预制桩-水泥搅拌桩在软基中应用探讨.doc

1预制桩水泥搅拌桩在软基中应用探讨某地下蓄水池工程，场地岩土主要工程特性指标如表1。地基采用水泥土搅拌桩复合地基，桩径Φ500，桩长150M，按10001000MM纵横双向均匀布置，设计单桩竖向承载力标准值不小于150KN，单桩复合地基承载力标准值不小于180KPA；施工后抽检4根桩进行载荷试验，水泥土搅拌桩单桩或单桩复合地基承载力标准值均未达到设计要求。表1场地的岩土主要工程特性指标土名FK/KPAES/MPAQS/KPAQP/KPA①回填土903512②淤泥45106③粘土1554520700④粘土混砂砾石18065251100采用预制钢筋砼桩加固，桩身截面200200㎜，砼强度C30，主筋4Ф16，箍筋Φ6200；桩长16M，分四段浇制，底段带桩靴。桩段间用焊接法接桩或硫磺胶泥；布桩采用每4根水泥土搅拌桩间插入1根预制桩，形成复合地基；在桩顶铺设一层厚为200MM的天然级配碎石垫层，改良地基中桩土荷载分配，充分发挥地基土的承载力。施工完毕后，选择4组复合地基进行静荷载试验；结果见图1，试验得到的复合地基承载力标准值均大于200KPA。A水泥土搅拌桩Q～S曲线B预制桩＋水泥土搅拌桩Q～S曲线图1复合地基静载试验曲线图复合地基作用原理由预制桩、水泥土搅拌桩和桩间土组成的复合地基，其作用原理主要从以下几个方面考虑1、当竖向荷载施加于桩顶时，桩身的上部受到压缩发生相对于土的向下位移，桩周土在桩侧界面上形成向上的摩阻力；荷载沿桩身向下传递过程中不断克服摩阻力并通过它向土中扩散，因而桩身的轴力随着深度加深而逐渐减小，在桩端处与桩底反力相平衡；与此同时，桩端持力层在桩端2压力作用下产生压缩，使桩身下沉，桩与桩间土的相对位移又进一步加大摩阻力。随着桩顶荷载的逐渐增加，上述过程周而复始地进行，直到变形稳定为止。由于桩身压缩量的累积，上部桩身位移总是大于下部，因此上部摩阻力总是先于下部发挥，桩侧摩阻力达到极限后就保持不变，继续增加的荷载就完全由桩端持力层承受，当桩底荷载达到桩端持力层的极限承载力时，桩便发生急剧地、不停滞地下沉而破坏。因此，增强桩身上部桩侧土的结构强度，对提高桩的承载力、改善桩的变形特性具有现实意义。2、水泥土搅拌桩加固软土地基改善软土的固结特性。通常水泥土的压缩曲线表现出明显的超固结特性，可近似地认为水泥土桩体不存在固结现象，而只有弹性的桩身压缩。水泥土搅拌桩加固深厚软土地基一般不会贯穿整个软土层，由此形成的加固层和下卧层软土的固结特性仍可用双层地基一维固结理论来分析。从固结机理来看，加固层渗透性极低的水泥土搅拌桩（根据已有资料记载比原状土低3～4个数量级）设置减小下卧层软土的排水固结；同时加固层竖向附加应力向水泥土搅拌桩集中而使桩间土所受应力大大减小，孔隙压力也大为降低，因此在下卧层软土和加固层桩间土之间形成较大的孔隙压力差，加快下卧层软土的固结。同时水泥土搅拌桩改善天然软土的性质。流塑态软粘土拌入固化剂后形成的加固土呈坚硬状态。粘聚力和内摩擦角较原状土增加，其抗压、抗剪强度、变形模量等指标分别比天然软土提高数十倍至数百倍。3、桩、土复合构成的地基形成了平面及竖向合适的刚度级配梯度和三维共同工作的应力状态，达到对天然地基承载力的有效补强，满足设计要求，减少地基的沉降。4、长刚性桩、短水泥土搅拌桩的布置，形成三层地基刚度，符合天然地基土层浅弱深强的规律以及地基应力传递特征，同时长刚性桩可以进入深层良好土层，减少复合地基的沉降。5、复合地基与上部结构通过褥垫层的柔性连接，在水平荷载作用下，有效地传递垂直荷载。6、复合地基与上部结构柔性连接的褥垫层调整复合地基的桩土荷载分配，发挥土体的承载能力特别是浅层土体的承载作用。复合地基承载力计算刚性桩水泥土搅拌桩复合地基承载力计算的思路⑴由天然地基和刚性桩复合形成复合地基，视为一种新的等效天然地基，其承载力特征值为FSPK1。⑵将等效天然地基和水泥土搅拌桩复合形成复合地基，求得复合地基承载力即刚性桩水泥土搅拌桩复合地基承载力。具体推导如下天然地基土的承载力特征值为FAK。刚性桩的断面面积为APL，平均面积置换率为M1，单桩承载力特征值为RAL，则刚性桩和天然地基形成的复合地基承载力特征值为3式中Α1为桩间土承载力提高系数，与土性和刚性桩成桩工艺及桩径、桩距等有关。对非挤土成桩工艺，Α11；Β1为桩间土承载力发挥系数，一般Β1≤1。水泥搅拌桩的断面面积为AP2，平均面积置换率为M2，单桩承载力特征值为RA2。水泥土搅拌桩与承载力特征值为FSPK1的等效天然地基复合后的承载力，即式中FSPK为刚性桩水泥土搅拌桩复合地基承载力特征值；Α2为桩间土承载力提高系数，与土性和刚性桩成桩工艺及桩径、桩距有关。对非挤土成桩工艺，Α21；Β2为桩间土承载力发挥系数，一般Β2≤1。复合地基的复合模量复合模量表征的是复合土体抵抗变形的能力。由于复合地基是由土和增强体（桩）组成，复合模量与土和桩的模量密切相关。确定刚性桩－水泥土搅拌桩复合地基复合模量的基本方法为⑴按单一桩型复合地基复合模量确定方法求得天然地基和刚性桩所形成复合地基的复合模量，并将其视为一等效天然地基；⑵按单一桩型复合地基确定方法，求得等效天然地基和水泥土搅拌桩形成复合地基的复合模量即为刚性桩水泥土搅拌桩复合地基的复合模量。图2为刚性桩水泥土搅拌桩复合地基示意图，刚性桩桩长L2，水泥土搅拌桩桩长L1。L1范围为加固区A1，（L2－L1）范围为加固区A2。L2以下为非加固区A3，计算深度范围内共分五个土层，各层天然地基土压缩模量分别为ES1，ES2，ES3，ES4，ES5，刚性桩和天然地基形成复合地基后的面积置换率为M1，第1层土天然地基承载力特征值为FAK，刚性桩加固后复合地基承载力特征值为FSPK1，模量提高系数Ζ1FSPK1/FAK，桩长为L2的水泥土搅拌桩复合地基面积置换率为M2（计算时不考虑刚性计的存在），复合地基承载力特征值为FSPK，则桩长L2范围内模量提高系数为Ζ2FSPK/FSPK1。根据文献提出多桩型复合地基的复合模量计算方法；由此可推得刚性桩－水泥土搅拌桩的复合模量，加固区A1模量提高系数为ΗFSPK/FAK。加固区A2模量提高系数为Ζ1，非加固区A3模量不变。4图2刚性桩水泥土搅拌桩复合地基示意图预制桩水泥土搅拌桩复合地基检测桩身质量检测，可依照各类桩的检测方法分别进行检测，如刚性桩可采用低应变检测，水泥土搅拌桩可采用轻便触探或抽芯检测。对于一般的复合地基加固效果检测，建筑地基处理技术规范JGJ792002规定采用复合地基静载荷试验，单桩复合地基载荷试验的承压板可用圆形或方形，面积为一根桩承担的处理面积；多桩复合地基载荷试验的承压板可用方形或矩形，其尺寸按实际桩数所承担的处理面积确定。在确定刚性桩－水泥土搅拌桩复合地基承载力特征值时，当Q～S曲线上有明显的比例极限时，而其值不小于对应比例界限的2倍，可取比例界限；当其值小于对应比例界限的2倍时，可取极限荷载的一半；当Q～S曲线是平缓的光滑曲线时，可按相对变形值确定；即取沉降比S/B或S/D等于0006所对应的压力。结束语1、预制桩水泥土搅拌桩所形成的复合地基可得到较高的复合地基承载力，改善地基的平面刚度组合与竖向刚度梯度，提高桩间土的