实际水泥土搅拌桩工程的载荷试验结果对采用上式确定复合地基承载力特征值进行分析和讨论。
上的浅基础, 故该工程采用水泥土搅拌桩进行地基加固。水泥土搅拌桩的桩径为0155m, 设计单桩承载力特征值R a =150kN, 桩土面积置换率m =3810%, 要求加固后的复合地基承载力特征值f sp k =240kPa 。
表1 各土层物理力学性质指标统计表Table 1 Physical properties index of so ils
土层名称杂填土粘土粉土圆砾
含水量密度Q 孔隙比w (%) (g P cm 3) 24152812
[1**********]9
e [**************]
塑性
液性
压缩模量承载力
f sk (kPa) 80
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指数I P 指数I L E s (MPa) [1**********]
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[***********]15132
粉质粘土1812
4 载荷试验结果及分析
411 单桩和复合地基载荷试验结果
为检验水泥土搅拌桩单桩承载力及其与复合地基承载力的关系, 在工程现场对复合地基承载力进行测试的同时, 还对单桩承载力进行了测试, 其中3组为单桩载荷试验, 4组为单桩复合地基载荷试验, 承压板面积为0179m @0179m 。
载荷试验的整个过程根据规范中的有关规定进行, 试验均采用慢速维持荷载法。加载反力系统为堆载平台反力装置, 由千斤顶加载, 由百分表测读沉降, 总加载量取设计承载力值的2倍。单桩载荷试验每级施加的荷载为总加载量的1P 10, 首级荷载加倍。单桩复合地基载荷试验每级施加的荷载为总加载量的1P 8。水泥土搅拌桩单桩和复合地基载荷试验成果统计见表2和表3。
从表2可知, 本次单桩载荷试验所得到的单桩承载力基本值最大为138kN, 最小为135kN, 平均为13617kN, 均未达到设计单桩承载力特征值150kN 的要求, 实测得到的单桩承载力特征值的平均值为设计单桩承载力特征值的9111%; 而从表3可以看到, 4组单桩复合地基载荷试验所得到的复合地基承载力基本值最大为287kPa, 最小为270kPa, 平均为27915kPa, 均超过设计要求的复合地基标准值, 实测到的复合地基承载力特征值的平均值为设计要求复合地基承载力特征值的11615%, 因此加固后地基承载力特征值达到设计要求。
412 单桩和复合地基载荷试验结果分析
根据上述工程现场载荷试验结果分析, 得到在实3 试验工程概况
本工程为多栋七层住宅楼建筑群, 位于邕江I 级阶地。场区地基土为第四系河流冲积物, 在勘探深度内, 地层从上至下分为五层, 分述如下:
杂填土¹:杂色, 稍湿-湿, 该层为粘性土、碎砖、石、腐殖质等混杂, 极松散, 层厚014~017m 。
粘土º:黄色, 裂隙发育, 稍湿, 硬塑状态, 层厚119~2105m 。分布于场地局部地段, 呈中等压缩性。
粉质粘土»:黄、暗黄色, 稍湿, 硬塑状态, 层厚513~717m 。分布于场地局部地段, 呈中等压缩性。粉土¼:黑、灰、深灰色, 土质较均匀, 饱和, 软塑状态, 层厚119~616m, 呈中等偏高压缩性。
圆砾½:灰、灰白色, 砾石含量为60%~70%, 磨圆度好。根据勘探资料显示, 该层未被钻穿。
各土层物理力学性质指标见表1。
由于其中一栋住宅楼建筑场区杂填土¹之下为粉土,
2009年第3期水文地质工程地质 # 101 #
理论计算(按式(3) ) 所确定的单桩承载力特征值有一定的差距, 仅达到设计值的9111%。由此可见, 虽然复合地基发生与水泥土搅拌桩承载力特征值相对应的
应变值时, 天然地基土所提供的承载力可能小于其承载力特征值, 但问题在于水泥土搅拌桩本身在复合地基中能否达到其设计或理论计算的承载力特征值。也就是说, 水泥土搅拌桩单桩承载力特征值在复合地基承载力计算中应如何取值。是取理论计算值, 还是适当折减?
表2 水泥土搅拌桩单桩载荷试验成果统计表Table 2 Loading test results of cemen-t soil m ixing pile
单桩承载力
试验点号
总加载量(kN) 260260260平均值
总沉降量(mm)[**************]
设计特征值R a (kN) [1**********]0
实测R a 测(kN)[1**********]617
R a 测P R a (%)9113
[1**********]1
算值当作适当折减。
根据上述分析可知, 实际工程中水泥土搅拌桩与
桩间地基土的承载力分担情况同目前水泥土搅拌桩复合地基承载力计算时所考虑的情况不尽相同。事实上, 由于水泥土搅拌桩与天然地基土的刚度存在较大的差异, 两者在相同荷载下承载力发挥程度是不一致的。单桩带台试验表明, 摩擦型水泥土搅拌桩在设计荷载作用下桩顶应力发挥一般, 桩间土上的应力却达到天然地基承载力, 这是由于复合地基中桩对桩间土的侧向约束与拦阻效应所致。作为复合地基的水泥土搅拌桩, 考虑了实际存在的承台或垫层与桩、土的共同作用。然而, 由于桩顶与承台或垫层接触的不均匀, 以及由于传给单桩的荷载的不均匀, 各桩发挥的承载力并不一致。在设计荷载下建筑边缘桩的承载力已充分发挥, 内部的桩却并未达到设计承载力。
因此, 本文认为在计算水泥土搅拌桩复合地基承载力时, 应分为两种情况:若单桩承载力特征值是通过载荷试验实测得到的, 则选用式(3) 来计算复合地基承载力。若单桩承载力特征值是通过式(1) 及式(2) 计算得到的, 应将式(3) 中桩提供的承载力乘以一个小于1的修正系数B p , 称为计算单桩承载力折减系数。与此对应, 桩间土承载力折减系数采用B s 来表示。亦即在目前水泥土搅拌桩复合地基承载力计算式(3) 基础上, 可以建立以下修正表达式:
R a
f sp, k =B p m A +B s (1-m ) f s, k
p [6]
1#2#3#
注:表中设计单桩承载力特征值R a 按式(1) 和式(2)计算确定。
表3 水泥土搅拌桩单桩复合地基载荷试验成果统计表Table 3 Loading test results of composite foundation of
cemen-t soil mixing piles
复合地基承载力
试验点号
总加载量(kPa)[1**********]0平均值
总沉降量(mm)[***********]82
设计要求f spk (kPa) [**************]
实测f 测(kPa) [**************]15
f 测P f spk (%)11916
[***********]15
4#5#6#7#
(4)
由于计算单桩承载力和载荷试验测得的单桩承载力不同, 且根据前述分析可知, 计算单桩承载力的取值与水泥土搅拌桩承载性状有关。因此, 折减系数B p 的取值也与承载性状有关。根据上海软土地区水泥土搅拌桩工程的单桩和复合地基载荷试验结果, 可以计算出单桩承载力实测值约为计算值的60%~80%。而广西、河南和河北等地可塑-硬塑黏性土搅拌桩工程的单桩承载力实测值为计算值的80%~90%。由此, 当搅拌桩桩端土层为软土时, 可取B p =016~018, 若搅拌桩桩端土层为硬土时, 可取B p =018~019。其它符号含义与式(3) 相同。
同时, 由水泥土搅拌桩单桩和复合地基载荷试验结果, 我们还发现这样一个问题:在桩间土承载力取天然地基承载力特征值时, 虽然水泥土搅拌桩单桩承载力在复合地基中的实际贡献要比理论值低, 未达到设计要求, 但复合地基承载力仍能满足要求。这就说明, [5]
注:表中设计要求复合地基承载力特征值f spk 按式(3) 计算确定。其中, 桩间土承载力采取天然地基承载力特征值。
本次研究工作中进行的多个工程实例的单桩及复合地基载荷试验表明, 实测的水泥土搅拌桩承载力特征值比设计承载力特征值低。如, 在邯郸市老城区的七层框架结构综合楼的水泥土搅拌桩工程检测中, 实测单桩承载力特征值为100kN, 小于设计承载力特征值120kN 。但实测复合地基的承载力特征值为165kPa, 远大于设计要求的承载力特征值120kPa 。
另外, 从较多文献中的水泥土搅拌桩工程实例中也可以得到相同的结论。例如, 从上海浦东新区一个多层办公楼搅拌桩工程的单桩载荷试验所得到的单桩
[5]
承载力平均值仅为设计值的70%。由此可知, 在复,
# 102 # 水文地质工程地质2009年第3期
力辩析[J]. 岩土工程学报, 2000, 22(4) :487-489.
应比理论计算时反映的大。目前, 工程设计时桩间土承载力大多选取天然地基承载力特征值, 因此桩间土承载力折减系数B s 应适当提高。有关B s 的分析和取值作者已经另外撰文阐述, 详见文献[7]。
[2] 马克生, 梁仁白, 白晓红. 水泥搅拌桩复合地基承
载力的试验确定[J]. 岩石力学与工程学报, 2004, 23(15) :2652-2654. [3] 李安勇, 陈
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分析[J]. 建筑技术, 2004, 35(3) :211-212. [4] 中华人民共和国行业标准. 建筑地基处理技术规范
J GJ79-2002[S].北京:中国建筑工业出版社, 2002. [5] 袁聚云, 杨煦章. 水泥土搅拌桩单桩及复合地基承
载力试验研究[J]. 大坝观测与土工测试, 1998, 22(3) :7-9.
[6] 朱向荣, 潘秋元. 搅拌法加固储罐软基的设计与施
工方法[M]P P 第四届全国地基处理学术讨论会论文集. 杭州:浙江大学出版社, 1995.
[7] 黄春霞, 张鸿儒, 桂国庆. 水泥土搅拌桩复合地基
承载力公式中折减系数B 取值的分析[J]. 工程地质学报, 2003, 11(4) :385-389.
5 结论
水泥土搅拌桩单桩在工作状况中的实际承载力比根据桩周和桩端土层阻力计算得到的承载力低。在缺乏当地工程经验的情况下, 应按照规范要求进行单桩载荷试验获得单桩承载力特征值, 然后采用式(3) 确定复合地基的承载力特征值。若设计前没有进行单桩载荷试验, 在计算复合地基承载力特征值时需对计算得到的单桩承载力进行适当折减。参考文献:
[1] 郑刚, 顾晓鲁, 姜忻良. 水泥搅拌桩复合地基承载
Determination of bearing capacity for composite foundation of
cemen-t soil mixing piles
HUANG Chun -xia , HAN A-i min , SUI Zh-i long , XIAO Xiang -jun , W ANG Kai
1
1
1
2
3
(11College o f Civil Engineering , Nanjing University o f Technology , Nanjing 210009, China ;
21China Non ferrous Metals Industry Changsha E xploration and Designing Research Institute , Changsha 410011, China ;
31Team 813, East China Non ferrous Metals Geological Exploration Bureau , Nanjing 211100, China ) Abstract :It is very important to reasonably determine the bearing capacity for composite foundation of cemen-t soil mixing piles in composite foundation design. The bearing capacity relationship between the cement soil pile and the composite foundation is studied through many field bearing tests. The test results show that the field bearing capacity
of single cemen-t soil pile is lo wer than the theoretical value. Some rationalization proposals are presented based on the test results.
Key words :composite foundation of cemen-t soil mixing piles; bearing capacity; loading test; reduction fac tor
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